HIDROSTÁTICA. E = d g V

Transcripción

1 HIDROSTÁTICA E = d g V Lo que importa no es la densidad del material sino la del cuerpo que forma. Efectivamente, la densidad del hierro es, aproximadamente, siete veces mayor que la del agua pero un barco no está todo lleno de hierro, su interior está casi vacío. Por tanto la densidad del barco es menor que la del agua. En realidad la parte sumergida del barco llena de agua (empuje) pesa lo mismo que el barco real. Mira aquí (foro) otro punto de vista Cuando una pelota maciza de plomo se introduce en agua se hunde pero en mercurio flota, Por qué? Por qué flota el plomo en mercurio? Vol grav dens

2 Partamos de la base que la pelota de plomo pesa lo mismo sumergida en aire, en agua o en mercurio. El peso tiene que ver con la masa y la gravedad y ambas son idénticas en los tres casos. Lo que cambia es el empuje, esa fuerza ascendente que tiene por valor el peso del cuerpo si estuviera lleno del líquido en el que lo hemos sumergido. Como una pelota como la nuestra, llena de agua, pesaría menos que la de plomo, gana el peso y pierde el empuje y la bola se va al fondo sin posibilidad de que ninguna de las fuerzas cambien de valor. Pero una esfera llena de mercurio pesa más que la de plomo, venciendo el empuje, haciéndola ascender hacia la superficie hasta que parte del cuerpo sale por ella y deja de desalojar líquido, disminuyendo el empuje, con lo que se igualan, ahora, peso y empuje. Decimos que flota. Como observarás, todo tiene que ver con la relación que hay entre las densidades. Cuando un cuerpo es más denso que el líquido donde se ha sumergido, se hunde. En caso contrario flota. De qué depende la presión en el interior de un fluido? P = d g h A la fuerza que ejerce una columna imaginaria de fluido sobre la base de 1 m2 y altura h se le denomina presión. En realidad sería lo mismo decir que a lo que pesa dicha columna se le denomina presión. Por otro lado, el peso depende de la masa (densidad volumen) y de la gravedad del lugar. El volumen de un cuerpo de base 1 m2 coincide con su altura expresada en m3 (Volumen = Superficie base altura = 1 h = h m3). Presión = densidad gravedad profundidad. Si se fundiese el hielo del casquete polar norte, subiría el nivel de las aguas de los océanos? Si tomas un vaso con un cubito de hielo y lo llenas de agua hasta el filo, observarás que un

3 trozo del cubo queda fuera del agua (10 % aproximadamente). Cuando se derrita bozará el vaso?. Imaginemos que cortamos la parte del hielo que sobresale y mantenemos la parte sumergida a ras de la superficie del agua. Al fundirse el hielo (que desaloja líquido), es decir, al aumentar la temperatura por encima del punto de fusión, el volumen disminuye, dejando libre parte del espacio que antes ocupaba. El volumen de ese espacio libre es exactamente igual al que ocupará el hielo sobrante (trozo que no estaba sumergido) en estado líquido. Por tanto no se derramará agua. Este elemento es uno de los pocos que disminuye de volumen al aumentar su temperatura (entre 0º y 4º C). Es lo mismo decir que aumenta su densidad. El hielo (que es agua sólida) flota en agua líquida porque su densidad es menor. Es por tanto poco probable que suba el nivel de los océanos si se fundiera el hielo del polo Norte geográfico (podría ocurrir por otras causas). Cosa distinta pasaría si fuese el hielo del polo Sur el que se licuase. En este caso, dicho hielo está situado sobre una plataforma continental, fuera del mar. Si éste se fundiera, caería al océano, aumentando la cantidad de agua de éste, y subiendo el nivel. Es verdad que los océanos Atlántico y Pacífico tienen distinto nivel? Mapa Canal de Panamá Mucha gente cree que el Canal de Panamá se construyó con exclusas que habían de llenarse para ir subiendo a los barcos. Éstas se necesitaban porque se quería aprovechar un gran lago que hay en el centro del istmo, y cuya altura está por encima del nivel del mar. Luego hay que utilizar las exclusas para bajar los barcos, en el otro lado del canal. Esto no quiere decir que todos los océanos tengan el mismo nivel, pues respecto a qué medimos las alturas de las aguas. Respecto del fondo marino es evidente que no todos tienen la misma profundidad. Respecto al centro de la Tierra, tampoco, porque la Tierra está achatada por los polos y, además, está el tema de las mareas (influencia de la Luna sobre la masa de agua terrestre).

4 En qué parte del cuerpo actúa el empuje? Centro de Empuje Como ya hemos explicado, el empuje es la fuerza que todo fluido ejerce sobre un cuerpo cuando éste se sumerge en él. Su valor es el peso de fluido desalojado. Dónde actúa dicha fuerza?. Si la parte sumergida la llenáramos de fluido, el cuerpo formado (imaginariamente) tendría un centro de gravedad. Ese es el punto de aplicación del empuje. Nótese que no tiene por qué coincidir con el centro de gravedad del cuerpo real. Imaginemos una esfera con la mitad superior de madera y la inferior de plomo. El centro de gravedad del cuerpo estaría en el interior de la zona de plomo mientras que el centro de empuje estaría en el centro de la esfera. Esto es importante a la hora de construir los barcos, pues si el centro de gravedad estuviera por encima del centro de empuje, cualquier ola haría volcar el barco. Si, por el contrario, está por debajo, ambas fuerzas, empuje y peso, crearían un par de fuerzas restauradoras que enderezaría la nave. Por esta razón se ha de procurar que los motores, carga, etc. (partes pesadas del barco) estén lo más bajo posible. Es verdad que soportamos una presión de diez mil kilos por metro cuadrado? Parece mentira pero es verdad. Si pintáramos en el suelo un cuadrado de un metro de lado y pesáramos todo el aire que está encima de él resultaría ser el mismo que si pusiéramos diez metro de agua de altura. Es decir, todo el aire contenido en un metro de base pesa lo mismo que la contenida de agua con diez metro de altura

5 (diez metros cúbicos). Como cada metro cúbico de agua pesa 1000 kg (1 T), resulta que la presión ejercida (peso en un metro cuadrado) es de kg (kp). Esta es la presión que soportamos por estar inmerso en el fondo de un mar de aire. El traje que los astronautas llevan a la Luna no es, como mucha gente piensa, para poder respirar, para ello bastaría una bombona de las que utiliza los submarinistas, este traje tiene que llevar la presión atmosférica de la Tierra dentro de él. Debe soportar, por lo tanto, una fuerza hacia fuera de igual valor que la expuesta. Nosotros mismo tenemos interiormente esa misma presión, sino sucumbiríamos al peso de nuestro aire. EXTRAÍDO REVISADO EL 8/01/17