Física de lo cotidiano

Observemos como cuestiones tan sencillas como los hechos observados en un parque de diversiones necesitan de varias disciplinas para ser explicados. En particular, prestar atención a los fenómenos que explica la física, los conceptos y leyes que utiliza.

Flotación y Principio de Arquímedes ¡Eureka!

Diferentes trozos de madera flotan en el agua, por lo tanto un bote que se construya de madera también flotará. Un trozo macizo de hierro, por más pequeño que sea, se hunde al colocarlo en el agua. Sin embargo los barcos construidos de hierro se mantienen a flote y navegan sin hundirse.

Levantar un cuerpo dentro del agua es más fácil que hacerlo fuera de ella. Al sumergir un cuerpo en un recipiente con líquido, es normal que aumente el nivel de este último, debido a que el cuerpo desplaza parte del líquido. Si el cuerpo está sumergido completamente, la cantidad de líquido desalojado es igual al volumen de cuerpo. Arquímedes relacionó esto ultimo con el empuje que reciben los cuerpos sumergidos y enunció el Principio que lleva su nombre: “Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado"

¿Por qué flota un barco?

Presión Atmosférica

Si sobre una mesa se colocamos un objeto pesado, el peso de ese cuerpo ejerce sobre la superficie de la mesa una determinada presión. Del mismo modo, aunque el aire no es un material muy pesado, la enorme cantidad de aire atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra hace que su peso total sea lo suficientemente grande como para que la presión que ejerce sobre ese punto tenga una gran magnitud. Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire atmosférico, recibe el nombre de presión atmosférica.

Se la define como la fuerza por unidad de área que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre. La unidad de presión denominada atmósfera equivale a la presión que ejerce la atmósfera terrestre al nivel del mar, esto serian 101.325 Pa.​ Que corresponde a la presión de una columna de mercurio de 760 mm de altura a 0 °C, bajo la aceleración de la gravedad normal (9,80665 m/s²). Para medir la presión de un fluido se utilizan manómetros, para medir la presión atmosférica se utiliza un instrumento denominado barómetro.

Como la densidad del aire disminuye con la altura, esto implica que la presión atmosférica, también disminuye con la altura. Por ejemplo, en una montaña la cantidad de aire que hay en la parte más alta es menor que la que hay sobre una playa, por lo tanto la presión atmosférica es menor en la cima de la montaña que en una playa.
En siguiente video, emitido por Canal Encuentro de Argentina, nos preguntamos ¿Qué es la presión atmosférica? ¿Cuánto pesa el aire que tenemos sobre nuestras cabezas? ¿Cómo nos afecta?

Mecánica de Fluidos

Es la rama de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales, la oceanografía, la biología, etcétera.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: La estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. 

Un mundo de fluidos: los fluidos se encuentran literalmente en todas partes: el 65% del cuerpo humano es agua, el 70% de la superficie terrestre están cubiertas por este líquido, y el aire de la atmósfera (tropósfera) se extiende 17 km por encima de nuestras cabezas, es aquí donde se forman las nubes y procesos atmosféricos del planeta. La dinámica de fluidos juega un papel esencial en todas las escalas o tamaños que podamos imaginar, y es parte fundamental de la mayoría de las ciencias que estudian el mundo en el que vivimos.

Concepto de Presión: sobre una gran capa de nieve acumulada, una persona puede pararse sobre los esquís sin hundirse, pero seguramente se hundirá si camina por la nieve sin los mismos. En ambos casos, la fuerza que ejerce sobre la nieve es la misma (peso de la persona), pero lo que cambia es el área de la superficie de contacto. La presión que ejerce el peso de la persona sobre la nieve es diferente en cada caso. El concepto de presión permite explicar y entender muchos otros fenómenos de la naturaleza y de la vida cotidiana. Simbólicamente se la representa como:

p = F / S

“Se define la presión (p) como el cociente entre el módulo de la fuerza (F) ejercida perpendicularmente sobre el área  de una superficie dada (S)”.

La unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el pascal (Pa), y se lo define como la presión que ejerce una fuerza de 1newton aplicada sobre una superficie de un metro cuadrado.

Pa = N / m²

Por ejemplo: para calcular la presión que ejerce un cuerpo de 180 newton de peso sobre una superficie de dos metros cuadrados.

p = F / S

p = 180 N / 2 m²

p = 90 Pa

Leyes de Newton

Leyes de newton: el comportamiento físico de la naturaleza expresado en símbolos. El siguiente video expresa las contribuciones de uno de los más grandes científicos de la historia, Isaac Newton. Dichos conocimientos fueron publicados por él mismo en una obra denominada Philosophiæ naturalis principia mathematica (del latín: Principios matemáticos de la filosofía natural), también conocido simplemente como Principia. El trabajo publicado en el libro marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia y es considerado, por muchos, como la obra científica más importante de la historia.

Cinemática: velocidad, desplazamiento, distancia recorrida y gráficos

La cinemática es la rama de la mecánica que estudia los movimientos de los cuerpos, generalmente sin tener en cuenta ni las fuerzas que lo provocan ni las masas de los mismos. El video explica la diferencia entre conceptos que suelen considerarse  como semejantes, pero que para la física tienen significados diferentes.

El experimento de Michelson - Morley

El experimento de Michelson y Morley fue uno de los más importantes y famosos de la historia de la física, cuyo resultado constituiría posteriormente la base experimental de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein.