La flotabilidad neutra se produce cuando la densidad media de un objeto es igual a la densidad del fluido en el que está inmerso, lo que da como resultado que la fuerza de flotación equilibre la fuerza de gravedad que, de lo contrario, haría que el objeto se hundiera (si la densidad del cuerpo es mayor que la densidad del fluido en el que está inmerso) o se elevara (si es menor). Un objeto que tiene flotabilidad neutra no se hundirá ni se elevará. [1]
En el buceo , la capacidad de mantener la flotabilidad neutra mediante la respiración controlada, el uso preciso del peso y el manejo del compensador de flotabilidad es una habilidad importante. Un buceador mantiene la flotabilidad neutra mediante una corrección continua, generalmente mediante la respiración controlada, ya que la flotabilidad neutra es una condición inestable para un objeto comprimible en un líquido.
El matemático Arquímedes descubrió gran parte de cómo funciona la flotabilidad hace más de 2000 años. En su investigación, Arquímedes descubrió que un objeto se mantiene a flote mediante una fuerza igual al peso del agua desplazada por el objeto. En otras palabras, un bote inflable que desplaza 100 libras (45 kilogramos) de agua se sostiene mediante la misma cantidad de fuerza. Un objeto que flota en un fluido se conoce como positivamente flotante. Un objeto que se hunde hasta el fondo es negativamente flotante, mientras que un objeto que permanece en equilibrio al mismo nivel en el fluido es neutralmente flotante. Se desarrollaron formas de ajustar la flotabilidad para producir equipos como el chaleco salvavidas inflable , que se llena de gas y ayuda a reducir la densidad promedio de una persona, lo que ayuda a flotar y nadar, así como ciertos equipos de buceo (incluidos submarinos y sumergibles ) que tienen cámaras de aire de volumen ajustable para regular la flotabilidad.
La flotabilidad es importante en muchos campos. Los barcos, buques y hidroaviones están diseñados de forma que se garantice su flotabilidad. Los submarinos tienen una flotabilidad controlable que les permite sumergirse y ascender cuando es necesario. Muchos objetos se desarrollaron teniendo en cuenta la flotabilidad, como los salvavidas y los pontones .
La flotabilidad es esencial para la mayoría de los deportes acuáticos . Muchos nadadores saben que existen formas sencillas de flotar en la superficie, como tumbarse boca arriba o contener la respiración. La flotabilidad se hace evidente cuando un nadador intenta sumergirse hasta el fondo de la piscina, lo que puede requerir esfuerzo. Los buceadores se enfrentan a muchos problemas de flotabilidad, ya que deben saber cómo flotar, mantenerse suspendidos y hundirse en el agua. Los buceadores suelen llevar pesas de plomo para contrarrestar la flotabilidad positiva de sus cuerpos y su equipo.
Los gases también son fluidos, por lo que los objetos que flotan en el aire también pueden ajustarse para que tengan flotabilidad neutra. Un globo aerostático que no se hunde ni se eleva utiliza la menor densidad del aire caliente en comparación con la densidad del aire circundante para producir suficiente empuje ascendente para equilibrar el peso de la cesta y su contenido.
La flotabilidad neutra se utiliza ampliamente en el entrenamiento de astronautas para prepararlos para trabajar en el entorno de microgravedad del espacio. La NASA y el programa espacial ruso mantienen instalaciones en las que los astronautas en formación interactúan con maquetas de hardware espacial, con la ayuda de buzos. En el Laboratorio de Sistemas Espaciales de la Universidad de Maryland , se utiliza de forma similar un tanque de flotabilidad neutra para evaluar el rendimiento de los prototipos de robots espaciales.
En un fluido en calma, cuando un objeto tiene flotabilidad neutra, no hay ninguna fuerza neta que lo haga flotar o hundirse. Cualquier fuerza aplicada hará que se mueva en la dirección de la fuerza. Si no tiene momento, permanecerá inmóvil.
La vejiga natatoria de un pez controla la flotabilidad ajustando la cantidad de gas en la vejiga natatoria, lo que le permite lograr una flotabilidad neutra a diferentes profundidades. Cuando la densidad general de un pez se vuelve mayor o menor que la del agua circundante debido al cambio de volumen de la vejiga natatoria después del ascenso o descenso, puede corregir esta diferencia con el tiempo mediante un proceso fisiológico que implica la absorción y eliminación controladas de gases a través de la circulación sanguínea, las branquias y una glándula adyacente a la vejiga natatoria.
El cerebro humano presenta una flotabilidad aproximadamente neutra como resultado de su suspensión en el líquido cefalorraquídeo . La masa real del cerebro humano es de unos 1400 gramos; sin embargo, el peso neto del cerebro suspendido en el LCR equivale a una masa de 25 gramos. El cerebro, por lo tanto, existe en una flotabilidad casi neutra, lo que le permite mantener su densidad sin verse afectada por su propio peso, que cortaría el suministro de sangre y mataría las neuronas en las secciones inferiores.
La flotabilidad determina si un objeto flota o se hunde.