Cosas de la ciencia y ciencia para todos: ¿Por qué flotan los submarinos?
POR ALBINO ARENAS (CATEDRÁTICO DE FÍSICA)
Un submarino puede flotar igual que flota un barco. La condición es: «la densidad del barco ─que se obtiene dividiendo su masa entre su volumen total─ ha de ser menor que la densidad del agua para que el barco flote. Y ya se sabe: los cuerpos más densos que el agua se hunden y los menos densos que el agua flotan». Precisemos que se trata de densidad media del barco, que incluye el aire contenido en su interior.
¿Y el submarino también debe cumplir esta condición para flotar? Sí. La cuestión es: ¿cómo puede un submarino, además de flotar, sumergirse, volver a flotar? La explicación se encuentra en que el submarino tiene unos depósitos, ‘tanques de lastre’, que se comunican con el mar. Estos tanques pueden llenarse de agua o vaciarse con aire comprimido.
Si el submarino está flotando y se desea hundirlo, se abren unas válvulas para que entre agua en tanques de lastre; así aumenta la densidad media del submarino, pues el agua es más densa que el aire. Cuando haya entrado suficiente agua, la densidad media del submarino superará la densidad del agua y comenzará a hundirse. Una vez hundido para que ascienda se cierran las válvulas y se introduce aire comprimido, que saca el agua fuera. Como el aire es menos denso que el agua, la densidad media del submarino disminuye. Cuando sea menor que la del agua, ascenderá a la superficie y flotará.
Existen peces (no todos) que funcionan de modo similar. Son peces que tienen una vejiga natatoria: una especie de bolsa interna que pueden inflar o desinflar con gas (oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono). Esta vejiga hace la función de los tanques de lastre.
El pez infla la vejiga con gas para subir. En el submarino se introducía aire comprimido en tanques de lastre que expulsaba agua con el mismo objetivo: subir. En ambos casos se persigue disminuir la densidad media (del pez y del submarino). Para bajar, el pez deshincha la vejiga natatoria mientras que en el submarino introducían agua en los tanques de lastre. En ambos casos, se persigue aumentar la densidad media (del pez y del submarino) para que puedan bajar.
Más complejo es mantenerse quieto a una profundidad intermedia entre la superficie y el fondo. Para ello su densidad media debería ser igual a la del agua. Sin embargo, cualquier cambio mínimo hace que deje de coincidir, lo cual lo haría ascender o descender. Se ha conseguido resolver con unos sistemas de control automatizados: sensores, tanques de compensación y bombas que pueden mover pequeñas cantidades de agua para ajustar la flotabilidad. Así se logra que el submarino mantenga la densidad media adecuada en cada momento y alcance el “equilibrio neutro” o “flotabilidad neutra”.