lunes, 23 de febrero de 2009

TEMA: HIDROSTATICA





















C a p í t u l o

Hidrostática
ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

ASIGNATURA: FISICA II
TEMA: Hidrostática
TIEMPO: 1 hrs. teoría y 2 hrs. laboratorio
FECHA: 1 – 5 de febrero 2009


DISEÑA:
Lilia Garduño Calderón y Leticia Lemus Reyes

OBJETIVO: Aplicará los conceptos, principios y leyes fundamentales que rigen el comportamiento de los fluidos en reposo para llevarlos a su vida cotidiana

Aprendizajes:

· Establecerá la relación entre la presión y el principio de Pascal, en la prensa hidráulica.
· Interpretara el significado del Principio de Arquímedes.
· Calculará la presión en diversas sustancias.

Estrategias Didácticas:

1. Realiza la lectura de “Fluidos en reposo” y elabora un resumen.
2. A partir de la información presentada por tu profesor contesta el cuestionario de Hidrostática.
3. Elabora un mapa conceptual con: hidrostática, fluido, densidad, peso específico, presión, principio de Pascal, Principio de Arquímedes y conceptos relacionados.
4. Resuelve el crucigrama de presión.
5. Realiza las prácticas de Presión y Principio de Arquímedes, reportando en tu manual de laboratorio.
6. Resuelve los problemas de aplicación referentes a la unidad de hidrodinámica
7. Resuelve los reactivos y problemas de aplicación de la guía.
8. Realiza la lectura “¿qué le sucede al cuerpo humano expuesto al vacío?” y elabora un ensayo.
9. Escucha el programa de radio.


Contenidos:

Conceptuales: hidrostática, fluido, densidad, peso específico, presión, principio de Pascal, Principio de Arquímedes y conceptos relacionados.
Procedimentales: Lectura de textos, resolución de cuestionarios, montaje de aparatos, análisis de datos, elaboración de conclusiones y resolución de ejercicios de aplicación.

Evaluación:
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN
Resumen

Resolución de ejercicios


Cuestionario bien contestado


Resolución de reactivos de la guía


Mapa conceptual

Ensayo

Crucigrama

Programa de radio

Reporte de laboratorio


Actitudes del alumno


Reporte de laboratorio





EVALUACIÓN FINAL



Fluidos en reposo
LA MATERIA puede clasificarse, desde el punto de vista macroscópico, en sólidos, líquidos y gases. Mientras que los primeros tienen forma propia, los líquidos y los gases adoptan la forma del recipiente que los contiene.
Si consideramos una fuerza actuando sobre la superficie de un sólido, la dirección en la que actúa la fuerza no importa para la forma del sólido, ya que ésta no cambia; la acción de la fuerza se traduce en movimiento del cuerpo, desplazándose éste como un todo. Si la fuerza se aplica a un líquido o a un gas, el comportamiento del sistema es diferente: éstos tienden a fluir, es decir, a deslizarse por capas. Si consideramos un líquido contenido en un recipiente, al actuar una fuerza sobre él, la componente perpendicular a la superficie del recipiente no contribuye al movimiento del líquido, pero la componente paralela a la superficie de dicho recipiente provocaría que las diversas capas del líquido se deslizaran unas sobre otras, haciendo que éste pierda su estado de reposo. La propiedad de deslizamiento por capas ante la presencia de cualquier fuerza paralela a la superficie, sin importar su magnitud, se conoce como fluir e identifica tanto a los líquidos como a los gases; es por ello que se les conoce como fluidos.
Dicha propiedad es la responsable de que los fluidos cambien su forma. Para entender su comportamiento, es necesario desarrollar algunos conceptos previos, de modo que empezaremos por decir que para que un fluido esté en reposo, la fuerza que ejerce sobre las paredes del contenedor que lo limita siempre es perpendicular a la superficie del contenedor, de otra forma existiría un flujo, es decir, el fluido estaría fuera de equilibrio.
Debido a que gases y líquidos fluyen y adquieren la forma del contenedor, existe contacto entre el fluido y la superficie completa del recipiente. La fuerza ejercida por el fluido sobre el contenedor está distribuida sobre toda la superficie de contacto, y la forma más conveniente para describir esta situación es en términos de la fuerza normal a la superficie, por unidad de área, esto se conoce como presión y se simboliza por: (presión= fuerza / área).

