FISICA II MODULO DE APRENDIZAJE "Fluidos En Reposo"

FISICA II

MODULO DE APRENDIZAJE

“Fluidos En reposo”

I.E. “Nuestra Señora del Rosario”

Chiclayo – Perú

2012

En el siguiente video conocerás como surge uno de los Principios más importantes de la Hidrostática.

http://www.youtube.com/watch?v=A7yK6CPb5bc

http://www.youtube.com/watch?v=X8c3AdgMi9w

Para empezar, un objeto más denso que un fluido dado, no puede flotar en dicho fluido. Así que, para que un barco flote, es necesario que la densidad del barco sea menor que la del agua, y en efecto lo es porque aunque el barco esté hecho de hierro, hemos de tener en cuenta su volumen total, el cual contiene mucha cantidad de aire, de modo que todo el braco resulta menos denso que el agua del océano.

El exterior del barco está fabricado con materiales mucho más densos que el agua de mar; sin embargo, el volumen total del barco es mayoritariamente aire. Si hacemos media para obtener la densidad total del barco, obtendremos una densidad mucho menor que la del agua, de modo que parte del barco se mantiene fuera del agua.

La línea de flotación:

Cuanta más carga se introduce en el barco, más se hundirá en el agua. Si nos detenemos a mirar la imagen de un superpetrolero, si va vacío casi todo el casco queda fuera del agua, dejando a la vista una gran parte pintada de rojo, pero cuando está cargado al máximo casi todo el casco se sumerge, quedando visible la estrecha banda pintada de negro. No obstante, lo que sobresale sobre el agua no depende sólo de la cantidad de carga, sino también de la densidad del agua en la que navegue. En agua dulce, el barco se sumerge más que en agua salada y en verano más que en invierno, porque la densidad del agua varía según la temperatura. La línea de flotación, pintada en un costado del barco, tiene unas marcas que indican la profundidad o calado a la que puede sumergirse el barco en diferentes aguas.

Flotabilidad:

Los niños aprenden las leyes físicas de la flotación con barquitos en la bañadera. Si se introduce del todo debajo del agua, en seguida se llena, pero si es de madera o de plástico, en cuanto se suelta vuelve a salir a la superficie, y si es de metal se queda en el fondo. En la guerra se hundían los barcos al chocar con minas o torpedos porque al hacer explosión abrían brechas por debajo de la línea de flotación.

En el punto más profundo de la corteza terrestre, la fosa de las Marianas con 11.000 metros de profundidad, la presión es de 12.400 toneladas por metro cuadrado, equivalente a que una persona sujetara con sus brazos 30 aviones Boeing 747 repletos de carga. Las ballenas pueden soportar esta presión porque sus cuerpos son más flexibles. Sus costillas están unidas por cartílago que permite que la caja torácica se abra y cierre a unas presiones que romperían nuestros huesos.

El peso del aire nos pasa inadvertido porque, como cualquier otro fluido, el aire ejerce su presión en todas direcciones. La sangre en nuestras venas, el aire en nuestros pulmones, los fluidos de nuestros cuerpos están a presión atmosférica. Ejercen una presión hacia afuera igual a la que la atmósfera ejerce hacia adentro.

Es decir, estamos en equilibrio con nuestro ambiente. Si nos sumergimos en agua, la presión externa crece rápidamente con la profundidad y no puede ser equiparada desde adentro sin dañar nuestros tejidos. Por esta razón, un hombre sin protección alguna tiene limitada su inmersión, aunque esté equipado con un tanque de oxígeno. Por otro lado, existen formas de vida adaptadas a los más profundos abismos del océano, donde la presión hidrostática es de más de 1.000 atmósferas. Esos seres están balanceados con su entorno y se mueven con la misma indiferencia con que nosotros “buceamos” en el océano del aire.

Cuando el buzo se sumerge sin protección rígida, debe respirar aire a la misma presión que la del entorno. El tanque de aire comprimido que carga en la espalda tiene un regulador que permite que el aire inhalado cumpla con este requisito. Desde que se ha empezado a utilizar el aire comprimido se sabe que la exposición a grandes presiones puede dañar o matar; gradualmente se ha comenzado a entender los mecanismos subyacentes en tales afecciones.

