1. ¿Es verdad que los objetos pesados siempre se hunden en el agua?
Si metes una piedrita en el agua, se hunde de inmediato. Sin embargo, una tabla de madera grande, aunque sea mucho más pesada que la piedrita, flota. Si la regla fuera simplemente "lo pesado se hunde", esto no tendría sentido. [1]
Lo que se compara es el agua del mismo tamaño. A los objetos sumergidos les actúa una fuerza hacia arriba llamada fuerza de flotación, que es igual al peso del agua que desplazan. [1] Cuando sumerges completamente un objeto, la cantidad de agua que desplaza es igual al volumen del objeto. Por lo tanto, si el "peso del objeto" es mayor que el "peso del agua del mismo tamaño", se hunde; si es menor, sube y se queda flotando en la superficie. [1]
La masa por unidad de volumen se llama densidad. Si se hunde o flota no depende del peso total, sino de si la densidad es mayor o menor. Entonces, ¿cuántas veces más densa que el agua es una piedra normal?
2. ¿Cómo se compara la densidad de una piedra con la del agua?
Para comparar, imagina un cubo de 10 cm de lado, que tiene un volumen de unos 1000 cm³, similar a una caja de leche. El agua de ese tamaño pesa aproximadamente 1 kg. [2] Al comparar rocas del mismo tamaño, el granito pesa unos 2,7 kg, el basalto unos 3,0 kg y la calcita unos 2,3 kg. [2]
Estos números son valores representativos que pueden variar un poco según el lugar de origen de la roca. Como todas son más de dos veces más densas que el agua, estas piedras se hunden en cuanto las metes en el agua. [2]
En las escuelas también se mide el "peso de las piedras". En los materiales de geología de bachillerato de la Junta de Educación de la prefectura de Iwate, hay una actividad para medir la densidad de rocas cercanas y pensar en las características de las rocas que forman la corteza terrestre. [3] La densidad de las piedras es también la puerta de entrada para pensar en qué hay dentro de la Tierra.
Sin embargo, hay algo que es de la misma familia de las piedras pero flota en el agua: la piedra pómez.
3. ¿Qué muestra una tomografía sobre los agujeros dentro de la piedra pómez?
La piedra pómez se forma cuando la lava se enfría muy rápido y se forman agujeros donde escapó el gas. [4] Se considera que su "densidad aparente", incluyendo los agujeros, es generalmente menor de 1 g/cm³. [4]
Según un informe del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST), al ver imágenes de tomografía computarizada (CT) del interior de la piedra pómez, se observó que burbujas de aire de menos de 1 mm ocupan gran parte del volumen. Se cree que esto es la causa de su baja densidad. [5] Además, las partes más densas forman una especie de corteza en el exterior, mientras que las burbujas grandes se concentran en el centro. Los investigadores describen esta estructura como "similar a la corteza de un profiterol". [5]
La piedra pómez de Fukutoku-Okanoba que llegó en 2021 tiene un aspecto descrito en la página de la prefectura de Chiba como "similar a una galleta con chispas de chocolate", con granos negros incluidos. [6] La página de Chiba muestra sus características visuales con fotos. [6]
Aunque la parte de roca sola sea más pesada que el agua, si la densidad total incluyendo los agujeros es baja, la piedra flota. Entonces, ¿cómo fue el viaje de esta piedra pómez por el mar?
4. ¿Cómo llegó la balsa de piedra pómez del volcán a Okinawa y Chiba?
En agosto de 2021, el volcán Fukutoku-Okanoba en las islas Ogasawara entró en erupción. Una gran cantidad de piedra pómez flotó y se extendió por el mar, formando una balsa de piedra pómez que derivó. [6] En octubre llegó a Okinawa y a mediados de noviembre a lugares como Tateyama en la prefectura de Chiba. [6]
Lo que mantiene flotando la piedra pómez es el aire dentro de sus agujeros. Si entra agua por grietas u otras aberturas, el aire es reemplazado por agua y se cree que puede volverse más difícil que flote. [6] Por lo tanto, la balsa de piedra pómez no necesariamente flota para siempre.
La piedra pómez es un ejemplo curioso de una piedra que flota. Hay otro objeto hecho de hierro que también flota: los barcos.
5. ¿Los barcos de hierro flotan por la misma razón que la piedra pómez?
El hierro pesa aproximadamente 8 veces más que el agua y se hunde si está en un bloque sólido. Sin embargo, si das forma de recipiente al hierro y lo llenas con aire ligero en su interior, la masa del hierro no cambia, pero el volumen total aumenta. [7] La masa por unidad de volumen, es decir, la densidad, se hace menor, y si es menor que la del agua, el objeto flota. [7]
Las burbujas de la piedra pómez y el aire dentro de los barcos de hierro se explican con el mismo mecanismo: "aumentar el volumen total y reducir la densidad media".
Lo que determina si algo flota o no no es el nombre del material, sino la densidad total del material combinado con el aire. Vamos a comprobarlo en casa.
Si hacemos un recipiente con hierro y lo llenamos con aire ligero, la masa del recipiente no cambia, pero su volumen sí aumenta, haciendo que la masa por unidad de volumen (densidad media) sea menor. [7]
6. Experimento: compara una piedra, piedra pómez y papel de aluminio en agua
Llena un lavabo o un bol grande con agua. Si tienes una piedrita del jardín y piedra pómez en casa (la que se usa para raspar los talones sirve), métela suavemente en el agua. Observa si la piedrita se hunde y si la piedra pómez flota, y mira si hay cambios después de flotar.
Luego, haz una bolita pequeña con papel de aluminio y una forma de plato con la misma cantidad de papel. Mételos en el agua. Observa si, aunque la masa del material no cambie, la forma cambia si se hunde o flota.
Para que no se derrame el agua, usa un recipiente grande y coloca periódicos en el suelo para protegerlo.