F =
Fuerza
N
A =
Área
m2
P =
Presión
N/m2 (Pascal)
La presión es una cantidad escalar, es decir, no tiene dirección, sólo magnitud, y se mide en Pascales (Pa), 1 Pa = 1 N/m², en mm de Hg, en atmósferas (atm), 1 atm = 760 mm de Hg, o en las unidades que se requieran dependiendo del sistema que se esté utilizando.


Raquetas de nieve le impiden hundirse en la nieve blanda, ya que la baja propagación de la fuerza que ejercen sobre la nieve en una zona amplia, la reducción de la presión sobre la nieve de la superficie

La presión mantiene una relación inversa con el área, es decir, a mayor área menor presión y viceversa.








El profesor de física se prepara apara una siesta en una cama de clavos.

¿Cómo es esto posible?









Una atmósfera (1 atm) es la presión que sentimos debido a la existencia de la atmósfera terrestre al nivel del mar, es decir, es el peso de la atmósfera que rodea la Tierra por m² de superficie, lo que equivale a 1.013 X 105 N/m²; a esto lo llamamos presión atmosférica. La presión atmosférica varía con la altura y al nivel del mar se tiene su valor máximo, llamada Presión Atmosférica Normal y equivale a:
1 atmósfera = 760 mm de Hg = 1.013 x 105 N/m2.


A medida que es mayor la altura sobre el nivel del mar, la presión disminuye. En la Ciudad de México su valor es de 586 mm de Hg, que equivalen a 0.78 x 105 N/m2., en el Monte Everest (9 000 m sobre el nivel del mar) la columna de mercurio desciende hasta 250 mm de Hg.
La presión atmosférica no sólo varía con la altitud sino que varía también con las condiciones del tiempo, las cuales están regidas por variaciones muy pequeñas en la columna de mercurio que ayudan a pronosticar las condiciones del tiempo. Por ejemplo, cuando empieza a descender la presión en un barómetro generalmente está ligado a condiciones lluviosas. Es muy común expresar la presión atmosférica en milímetros de mercurio, por lo que resulta conveniente recordar las siguientes equivalencias:
1 mm de Hg = 133.2 N/m2
1 cm de Hg = 1 332 N/m2
En honor a Torricelli, a la presión que soporta 1 mm de mercurio se le da el nombre de Torr.
1 mm de Hg = 1 torr Þ 1 atm = 760 torr
Dado que el mercurio es muy tóxico, está sellado dentro del barómetro. Un dispositivo más seguro y menos costoso de uso extenso para medir la presión atmosférica es el barómetro aneroide (sin fluido). En un barómetro aneroide, un diafragma metálico sensible en un recipiente vacío (algo parecido a un tambor) responde a los cambios en la presión y los indica sobre un cuadrante.

La presión manométrica es igual a la diferencia entre la presión absoluta que hay en el interior del recipiente y la presión atmosférica.
PRESIÓN MANOMÉTRICA = PRESIÓN ABSOLUTA - PRESIÓN ATMOSFÉRICA


Existen varios dispositivos para medir la presión manométrica en los depósitos, llamados manómetros.
Un manómetro muy empleado es el tubo abierto o manómetro de líquido. Consiste en un tubo en forma de U que contiene un líquido que puede ser agua, alcohol, si se requiere de alta sensibilidad, aunque generalmente contienen mercurio. Una de sus ramas está abierta a la atmósfera en tanto que la otra se conecta al tanque al que se quiere medir la presión.
Al ponerse en comunicación con el tanque, el gas o vapor del líquido ejerce una presión que hace subir el nivel del mercurio (líquido contenido en la rama libre) hasta una determinada altura dependiendo de la presión que haya dentro del tanque.