A fines del siglo XIX comenzaron a usarse unas cabinas especiales presurizadas durante la construcción de los cimientos de los puentes, bajo agua. Cuando los obreros eran sometidos a descompresión, desarrollaban una serie de afecciones que iban desde dolores en las articulaciones, entumecimientos, parálisis, hasta incluso la muerte. En este siglo, el grupo de riesgo se ha extendido a buzos, obreros en cabinas pilotos de aviones volando a grandes alturas y astronautas. Cuando un buzo novato retiene el aire mientras sube muy ligero, puede sufrir embolia gaseosa. Se produce porque la presión del entorno disminuye rápidamente, entonces el gas sin escape de los pulmones se expande. El pulmón se rasga y el aire escapa a la sangre.

Por los circuitos arteriales las burbujas pueden llegar al cerebro y provocar parálisis o muerte. La enfermedad de la descompresión propiamente dicha es la consecuencia de formación de burbujas en los tejidos. El gas que lo provoca (nitrógeno, por lo general) entra al cuerpo por los pulmones en una inmersión, y la alta presión hace que se disuelva en la sangre. La circulación lo lleva hasta los capilares donde se difunde en los tejidos. Esta difusión es más rápida en la médula espinal y en el cerebro (porque están más irrigados), yen los músculos calientes y activos.

Una manera de prevenir la enfermedad consiste en un ascenso lento, a razón de 9 metros por minuto, o con paradas de seguridad regulares. Otra, es la aspiración de mayor concentración de oxígeno; se venden tubos con aire con una concentración de 32% de oxígeno (en lugar del 21% normal). Los buzos aficionados pueden bucear hasta una profundidad de 39 metros con un tubo de aire comprimido común y sin necesitar de una descompresión por etapas mientras suben. Pero son muchos los buzos que mejorando su equipo, y aumentando el riesgo, prefieren incursionar en lo más profundo para poder encontrarse con restos de naufragios, túneles y oscuras cavernas, entre otras maravillas.

Últimamente se han experimentado diferentes mezclas de gases para evitar que las altas presiones resulten nocivas para el organismo. En 1993, una inmersión simulada (en una cabina presurizada especial) alcanzó el récord de 701 metros de profundidad. Estas experiencias límite requieren de siete días de compresión progresiva y de treinta días de descompresión. El conocimiento de la fisiología de la enfermedad puede incorporarse a modelos matemáticos que indican probabilísticamente los riesgos de las inmersiones acuáticas. Para desarrollar dichos modelos se ha recogido información de cientos de inmersiones por medio de computadoras que llevan los buzos entre su equipo.

Estas computadoras registran la profundidad de manera precisa y continuamente actualizas cálculos de nitrógeno en los tejidos, transfiriendo la información a computadoras en la superficie. El desafío de las próximas décadas es el perfeccionamiento de los modelos para que extiendan su cobertura y minimicen los riesgos. Ya se ha pagado bastante caro la información de cómo el cuerpo del hombre responde a las fuerzas para las que no está diseñado cuando traspasa sus límites hacia el espacio exterior o hacia las profundidades oceánicas.

Es aquella sustancia (liquida, gas o vapor) donde existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que ocasiona que adopten la forma del recipiente que los contiene.

Para una sustancia molecularmente homogénea, su densidad nos expresa la masa de la sustancia contenida en la unidad de volumen. La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión.

 m: masa de la sustancia, Kg

 V: volumen de la sustancia, m3

Ejemplos de densidades en diferentes cuerpos. La densidad de un cuerpo influye en la flotabilidad del mismo.

Ingresa a la siguiente animación y realiza los cálculos. Completa en tu cuaderno los cuadros y responde las preguntas de cada actividad.

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/densidad/densidad.htm

TAREA 1: Actividad 1-2-3-4

CUADRO 1

Sustancia Volumen (cm3) Masa (g) Densidad

(g/cm3)

Aluminio

20 cm3

Cobre

Oro

Hierro

Madera

Mármol

CUADRO 2

Sustancia Volumen (cm3) Masa (g) Densidad

(g/cm3)

Aluminio 5 cm3

10 cm3

20 cm3

30 cm3

40 cm3

50 cm3

Responde

Establece una conclusión según los resultados obtenidos en los cuadros.

TAREA 2: Actividad 5

CUADRO 1

Masa volumen densidad

Cuerpo (g) Inicial del líquido (ml) Final del líquido (ml) Variación de volumen (volumen del cuerpo) (ml) (g/cm3)

...