Ensayo ¿ Cómo funcionan los submarinos?

¿Cómo funcionan los submarinos?

Todos los submarinos utilizan para sumergirse el principio de Arquímedes. Este establece que todo objeto sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen desplazado. También se dice que está construido para resistir la presión del agua cuando este se sumerge.

Los submarinos utilizan tanques de lastre que llenan o vacían de agua para cambiar sus propiedades de flotabilidad y puedan manejar a voluntad el paso de una flotabilidad positiva a negativa o viceversa.

Para que el submarino pueda sumergirse, emerger y flotar en la superficie debe alterar su peso ya que este tiene tanques que almacenan agua  y aire cuando se sumerge expulsan el agua mientras que el aire va saliendo; la cantidad de agua de estos tanques puede controlarse tanto para responder a cambios en las condiciones exteriores como para cambiar la profundidad de inmersión. Estos tanques se encuentran cerca del centro de gravedad del submarino.

También cuenta con timones de inmersión los cuales sirven para la posición de equilibrio.  La presión sobre el casco  de este o bien cuando se sumergen o emergen son fuerzas que están en equilibrio.

Cuando se sumergen desplazan un volumen de agua, en el cual, si pesan más que ellos flotan y cuando desplazan un volumen de agua cuyo peso es menor que ellos se hunden. Lo que quiere decir que el principio de flotación está relacionado  con la densidad.

La mayoría de los submarinos funcionan con baterías eléctricas y son muy lentos.

Para sumergirse hidrostáticamente debe ganar flotación neutral, incrementando su peso o disminuyendo el desplazamiento del agua.

Un submarino sumergido esta en equilibrio inestable, teniendo tendencia a caer hacia el fondo o flotar hacia la superficie. Mantener una profundidad fija exige la operación continua de los tanques de control de profundidad.

Para poder mantener la escora deseada, los submarinos usan tanques de escora  especializados a proa y popa. Las bombas trasladan agua entre ellos, cambiando la distribución del peso y creando un momento que gira el buque hacia arriba o hacia abajo, un sistema parecido se usa para mantener la estabilidad.

Ficha Adhesión

Adhesión

La adhesión  es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

La adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

Entonces  corresponde al conjunto de fuerzas o mecanismos que mantiene unido el adhesivo con el sustrato sobre el que se ha aplicado, el término de adhesión hace referencia a una fina capa existente entre el sustrato y el propio adhesivo.

En la definición de adhesión se utiliza 2 conceptos importantes y estos son:

·                     Fuerza o mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato.

·                     Capa límite.

   La adhesión se encuentra bajo 2 conceptos:

Energía de adhesión: que es la que representa la suma de todas las energías producidas por las interacciones enlaces químicos, momentos dipolares, así como fuerzas electrostáticas y mecanismos de anclaje, adsorción y difusión,  que se desarrollan en la capa límite.

Trabajo reversible de adhesión: Es la que  representa el trabajo que tenemos que aplicar para superar la suma de todas las interacciones o fuerzas y mecanismos que se desarrollan en la capa límite.

Se dice que la adhesión ha jugado muchos aspectos importantes en lo que son las técnicas de construcción tradicionales.

El uso de ensayos destructivos permite evaluar la correcta adhesión de una unión según el tipo de fractura (cohesiva, adhesiva o mixta) y el valor de la resistencia de fractura obtenida del ensayo.

Entonces podemos decir que la adhesión es la unión física de dos cuerpos que por su naturaleza lo normal es que estén separados. Pues también se usa para referirse a alguna parte añadida de algo.
Gracias a la adherencia es que se puede pintar, escribir y pegar las cosas. Aquí se muestran algunos ejemplos:

Dos placas de vidrio con una gota de agua en medio se adhieren

El pegamento el cual se usa para adherir las cosas.

Un líquido moja algo solo cuando la adherencia entre ambos es mayor a la cohesión del primero. El agua que moja una tela, mercurio al cobre, el aceite al papel.