Midiendo la diferencia entre los dos niveles, se determina la presión manométrica, a la cual debe agregar la atmosférica para conocer la presión absoluta que hay dentro del recipiente. La presión ejercida por el gas o vapor de líquido se denomina presión absoluta y la presión ejercida por la columna del líquido se llama presión manométrica.
Es curioso saber que soportamos tanto peso y nuestro organismo funciona tan bien. Si consideramos además el caso de un buzo, a medida que desciende del nivel del mar, el peso sobre su cuerpo aumenta por la cantidad de agua que queda sobre él; esto implica que la presión sobre él crece a medida que desciende. La pregunta que surge es: ¿por qué no muere aplastado? La respuesta está en que para poder mantener su forma, el cuerpo ejerce una presión similar sobre el agua que lo rodea, de modo que la suma de las dos presiones se anula, impidiendo que el buzo muera. En esto el sistema respiratorio y el circulatorio desempeñan un papel muy importante.
Una presión ejercida sobre un fluido desde el exterior, es transmitida uniformemente a través de todo el volumen del fluido; de otra forma, éste podría fluir de una región de alta presión a una de baja presión igualándose las presiones; de este modo, el fluido que se encuentra en el fondo del contenedor está siempre a mayor presión que el de la superficie, debido al peso del propio fluido. Esto lo podemos aplicar también al cuerpo humano, ya que si en un momento dado medimos la presión de diferentes partes del cuerpo en una persona que se encuentra de pie, dicha presión será mayor en los pies que en la cabeza.
El postulado anterior también puede expresarse como: cualquier presión que se aplica a la superficie de un fluido confinado se trasmite completamente a todos los puntos del fluido; esto en física se conoce como Principio de Pascal y tiene muchas aplicaciones. Quizá la más conocida en medicina es la jeringa: la presión que se aplica en el pivote se trasmite íntegramente al fluido haciendo que salga a través de un área mucho menor, por lo que sale con gran velocidad. Si el área de salida es igual al área de aplicación de la fuerza, el fluido escaparía con la misma velocidad con la que se empuja; si el área de salida fuera mayor, la velocidad con la que saldría el fluido sería menor que la de empuje, es decir, “La presión aplicada a un líquido encerrado se transmite íntegramente a todas las partículas del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”. Una importante aplicación de Pascal es la prensa hidráulica.
Una fuerza de magnitud F1 se aplica a un pequeño pistón de superficie A1. La presión se transmite a través de un líquido a un pistón de mayor superficieA2. Dado que la presión debe ser la misma en ambos lados, P=F1/A1= F2/A2. Por lo tanto, la fuerza F2 es mayor que la fuerza F1 por un factor A2/A1, llamado fuerza-factor multiplicador.

Otro hecho importante es que la presión sobre una superficie pequeña en un fluido es la misma, sin importar la orientación de dicha superficie. Dicho en otras palabras: la presión en un área pequeña dentro de un fluido depende únicamente de la profundidad a la que se encuentre dicha área; si no fuera así, la sustancia fluiría de tal forma que se igualaran las presiones.
La fuerza ejercida por el líquido en las paredes del contenedor es perpendicular a las paredes en todos los puntos







La fuerza ejercida por la presión en un fluido es la misma en todas direcciones a cualquier profundidad, y su magnitud depende de la profundidad, de la siguiente manera:




Pe =
Peso Específico del líquido
N/m3
h =
Altura de la superficie libre del líquido hasta el punto considerado.
m
r =
Densidad del líquido
Kg/m3
g =
Aceleración de la gravedad
9.8 m/s2
Ph =
Presión hidrostática
N/m2 (Pascal)
La densidad de un objeto es la razón de su masa con su volumen. Podemos escribir que:

m =
Masa
kg
v =
Volumen
m3
r =
Densidad
kg/m3
Para los diferentes elementos, la densidad es una medida que los caracteriza. En el sistema MKS sus unidades son kg/m³ y se miden con respecto al agua, cuya densidad es de 1 g/cm³.
Para medir la densidad de un fluido, como la sangre, basta con conocer el peso (que dividido entre el valor de la constante gravitacional g = 9.81 m/s² nos da el valor de la masa) y el volumen de una muestra, lo cual es fácilmente obtenible en el laboratorio con ayuda de una balanza y de una probeta. Si se trata de un sólido, el problema se complica en caso de que no tenga una forma regular para poder calcular el volumen, pero experimentalmente puede medirse introduciendo el sólido en una probeta con agua (por ejemplo) y midiendo el volumen de agua desplazado, que será igual al del sólido. Si el cuerpo es muy grande, podemos aplicar el Principio de Arquímedes, que nos dice que el peso del fluido desplazado es igual a la diferencia entre el peso del cuerpo en el aire Wa y el peso del cuerpo en el fluido Wf. Es decir, “Todo cuerpo sumergido en el seno de un fluido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado “



r =
Densidad del líquido
Kg/m3
g =
Aceleración de la gravedad
m/s2
V =
Volumen sumergido del cuerpo
m3
E =
Empuje
N

(a) Un objeto de menor densidad que el líquido en el que se encuentra sumergido, flota. (b) Un objeto de mayor densidad que el líquido en el que se encuentra sumergido, hunde. En condiciones normales, la densidad media de un pez es ligeramente superior a la densidad del agua. De ello se deduce que los peces se hunden debido a que poseen algún mecanismo para ajustar su densidad. Los peces realizan internamente esta regulación al llenar de aire su vejiga natatoria para equilibrar el cambio en la magnitud del empuje al actuar sobre ella. De esta manera, los peces son capaces de nadar a diversas profundidades.
A diferencia de un pez, un buceador no puede lograr flotabilidad neutra (en la que la fuerza boyante sólo equilibra el peso) mediante el ajuste de la magnitud de la fuerza boyante B. En lugar de la fuerza, el buzo se ajusta Fg llevar por la manipulación de pesos.
La flotabilidad es un fenómeno familiar. Cuando un cuerpo es sumergido dentro del agua parece que pesa menos que cuando está en el aíre y en general, cuando un cuerpo es menos denso que el fluido éste flota.
CUESTIONARIO: Hidrostática

INSTRUCCIONES: DESCRIBE DETALLADAMENTE LO QUE SE TE PIDE

1. ¿Qué es Hidrostática?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿A qué llamamos fluido?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Escriba el concepto de Presión y escriba su ecuación matemática.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Explique la relación entre presión y área, así como entre fuerza y presión. Mencione 2 ejemplos.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Explique el comportamiento de la presión hidrostática

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿A qué se refiere la paradoja hidrostática? Menciona una aplicación.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Diga los valores de la presión atmosférica en la Ciudad de México y a nivel del mar en todas sus unidades

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. ¿Con qué instrumento se mide la presión atmosférica y con cual la presión manométrica?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Explica el principio de Pascal, su principal aplicación y cita 2 ejemplos.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
10. Explica el principio de Arquímedes y escribe su modelo matemático

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. De acuerdo al principio de Arquímedes, explica cuando un cuerpo flota, se hunde o permanece en equilibrio y cita un ejemplo de cada caso.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Se desea obtener una presión mayor cuando se aplica una fuerza constante entonces:
a) Se aumentará el área b) Se disminuirá el área.
c) Se aumentará la densidad. d) Se disminuye la densidad.

13. Aparato utilizado para medir la presión atmosférica:
a) Manómetro b) Barómetro c) Baumanómetro d) aerómetro.

14. La presión que ejercen las llantas de una bicicleta de peso W es P. ¿Cuál será la presión que se ejercerá si se para en una sola llanta?
a) P/2 b) P c) 2P d) W

15. La presión que ejerce en el fondo de una columna de agua depende de:
a) La altura b) del diámetro del recipiente
c) cantidad de líquido d) volumen de líquido.

16. 1 atmósfera equivale en pascales a:
a) 101300 b) 10130 c) 1013 d) 101

17. Un submarino recibe una presión de 2 atmósferas a 20 metros de profundidad ¿qué presión resistirá a 40 m bajo la superficie del mar?
a) 60 atm b) no varía c) 4 atm d) 6 atm

18. Cuando en cuerpo determinado se sumerge en un fluido específico, este ejerce una fuerza llamada empuje con las siguientes características:
a) Puede ser en cualquier dirección y su magnitud cambia con la profundidad.
b) Es vertical y hacia abajo como el peso y depende de la gravedad.
c) Es siempre igual al peso del cuerpo que se sumerge.
d) Es siempre igual al peso del líquido que desaloja.

19. Si 10 cm3 del aluminio tienen una masa de 27 g., entonces la densidad del aluminio es; en g / cm3
a) 10 b) 27 c) 2.7 d) 0.27

20. La propiedad que tiene el agua de adoptar forma esférica se debe a:
a) la capilaridad b) la viscosidad c) la osmosis d) la tensión superficial

21. Con una ampolleta de vidrio vacío, se hace una canica. De esta manera se logra que el trozo de vidrio:
a. disminuya su masa
b. aumente considerablemente su masa
c. tenga mayor densidad
d. disminuye su área conservando su masa

22. La presión que ejercen los pies de un hombre de peso W es P. ¿Cuál será la presión que se ejercerá sobre uno de ellos si se para sobre un solo pie?
a) P b) 2P c) W d) P/ 2

23. Dos cuerpos tienen densidades diferentes y pesos iguales. El empuje que reciben del fluido al introducirlos completamente en él:
a) los hará flotar c) es igual a su peso
b) es mayor en el cuerpo de mayor densidad d) es mayor en el cuerpo de menor densidad

24. Una mujer flota en agua. Gran parte de su volumen se encuentra sumergido, porque:
a. el empuje es igual a su peso
b. el empuje es igual al peso del líquido que se desaloja
c. el peso aparente del cuerpo es cero
d. la densidad de su cuerpo es menor que la del agua

CRUCIGRAMA DE PRESIÓN



1



+
2

=
3


-



-



-
4



-
5

=
6


=



=



=
7



-
8

=
9






1. Sobre una superficie de 2 m2 actúa perpendicularmente una fuerza de 40N. ¿Cuál es el valor de la presión ejercida?

2. Sobre un émbolo de 0.l m2 actúa una fuerza de 2.0 N. ¿Qué presión se ejerce?

3. Sobre la punta de un clavo se ejerce una fuerza de 0.004 N. Si el área de la punta es 0.0001 m2. ¿Cuál es la presión ejercida?

4. Sobre una superficie de 0.02 m2 la presión ejercida es de 1000 Pa. ¿Qué fuerza actúa sobre ella?

5. Si la presión ejercida sobre una superficie cuadrada de 0.15m2 es de 100 Pa. ¿Cuál es el valor de la fuerza aplicada?



6. ¿Cuál es el valor de la fuerza aplicada perpendicularmente a un émbolo cuya área de la sección transversal es de 0.025 m2, cuando la presi6n que provoca es de 100 Pa?

7. Un cuerpo cúbico que pesa 3000 N está apoyado sobre una de sus caras, de manera que la presión que ejerce sobre la superficie en que está apoyada es de 100 N/cm2. ¿Cuál es el valor del área en cm2 de dicha superficie?

8. Una fuerza de 1 N ejerce una presión de 0.1 N/cm2 sobre un cilindro. ¿Cuál es el valor del área de dicho cilindro?

9. Si sobre una superficie la presión es igual a 20.26 X lo5 Pa, ¿Cuál es el valor en atmósferas? (1.013 x lo5 Pa= 1 atm6sferas).



PROBLEMAS HIDROSTÁTICA

1. Un trozo de plástico flota en agua, con un 50 % de su volumen sumergido. Este plástico al colocarse en otro líquido se ve que flota con 75% de su volumen sumergido. Determina la densidad del otro líquido.
r=666.66 Kg/m3

2. Una pieza de metal de forma irregular tiene un peso de 90 N en el aire y al sumergirlo en agua su peso se reduce a 75 N. Determina la densidad de la pieza.
r=6000 Kg/m3

3. Determine la presión que produce una mujer de 45 kg y un caballero de 67 kg, cuando ambos se encuentran apoyados uniformemente en sus respectivos tacones siendo cada tacón de la dama de 1.2 cm2, en tanto que los del caballero tienen 27 cm2.
PM = 1.83x 106 Pa
PH = 1.21x 106 Pa

4. Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 60 N mediante un pistón de área igual a 0.01 m2. Calcular el valor de la presión. P=6 000 Pa

5. Calcular la fuerza que debe aplicarse sobre un área de 0.3 m2 para que exista una presión de 420 N/ m2.
F = 126 N

6. Calcular el área sobre la cual debe aplicarse una fuerza de 150 N para que exista una presión de 2 000 N/m2.
A = 0.075 m2

7. Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5 m de profundidad, si la densidad del agua es de 1 000 kg/m3. Ph = 49 000 N/m2 (Pa)

8. Calcular la presión hidrostática en el mar a 50 m de profundidad, si la densidad del agua de mar es de 1.03 g/cm3. Ph = 504 700 N/m2 (Pa)

9. Se bombea agua con una presión de 25 x 104 N/m2. Si la densidad del agua es de1 000 kg/m3.Calcular la altura máxima a la que puede subir el agua por la tubería.
h = 25.5 m

10. ¿A qué altura máxima llegará el agua al ser bombeada a través de una tubería con una presión de 4 x 105 Pa, si la densidad del agua es de 1 000 kg/ m3? h=40.77 m

11. Determinar la presión en el mar a 20 m y a 70 m de profundidad, si la densidad del agua de mar es 1.03 g/cm2. Ph = 201 880 Pa
Ph = 706 580 Pa

12. Calcular el diámetro que debe tener una prensa hidráulica en el émbolo mayor, para obtener una fuerza de 20 000 N, cuando en el émbolo menor hay un diámetro de 1 m y se aplica una fuerza de 1 000 N.
D=4.47 m
13. Calcular la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino cuando soporta una presión hidrostática de 8 x 106 N/m2. La densidad del agua de mar es de 1030 kg/ m3. h = 792.55 m

14. Calcular la presión hidrostática en el fondo de un contenedor de 8 m de profundidad, si la densidad del alcohol es de 790 kg/m3. Ph = 61 936 N/m2 (Pa)

15. Calcular la fuerza que se obtiene por medio de un émbolo de 200 cm2 de área de una prensa hidráulica, si se aplica una fuerza de 300 N en un émbolo de 8 cm2.
F = 7 500 N

16. Calcular la fuerza que se aplica en el émbolo menor de una prensa hidráulica, que tiene un diámetro de 10 cm, si en el émbolo mayor con un diámetro de 32 cm se produce una fuerza de 21 000 N. f = 2 050.78 N

17. Calcular el radio del émbolo menor de una prensa hidráulica, para que con una fuerza de 400 N se produzca en el émbolo mayor una fuerza de 4500 N si su diámetro es de 2.5 m r = 0.372 m

18. Un cubo de madera de 8 cm de lado, flota sobre el agua de un lago cuya densidad es de 0.65 g/cm, Determinar el empuje que recibe. E=326 144 Dinas

19. Un submarino de 11.5 m3 de volumen se encuentra sumergido en equilibrio entre dos aguas. Determinar la fuerza de empuje que actúa sobre él y especifique si el submarino: flota, se sumerge o permanece a media agua. La densidad del agua de mar es de 1 030 kg/m3.
E=116 081N

20. Un cubo de bronce de 20 cm de lado, se sumerge en un recipiente que contiene agua. Si el peso específico del agua es de 9 800 N/m3 y el cubo tiene un peso de 564.48 N, determine:
A) El volumen de agua desalojado V = 0.008 m3
B) El empuje que recibe E = 78.4 N
A) El peso aparente del prisma wa = 486.08 N

21. Un prisma rectangular de cobre, cuya base es de 36 cm2 y tiene una altura de 10 cm, se sumerge hasta la mitad en un recipiente que contiene alcohol. Si el peso específico del alcohol es de 790 N/m3 y el prima tiene un peso de 31.36 N, determine:
A) El volumen de alcohol desalojado V= 180 cm3
B) El empuje que recibe E=0.1422 N
C) El peso aparente del prisma wa=31.-21 N

22. Un cubo de bronce de 60 cm de lado, se sumerge hasta la mitad en un recipiente que contiene agua de mar. Si la densidad del agua de mar es de 1 030 kg/m3 y el cubo tiene un peso de 22.13 N, determine:
A) El volumen desalojado V= 0.108 m3
B) El empuje que recibe E=1090.15 N
¿Qué le sucede al cuerpo humano expuesto al vacío?

ESCENA: Exteriores. Desierto rojo de Marte. Día.
Quaid camina en el borde del precipicio. El piso se desliza a sus pies y el cae. El visor de su casco golpea una roca y se quiebra. Quaid comienza a descomprimirse. Su respiración empieza a acelerarse. Las venas sobresalen en su cara. Lo ojos comienzan a salir de su órbita. Todo su cuerpo se agita incontroladamente. Su rostro se dilata y de pronto expl...
Desafío Total (Total Recall, 1990)
En el mundo de las aventuras cinematográficas un lugar común es el final espectacular y desagradable de un cuerpo humano (normalmente el villano de la historia) sometido a los efectos del vacío en el espacio. Así ocurre con los mineros de la luna de Júpiter Io en Atmósfera Cero (Outland, 1981), cuando los hombres explotan dentro de sus trajes espaciales al perder éstos su integridad. En Desafío Total (Total Recall, 1990) este escenario ocurre dos veces, en la secuencia del sueño al comienzo de la película y al final de la misma, en la confrontación con el gobernador de Marte. Dado que la presión en la superficie marciana es muy baja (menos de una milésima de la que soportamos en la Tierra), el espectador queda con la impresión que la exposición al vacío es mortal (y también que la tecnología de cristales para cascos espaciales no ha progresado mucho en un siglo). Pero es lógico plantearse si esta noción es verdadera.
La película Atmósfera Cero está particularmente obsesionada con este aspecto. Mineros explotan dentro de sus trajes espaciales, en la salida de explosiones en invernaderos. Por si quedara algún residuo de falta de imaginación en el espectador, los actores no pierden tiempo en aclarar la situación. ``Aún lo están despegando de las paredes del ascensor", dice un minero cínicamente. La médica de la mina recuerda que ``Cuando una persona se expone a una atmósfera de presión cero no queda mucho que investigar". Con todas estas advertencias, uno empieza a dudar de la conveniencia de usar armas de fuego en estos lugares, especialmente cuando se tiende a fabricar zonas llenas de cristales, como el invernadero.
Lógicamente no es probable encontrar voluntarios humanos para realizar un estudio sobre los efectos de someterse a un entorno de presión nula. Los animales no tienen, desafortunadamente para ellos, la posibilidad de elegir. Estudios realizados al comienzo de la era del espacio, con títulos tales como "El efecto en los chimpancés de una rápida descompresión a un vacío casi total" nos dan la pauta que existen conocimientos sobre lo esperable en las condiciones de vacío del espacio, y que sugieren que es posible sobrevivir a una corta exposición al mismo. La conclusión de estos trabajos es la imposibilidad de descomprimir un organismo en la manera por la que es ilustrada comúnmente en las películas.
Para clarificar este tema examinemos un momento la importancia de un ambiente presurizado. La presión atmosférica está determinada por la densidad del aire y su temperatura. Literalmente puede entenderse como el peso de la masa de aire que forma la atmósfera sobre cada centímetro cuadrado de superficie. En el caso de la Tierra, este peso equivale aproximadamente a 1.02 kilogramos por centímetro cuadrado. La presión atmosférica permite regular nuestra respiración, creando un gradiente que mantiene el oxígeno en el cuerpo donde se consume por las células, mientras que el dióxido de carbono que estas producen se elimina; al mismo tiempo mantiene algunos gases disueltos en el sistema circulatorio.
En el espacio exterior existen partículas y moléculas, pero en una densidad tan baja que su efecto es despreciable, con lo que la presión sobre el organismo es nula. El resultado final de la exposición de un organismo vivo a las condiciones del espacio (o a un ambiente de presión casi despreciable) es la muerte, pero de una manera menos espectacular que la indicada por las películas. Cuando la presión baja por debajo de 47 milímetros de mercurio, el agua que compone las células pasa al estado de vapor, comenzando por las que se encuentran en la superficie de la piel.
Esta es una de las razones, por ejemplo, por la cual no hay agua líquida en Marte. La presión atmosférica es tan baja que existe agua en la forma de anhídrido carbónico (hielo seco) que cambia de fase directamente a vapor.
El cuerpo se enfría. Tal como dice Khan en Star Trek II: La ira de Khan: ``Kirk, mi viejo amigo, sabe el viejo proverbio que dice que la venganza es un plato que sabe mejor cuando se sirve frío? Es muy frío en el espacio" (Mas precisamente, en las cercanías de la Tierra la temperatura puede llegar a -156 grados centígrados para cuerpos a la sombra del Sol).
Se pierde entonces calor por el efecto de transición entre las fases líquida y gaseosa del agua (se necesita entregar calor para evaporar el agua, y éste se extrae del organismo). Luego de unos pocos segundos, el efecto de colapso de las células causa una interrupción en la circulación de la sangre, anorexia aguda y convulsiones. En menos de un minuto se pierde la conciencia, y finalmente, si la presión no se restaura, se produce la muerte.
2001 realiza una representación realista de esta situación. Dave Bowman se dispone a entrar en la nave espacial Discovery, pero HAL se lo impide. HAL controla todos los accesos, y presupone que Dave no podrá utilizar la entrada de emergencia dado que su traje espacial no tiene casco. Aunque parece que la computadora ha evaluado correctamente la situación, no ha contado con la posibilidad de que un hombre puede arriesgar su vida sabiendo que puede sobrevivir un corto espacio de tiempo al vacío. Para poder entrar a la nave Dave expone su cuerpo por unos segundos al vacío, entrando por una compuerta de emergencia, hasta que le es posible abrir las válvulas de represurización. Para aumentar también la sensación de realismo toda la escena se desarrolla sin sonido, hasta el momento en que el aire penetra en la zona de entrada. Bien sabemos que ``En el espacio nadie escucha tu grito" (Alien, 1979), es decir, en el vacío no puede viajar el sonido, que requiere un medio gaseoso para propagarse.
Hay, sin embargo, un punto que se debe considerar en 2001. Dave Bowman, antes de detonar los explosivos en la cápsula, parece como si fuera a contener su respiración. Aunque esta es la reacción natural, realmente lo que se debe hacer es no tratar de contener la respiración, puesto que los pulmones sólo pueden resistir una diferencia de presión no muy grande y se romperían si se intentara mantener el aire en los pulmones, un hecho bien conocido por los buceadores.

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada