En un elevador de botes, ¿de dónde viene la tremenda fuerza (energía) de levantar barcos pesados? Si esta energía está inherentemente presente en el agua, ¿se puede aprovechar para crear energía?

Lo creas o no, se necesita muy poca energía para levantar un bote.

El truco es que un elevador de botes está equilibrado. Tiene un enorme cubo de agua en un lado y un contrapeso de igual masa en el otro (a menudo, solo otro cubo con la misma cantidad de agua). Hay muchas formas de organizar eso, por lo que obtienes muchos diseños diferentes para elevadores de botes.

Cuando un bote conduce al cajón, desplaza una cantidad igual de agua. Esa es la flotabilidad básica. La masa en el cajón no cambia, por lo que el equilibrio es el mismo.

Eso significa que no hay energía real involucrada cuando sube o baja el cajón. No importa cuán pesado sea, por cada kilogramo de masa que sube, hay otro kilogramo que baja. Tienes que superar la fricción, por lo que en realidad requiere un poco de energía (bueno, mucha, ya que la cosa es increíblemente pesada y, por lo tanto, mucha fricción), pero ni de lejos tanto como podrías pensar simplemente levantando el bote más el agua.

Es más fácil de ver, tal vez, en un diagrama:

Gandalf61 en el idioma inglés Wikipedia [GFDL (GNU Free Documentation License) o CC-BY-SA-3.0 (Creative Commons – Attribution-ShareAlike 3.0 Unported – CC BY-SA 3.0)], a través de Wikimedia Commons

Un principio similar se aplica a los ascensores ordinarios. Los ascensores convencionales tienen contrapesos en una polea. Cuando subes, bajan, y viceversa. A diferencia del elevador de botes, no existe un ingenioso truco de flotabilidad para garantizar que la elevación de la masa sea siempre la misma, pero significa que solo tiene que elevar la masa de las personas, no las personas más el automóvil.

Mirando el diagrama de Joshua Engel, podemos ver que antes de que el barco llegue al cajón, solo hay dos cajones, ambos llenos de agua. Por lo tanto, no hay levantamiento neto si los dos cajones cambian de lugar. Y como explica Joshua, tampoco se puede levantar una red cuando hay un barco en el cajón, ya que un bloque de agua que pesa exactamente lo mismo que el barco se movió río abajo mientras el barco navegaba.

Pero cuando el barco ha sido levantado y comienza a moverse fuera del cajón en el nivel más alto del canal, tiene que moverse un peso igual de agua del canal de alto nivel. Así que cada vez que se levanta un barco, un bloque de agua del canal llega a baje con su cajón y cuando sea hora de que otro barco entre en ese cajón, el agua fluirá hacia el río.

Entonces, de hecho, cada vez que se levanta un barco, un peso igual de agua del canal desciende hacia el río. ¡De ahí proviene la energía para levantar la nave! Es la energía potencial gravitacional del agua del canal de alto nivel que está levantando el barco. Entonces sí, esta energía está inherentemente presente en el agua del canal.

Y , esa energía se puede aprovechar, dejando que el agua corra hasta el nivel del río a través de una turbina / generador hidroeléctrico estándar. Lo hacemos todo el tiempo en muchos lugares donde el agua a un nivel alto puede fluir a un nivel más bajo. Y esto es originalmente energía solar, ya que el sol primero evaporó un poco de agua de mar en el aire al nivel del mar y luego impulsó las corrientes de aire termal ascendentes para elevar esa humedad hacia arriba donde podría llover en los manantiales de montaña alimentando el flujo de alto nivel.

¡Así que, en última instancia, el elevador del barco funciona con energía solar!

La fuerza no es energía. Debido a la resistencia, se necesita energía para mover un bote. Pero no se necesita energía para mantener un bote a flote. La presión del agua mantiene un bote a flote. Cuanto más profundizas en el agua, más presión hay. Los barcos se hunden hasta la mitad en el agua, hasta que haya suficiente presión para mantenerlo a flote.

La presión del agua no es energía, por lo que la fuerza que mantiene a flote un bote no es energía y no puede ser una fuente de energía.

Un “elevador de barco” opera principalmente utilizando energía potencial gravitacional. El agua fluye hacia la cerradura / elevador debido a la gravedad, lo que eleva el nivel del agua en la elevación / cerradura. Podría poner una turbina en el agua en ese punto y generar energía hidroeléctrica, tal como lo haría en cualquier presa hidroeléctrica. Esto solo se hace cuando hay suficiente agua y suficiente pendiente (como en las cascadas) para que la central eléctrica sea económicamente útil.