S/A. (S/F). Adhesión.  Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Adhesi%C3%B3n

Ficha Capilaridad

Capilaridad:

Uno de los efectos más curiosos producido por la tensión superficial en líquidos es el fenómeno de la “capilaridad”.

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

 Entonces la capilaridad es la cualidad que posee una sustancia de adsorber a otra. Un aparato comúnmente empleado para demostrar la capilaridad es el tubo capilar; cuando la parte inferior de un tubo de vidrio se coloca verticalmente, en contacto con un líquido como el agua, se forma un menisco cóncavo; la tensión superficial succiona la columna líquida hacia arriba hasta que el peso del líquido sea suficiente para que la fuerza de la gravedad se equilibre con las fuerzas intermoleculares.

 Entonces  ara poder cuantificar la capilaridad se mide la diferencia de altura h entre la superficie libre del líquido en el recipiente y el nivel alcanzado por el líquido dentro del tubo.

Estos serían algunos ejemplos de la vida cotidiana en los que se aplica la capilaridad:

*Cuando el agua sube por los tallos de una planta. 
*Cuando el agua sube por el cabello. 
*Cuando el papel absorbe la tinta del lapicero 
*Cuando te colocas perfume y tu piel tiende a absorberlo. 

S/A. (S/F). Capilaridad.  Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad

S/A. (S/F). Capilaridad. Sitio web: https://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Fen%C3%B3menos_superficiales_de_los_l%C3%ADquidos/Capilaridad

Ficha Cohesión

Cohesión:

La cohesión,  fuerza que mantiene unidas a las partículas de una misma sustancia. Que es la fuerza con la que se atraen  las moléculas de un mismo cuerpo. También la fuerza de cohesión es conocida como fuerza intermolecular y  esta se presenta  en líquidos, sólidos y gaseoso.

Solido: la energía cinética  de las moléculas es menor que la energía potencial es la cohesión que existe entre ellas.

Liquido: si las energías cinética y potencial de sus moléculas son aproximadamente iguales.

Gaseoso: si la energía cinética de la moléculas es mayor de su energía potencial. Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos

En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

La cohesión es una fuerza con la que se atraen las moléculas para  estar unidas tomando en cuenta la energía cinética y la energía potencial.

En los sólidos, las fuerzas de cohesión son elevadas y en las tres direcciones espaciales.

En los líquidos, las fuerzas de cohesión son elevadas en dos direcciones espaciales, y entre planos o capas de fluidos son muy débiles. Por otra parte las fuerzas de adherencia con los sólidos son muy elevadas.

En los gases, las fuerzas de cohesión son despreciables, las moléculas se encuentran en movimiento. Las fuerzas de adherencia con los sólidos y los líquidos son importantes. Al aplicarse una fuerza de corte, se aumenta la velocidad media de las moléculas. La cohesión es más evidente en los pegamentos, que producen el fenómeno de atracción de moléculas, que unen las piezas a pegar.

Sierra Vega Juan David. (Septiembre 2003). Cohesión, Sitio web: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/cohesi%C3%B3n/cohesi%C3%B3n.htm

Ficha Incompresiblidad

Incompresibilidad:

Se dice que todos los líquidos son incompresibles.Un fluido incompresible es cualquier fluido cuya densidad siempre permanece constante con el tiempo, y tiene la capacidad de oponerse a la compresión del mismo bajo cualquier condición.

Aquellos flujos donde las variaciones en densidad son insignificantes se denominan incompresibles; cuando las variaciones en densidad dentro de un flujo no se pueden despreciar, se llaman compresibles. Si se consideran los dos estados de la materia incluidos en la definición de fluido, líquido y gas, se podría caer en el error de generalizar diciendo que todos los flujos líquidos son flujos incompresibles y que todos los flujos de gases son flujos compresibles. La primera parte de esta generalización es correcta para la mayor parte de los casos prácticos, es decir, casi todos los flujos líquidos son esencialmente incompresibles. Por otra parte, los flujos de gases se pueden también considerar como incompresibles si las velocidades son pequeñas respecto a la velocidad del sonido en el fluido

De hecho, todos los fluidos son compresibles, algunos más que otros. La compresión de un fluido mide el cambio en el volumen de una cierta cantidad de líquido cuando se somete a una presión exterior.

