Flotación y Principio de Arquímedes

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. La flotación de un cuerpo no es un problema que dependa del peso o del tamaño de un cuerpo.

Levantar un cuerpo dentro del agua es más fácil que hacerlo fuera de ella. Al sumergir un cuerpo en un recipiente con líquido 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 con el empuje que reciben los cuerpos sumergidos: “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 (Principio de Arquímedes)”.

                   

  

  

                                     

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 ingeniería 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 y la oceanografía.

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. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.

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.

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 (SI) es el pascal (Pa), y se lo define como la presión que ejerce una fuerza de 1N aplicada sobre una superficie de 1m².

Pa = N / m²

Por ejemplo: para calcular la presión que ejerce un cuerpo de 180 N de peso sobre una superficie de 2m².

p = F / S

p = 180 N / 2 m²

p = 90 Pa

La Presión en la Prensa Hidráulica

El matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones y sentidos (principio de Pascal). Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal y es esencialmente un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferentes áreas que, mediante una pequeña fuerza sobre el pistón de menor área, permite obtener una fuerza mayor en el pistón de mayor área.

 

               

Prensa Hidráulica en Equilibrio

Cuando se aplica una fuerza F₁ sobre el área del pistón menor S₁ se genera una presión p₁:

Por ejemplo:

Los pistones de una prensa hidráulica tienen 25 cm² y 150 cm². Si se aplica una fuerza de 100 N en el pistón pequeño, ¿Cuál será la fuerza que se ejerza sobre el mayor? ¿Cuál es la presión que ejerce la prensa?

Sistema de Comunicación: El lenguaje

El lenguaje de la Química:

En química se utiliza un lenguaje especial a base símbolos químicos, fórmulas químicas y ecuaciones químicas.

- Los símbolos químicos son los signos abreviados que se utilizan para identificar los elementos y compuestos químicos en lugar de sus nombres completos. Algunos elementos frecuentes con sus símbolos son: carbono C; oxígeno O; hidrógeno H; cloro Cl; azufre S; magnesio Mg; aluminio Al; cobre Cu; hierro Fe; plata Ag. La mayoría de los símbolos químicos se derivan de las letras griegas del nombre del elemento, principalmente en latín, pero a veces en inglés, alemán, francés o ruso. La primera letra del símbolo se escribe con mayúscula (imprenta), y la segunda (si la hay) con minúscula.

- La fórmula química es la representación de los elementos que forman un compuesto y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que forman una molécula. También puede darnos información adicional como la manera en que se unen dichos átomos mediante enlaces químicos e incluso su distribución en el espacio.

- La ecuación química es una descripción simbólica de una reacción química. Muestra las sustancias que reaccionan (llamadas reactivos o reactantes) y las sustancias que se originan (llamadas productos). La ecuación química ayuda a visualizar los reactivos que son los que tendrán una reacción química y los productos, que son las sustancias que se obtiene de este proceso. Además se pueden ubicar los símbolos químicos de cada uno de los elementos o compuestos que estén dentro de la ecuación y poder balancearlos con mayor facilidad.

La Matemática, el lenguaje de la Física:

En física se representan conceptos básicos mediante símbolos matemáticos, por ejemplo x, v, t, m para designar la posición, la velocidad, el tiempo y la masa respectivamente, y se establecen métodos experimentales bien precisos para asignarles a estos símbolos valores numéricos. Por ejemplo si se estudia la emisión de radiación por una sustancia, se observará que la cantidad de materia activa va disminuyendo a lo largo del tiempo. Pero esta variación cualitativa no alcanza, es necesario saber exactamente qué cantidad de materia queda en cada momento. Para expresar esta relación entre el tiempo transcurrido y la cantidad de materia se recurre a una ecuación matemática.

De esta manera, las relaciones cualitativas entre los conceptos (cuando se suelta un cuerpo en el vacío, su velocidad aumenta a medida que cae) se transforman en relaciones cuantitativas expresadas mediante ecuaciones.

Física y Química

¿Qué estudia la Física?

La física es la ciencia natural que se encarga del estudio de la energía, la materia, el tiempo y el espacio, así como las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí. Es, entre todas las ciencias naturales, la más general y ambiciosa: intenta explicar, sobre la base de la menor cantidad posible de principios, todos los fenómenos del universo.

Un físico intenta develar las leyes básicas que siguen la materia y la energía en cualquiera de sus formas, se ocupa de su composición, forma, estructura, creación, aniquilación, interacción y movimiento. Estudia las estrellas, átomos, luz, posición, tiempo, espacio, fuerzas, sonido, máquinas, gases, partículas elementales indivisibles (quarks), etcétera.

¿Qué estudia la Química?

La química es una ciencia que estudia la materia, sus propiedades, su composición y sus transformaciones. El estudio de la química persigue dos fines: por un lado explicar los fenómenos naturales mediante el hallazgo de sus principios y sus causas. Por otro lado la explicación precisa de estos fenómenos permite al hombre aplicar sus conocimientos para gobernarlos de manera inteligente.