Los osos saben mucha física práctica (al menos, de fuerzas y presiones)

El oso que se ve en el vídeo demuestra saber mucho de física práctica (otros animales también). Como aprecia que la capa de hielo de un lago es fina y se puede romper bajo su peso, se tumba para pasar por encima. Lo hace porque sabe que de ese modo su presión sobre el hielo será mucho menor que si camina sobre él.

Efectivamente, esta estrategia del oso puede explicarse en términos de presión, que es la fuerza ejercida por unidad de superficie. La ecuación que relaciona las tres variables es:

donde:

• F es la fuerza aplicada (en este caso, el peso del oso, que es igual a su masa por la aceleración de la gravedad).
• A es el área de contacto con el hielo.

Consideremos los siguientes datos:

• Un oso pardo adulto puede pesar entre 300 y 600 kg. Tomemos 400 kg como ejemplo.
• La aceleración de la gravedad es 9,8 m/s²
• La huella de un oso pardo grande (Ursus arctos) mide aproximadamente:
  Pata delantera: 15–25 cm de largo y 10–18 cm de ancho. Una estimación del área puede ser: 18 × 12 = 216 cm² = 0,0216 m².
  Pata trasera: 20–35 cm de largo y 12–20 cm de ancho. Área estimada: 25 × 15 = 375 cm² = 0,0375 m².
  Por tanto, podríamos estimar el área de apoyo en:​
  A = 2 × 0,0216 + 2 × 0,0375 = 0,1182 m²

Podría parecer que esas medidas de la pata de un oso son muy grandes, pero quizá nos estemos quedando cortos: véase el tamaño de la pata de un oso gris (Ursus arctos horribilis) en comparación a la mano de una persona (teniendo en cuenta que la mano del oso se ve magnificada por la proximidad a la cámara):

• Si el oso se tumba y se arrastra, su cuerpo ocupa una superficie aproximada de 1,5 m × 0.8 m = 1,2 m².

Calculemos las presiones :

Oso caminando sobre sus patas
La fuerza sobre el hielo es el peso del oso:
F = mg = 400 × 9,8 = 3920 N
La presión sobre el hielo es:
P = 3920 / 0,1182 ≈ 33164 Pa

Oso tumbado y arrastrándose
Ahora el área de apoyo es 1.2 m²
El peso del cuerpo es 3920 N
Pa presión que ejerce es: P ​= 3920 / 1,2 ​≈ 3267 Pa

Es decir, cuando el oso camina, la presión total de las cuatro patas sobre el hielo es 33164 Pa. Pero cuando se tumba y arrastra, la presión disminuye a 3,267 Pa, ¡unas diez veces menor! Incluso si suponemos que la superficie de las patas es mayor (digamos que el área de apoyo sea 30 cm × 20 cm = 600 cm² = 0,06 m²), la presión total sería de 16333 Pa, es decir, unas 5 veces mayor que cuando está tumbado.

El hielo se rompe cuando la presión sobre él excede su resistencia mecánica. El hielo delgado puede soportar solo cierta cantidad de presión antes de fracturarse. Al tumbarse y distribuir su peso sobre un área mayor, el oso reduce la presión ejercida sobre el hielo y disminuye el riesgo de romperlo.

Este análisis muestra cómo los osos aplican intuitivamente un principio físico para su supervivencia. ¡Los osos son excelentes físicos sin presumir de tales!

En la vida diaria

Este principio es el mismo que explica:

• Por qué los esquís permiten deslizarse sobre la nieve sin hundirse (distribuyen el peso).
• Por qué los cuchillos afilados cortan mejor (menor área, mayor presión).
• Por qué las camas de clavos permiten acostarse sin lastimarse (más área, menor presión por clavo).