La densidad se utiliza para determinar si un fluido es incompresible o compresible. Si la densidad del fluido es fija (constante), el fluido es incompresible; esto quiere decir que ni la masa ni el volumen del fluido puede cambiar. El agua es un fluido incompresible. O sea que la cantidad de volumen y la cantidad de masa permanecerán iguales, aún bajo presión.

Casi todos los flujos líquidos son esencialmente incompresibles. Por otra parte, los flujos de gases se pueden también considerar como incompresibles si las velocidades son pequeñas respecto a la velocidad del sonido en el fluido

Aquí hay un ejemplo:

Si se tapa la salida de una bomba de bicicleta y se empuja la bomba, vemos que podemos comprimir el aire que contiene. Sin embargo, si hacemos la misma experiencia con agua dentro, vemos que apenas podemos mover la bomba porque la compresibilidad del agua (y de cualquier líquido) es muy baja.

Fanny. (Febrero 2012). Incompresibilidad. Sitio web: http://fisicayfluidos.blogspot.mx/2012/02/incomprensibilidad-dice-que-todos-los.html

S/A. (S/F). Incompresibilidad. Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_incompresible

Ficha Tensión Superficial

Tensión superficial.

Se dice que la  tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.  Este efecto permite a algunos insectos, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos, junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad.

Así mismo se puede decir que es la fuerza que actúa tangencialmente por la unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial.

La tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan.

Alternativamente, la tensión superficial, se puede definir como la proporción de aumento de la energía superficial con el área. Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y se relaciona con la tendencia de un líquido a disminuir dicha superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera por ejemplo, gotas de agua o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente. Entonces la tensión superficial es responsable de fenómenos como la resistencia que presenta un líquido a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.

S/A. (S/F). Tensión Superficial. Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial

Ficha Viscosidad

Viscosidad

Es la característica de los fluidos en movimiento que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad poseen. Los líquidos, a diferencia de los sólidos, se caracterizan por fluir, lo que significa que al ser sometidos a una fuerza, sus moléculas se desplazan, tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus moléculas. Si son más grandes, lo harán más lentamente

 Por lo cual podemos decir que es la medida la fluidez a determinadas temperaturas ya que muestran una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza.

La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo. Puesto que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente de la división de la tensión de cizallamiento por el gradiante de velocidad.

 Así mismo existen diversos modelos de viscosidad aplicables a sustancias que presentan comportamientos viscosos de diferente tipo. 

En pocas palabras podemos decir que algo viscoso es adhesivo o pastoso, diferenciándose de otros estados como el sólido o el líquido.

Cuando se  habla de viscosidad podemos decir que es para hacer referencia a la fuerza contraria que un fluido ejerce ante una deformación de característica tangencial. Se trata de una propiedad caracterizada por la resistencia a fluir que se genera a partir del rozamiento entre las moléculas.

Más concretamente podemos establecer que la viscosidad es la principal seña de  identidad que

Identifica a todos y cada uno de los lubricantes existentes.

 Entonces la viscosidad de los fluidos  se mide a través del coeficiente de viscosidad, un parámetro que depende de la temperatura.

Puesto que los materiales viscosos tienen la característica de ser pegajosos, como los aceites o la miel. Si se vuelcan, no se derraman fácilmente, sino que se pegotean. Lo contrario ocurre con el agua, que tiene poca viscosidad. La sangre también posee poca viscosidad, pero más que el agua. La unidad de viscosidad es el Poise.

S/A. (S/F). Viscosidad. Sitio web: http://deconceptos.com/ciencias-naturales/viscosidad

S/A. (S/F). Viscosidad. Sitio web: https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad