FÍSICA

Ensayo


LOS SUBMARINOS
Los submarinos son navíos o buques capaces de navegar en la superficie del agua o bien pueden hundirse y navegar bajo el agua, toda esto es gracias a un sistema de flotabilidad variable, que hoy en día forman parte de las armadas importantes.
Los submarinos están creados para poder sumergirse, emerger y flotar en grandes profundidades, todo esto lo consiguen equilibrando su peso, el empuje casi es el mismo al de un bote de plasticina, pero lo que hace variar es el peso total del navío. La posición de equilibrio se consigue gracias a los timones de inmersión. Por lo tanto, en los submarinos, su volumen siempre es el mismo. La cantidad de agua desplazada es mayor cuando se encuentra completamente sumergido que cuando este flota en la superficie.
Los submarinos tienen depósitos o estanques los cuales pueden llenar de agua o de aire utilizando un sistema de válvulas o comprensores. Cuando los submarinos están en la superficie los submarinos están llenos de aire. Para poder hundirse admite el ingreso de agua y la salida de aire, utilizando las válvulas de entrada y salida de los estanques. Al remplazar el aire por el agua, su peso aumenta considerablemente y esto hace que se hunda. Para poder regresar a la superficie, expele el agua de sus estanques e inyecta en ellos aire comprimido, con lo que disminuye su peso y de ese modo emerge nuevamente a la superficie. Los objetos que tienen un volumen grande y que a la vez pesan poco, flotan en el agua, es decir, que al principio de flotación está relacionado con la densidad.
Existen submarinos sumergibles civiles que funcionan conectados por un “cordón umbilical” a un buque nodriza que les suministra aire y electricidad.
Los barcos al igual que los submarinos se pueden sumergir hidrostáticamente (sin ayuda mecánica).
Para sumergirse o emerger, los submarinos usan los tanques de proa y popa, llamados tanques principales, que se abren y se llenan completamente de agua para sumergirse o se llenan de aire a presión para emerger. Dichos tanques pueden situarse cerca del centro de gravedad del submarino. La maniobra hidrodinámica se logra mediante varias superficies que pueden ser giradas para crea las correspondientes fuerzas hidrodinámicas cuando el submarino se desplaza a la superficie a una velocidad.

Con esto vemos que los submarinos son complicados, pero a la vez son interesantes y gracias a ellos se han llevado a cabo muchos descubrimientos, al igual que podemos ver como se vive la vida bajo el mar.






Fichas

Viscosidad


La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos que nosotros conocemos tienen algo de viscosidad. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad solo se muestra en líquidos en movimiento, se puede definir la viscosidad como la relación que existe entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Este tipo de viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica.

También hay otro tipo de Viscosidad, denominada viscosidad cinemática o “centistock” abreviada cSt. Para calcular la viscosidad cinemática es: dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido.

La importancia de la viscosidad correcta
La viscosidad es la característica más importante de la lubricación de cualquier máquina.

  • Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinámica.
  • Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor, el desgaste puede ser mayor por falta de circulación y el aceite se calentará por fricción.
  • Solamente la viscosidad correcta maximizará la vida útil y la eficiencia del motor, transmisión, sistema hidráulico o lo que sea la aplicación.

Un ejemplo que podemos ver es si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.
Cabe decir que la viscosidad solo se muestra en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir.
La viscosidad es la característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gaseosos, si bien, en este último caso su efecto suele ser odioso, están más cerca de ser fluidos ideales.

Fichas Bibliográfica:

Hatschek, Emil (1928) y Massey, B. S.; A. J. Ward-Smith (2011) .Viscosidad. Wikipedia, Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad Extraído el día 14 de Septiembre del 2015





Tensión Superficial

Superficial es aquello relacionado con la superficie: la apariencia exterior, el límite o la capa superior de algo.
La tensión superficial se emplea en el aspecto de la física para hacer referencia a la cantidad de energía que se requiere para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área. Esta energía se necesita ya que los líquidos ejercen una resistencia a la hora de aumentar la superficie.
La tensión superficial da razón por las fuerzas que actúan cohesionando las moléculas de los líquidos. Dichas fuerzas no son iguales en la superficie y en el interior del líquido, aunque en promedio terminan acabándose. Como las moléculas de la superficie tienen más energía, el sistema tiende a minimizar el total de energía a partir de una reducción de las moléculas superficiales; de este modo, el área del líquido se reduce al mínimo.
Una de las propiedades de la tensión superficial indica que, a medida que el líquido tenga mayores fuerzas de cohesión, contará con una tensión superficial mayor. De todas maneras, hay que tener en cuenta que la tensión superficial está vinculada a la temperatura, el medio y la naturaleza del líquido.

Causa:
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. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y gas.

Las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible.


Ficha Bibliográfica:

Castellan, Gilbert W. (S/F), Tensión Superficial, Fisicoquímica, Ed. Pearson, pág. 433, tema 18, Fenómenos superficiales. Wikipedia, Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial#Causa Extraído el día 14 de septiembre del 2015



Capilaridad

Propiedad en la cual la superficie libre de un líquido puesto en contacto con un sólido sube o baja en las proximidades de este, según que el líquido lo moje o no; sus efectos son especialmente aparentes en el interior de los tubos capilares o entre dos láminas muy próximas.

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 por un tubo capilar sube un líquido, esto 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 entr e 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.


Ejemplo:
Si cogemos un tubo con un mayor diámetro el agua que ascenderá por él llegará a menor altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.
Si se tuviese un tubo tan fino como el de un cabello, la cantidad de líquido ascendería mucho más en altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es igual a la tensión superficial de dicho líquido.
A este fenómeno se le conoce como Capilaridad líquida.
Si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en él se verá cómo en el tubo grueso el agua alcanza menos altura que en el fino, como se ilustra en la figura a la izquierda.
Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua (tal como se compara en la misma figura) resultará que en el tubo grueso el mercurio alcanza más altura que en el fino.



Ficha Bibliográfica:

(S/A), (S/F), La capilaridad de los líquidos, Profesor en Línea, Disponible en:

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Capilaridad.html

Extraído el día 14 de septiembre del 2015




Cohesión

Es la unión entre las moléculas de un cuerpo, debida a la fuerza de atracción molecular. 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, a causa de los puentes de hidrógeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

LA COHESIÓN EN LOS DIFERENTES ESTADOS:
Los gases como los líquidos son fluidos. Los líquidos tienen una propiedad que los gases no tienen: tienen una superficie “libre”, o sea que no se adapta a la forma del recipiente. Esta superficie se forma por una combinación de atracción gravitacional de la tierra y de fuerzas entre moléculas del líquido. Una consecuencia de esto es que en la superficie de los líquidos actúa una fuerza que no está presente en el interior de los líquidos (salvo que haya burbujas en el interior), por eso llamada “tensión superficial”. Aunque es muy pequeña esta fuerza determina muchos procesos biológicos, para la formación de burbujas, olas pequeñas, etc.
En conclusión estas son las características de los estados:
En los sólidos: En este caso las fuerzas de cohesión se elevan en 3 direcciones espaciales. Cuando ejercemos una fuerza solo nos permite pequeños desplazamientos de las moléculas entre sí, cuando la fuerza va descendiendo al exterior, las fuerzas de cohesión colocan las moléculas en su posición inicial.
En los líquidos: En los Líquidos la fuerza es elevada en 2 distintas direcciones espaciales, y entre planos o capas de fluidos son muy débiles. Cuando aplicamos una fuerza tangencial al líquido, este rompe su relación entre capas, y las capas de líquido se deslizan unas con otras. Cuando cesa la fuerza, las fuerzas de cohesión no son lo suficiente fuertes como para volver a colocar las moléculas en su posición inicial, queda deformado.
En los gases: las fuerzas de cohesión son despreciables, las moléculas se encuentran en constante 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.


Ficha Bibliográfica:
SIERRA VEGA JUAN DAVID, (2003), COHESIÓN, Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/cohesi%C3%B3n/cohesi%C3%B3n.html
Extraído el día 15 de septiembre del 2015




Adhesión

La adhesión es parte de la materia donde se puede unir y plasmar dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y esto hace que se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La adhesión ha servido mucho en los aspectos de las técnicas de construcción, un ejemplo de ello son los ladrillos con el cemento.
La adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

Se utilizan 2 conceptos importantes a definir:
· Fuerza o mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato.
· Capa límite.

Este fenómeno se produce cuando los polímeros de la adhesión entra en contacto con un sustrato pero no lo atraviesa, porque se mantienen unidos por la acción de las fuerzas intermoleculares y los enlaces químicos que se desarrollan en esa zona se denominan: capa límite o interfaz.
Por otro lado en el fenómeno de difusión los polímeros que conforman el adhesivo atraviesa el sustrato, esto genera que la unión y encaje entrelace ambos materiales. Con esto podemos definir la difusión como la adhesión del adhesivo con penetración al sustrato.
La capa limite es cuando una fina capa como su nombre lo dice hace, hace referencia de las interfaces entre el sustrato y el adhesivo en donde se producen todas las fuerzas.

La adhesión en sí tiene 2 conceptos:

· Energía de adhesión: Esto hace que todas las sumas de energía producidas por las interacciones se desarrollan en capas límite, algunos ejemplos de ellos son: enlaces químicos, momentos dipolares, así como fuerzas electrostáticas y mecanismos de anclaje, adsorción y difusión.

· Trabajo reversible de adhesión: Esto muestra 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.

Existen varios Tipos de mecanismos de adhesión entre materiales:

* Adhesión mecánica: Los materiales adhesivos rellenan los huecos de las superficies, uniéndose por enclavamiento. Por ejemplo, el velcro.

* Adhesión química: La unión de dos materiales producen un compuesto químico.

* Adhesión dispersiva: Los materiales mantienen su adhesión por las fuerzas de atracción entre dos moléculas, cada una de las cuales tiene carga positiva y negativa. Esta reacción puede ser permanente o temporal, debido al movimiento constante de los electrones en una región.

* Adhesión electrostática: La unión de dos materiales produce una diferencia de potencial, debido a que son materiales conductores de electrones. Esto hace que una fuerza electrostática atractiva entre materiales.

* Adhesión difusiva: Dos materiales se adhieren porque las moléculas de ambos son móviles y solubles entre sí.




Ficha Bibliográfica:
(S/A), (2011), Definición de adhesión física (propiedad), Adhesión, disponible en: http://www.definiciones-de.com/Definicion/de/adhesion_fisica.php Extraído el día 15 de septiembre del 2015



Incomprensibilidad


Un fluido incomprensible es aquel que permanece constante en el tiempo según su densidad y este puede oponerse a la comprensión del mismo bajo cualquier condición. Esto quiere decir que ni la masa ni el volumen del fluido pueden cambiar. Por lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido permanece inalterado sobre el curso de su movimiento cuando el flujo es incompresible. Esto quiere decir que las densidades de los líquidos son constantes y así el flujo de ellos es típica mente incompresible.


El agua es un fluido casi incompresible, es decir, la cantidad de volumen y la cantidad de masa permanecerán prácticamente iguales, aún bajo una presión. De hecho, todos los fluidos son compresibles, buen algunos más que otros. La compresión de un fluido se mide cuando un cambio en el volumen de una cierta cantidad de líquido se someta a una presión exterior.


También se debe prestar atención a todas las propiedades del fluido en especial el aire y agua; para definir las condiciones de flujo. Esto se debe a que todas las propiedades están conectadas entre sí. Si la presión o la temperatura de un fluido cambian, su densidad generalmente también cambia (a menos que se trate de un fluido incompresible. Por ejemplo la densidad en un día soleado es más baja que en un día donde hace frio. Donde hay alturas muy altas, hay la presión es más baja y la densidad del aire es también más baja.


Un Ejemplo de esto podría ser cuando llenamos una jeringa con algún líquido, tapamos dicha jeringa, y tratamos de empujar el embolo, tendremos como resultado con una gran oposición y resulta imposible hacerlo, debido a que los líquidos poseen características de contar con una densidad prácticamente constante.
En otras palabras la masa y el volumen que el líquido ocupa permanecen constantes en el tiempo aunque se les aplique fuerza de diversas magnitudes.
Por lo tanto:
Los líquidos y los gases se comportan de manera distinta cuando se encuentran sometidos a una presión.
Los líquidos no modifican su volumen cuando actúa una presión sobre ellos, es decir son incompresibles
Los gases son fácilmente compresibles (cambian su volumen).

Un Ejemplo de esto podría ser cuando llenamos una jeringa con algún líquido, tapamos dicha jeringa, y tratamos de empujar el embolo, tendremos como resultado con una gran oposición y resulta imposible hacerlo, debido a que los líquidos poseen características de contar con una densidad prácticamente constante.

En otras palabras la masa y el volumen que el líquido ocupa permanecen constantes en el tiempo aunque se les aplique fuerza de diversas magnitudes.



Ficha bibliográfica: Yunus A. Cengel, John M. Cimbala, MARZO 2006, Flujo incompresible, Incomprensibilidad, Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_incompresible Extraída el día 15 de septiembre del 2015



Creado por: Alondra Lizeth Carreón Mtz "5D"

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