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Parte dos Propiedades de la materia
Flotación 19. Se destacó antes que la fuerza de flotabilidad no es igual al peso de un objeto, sino que es igual al peso del agua desplazada. Ahora decimos que la fuerza de flotabilidad es igual al peso del objeto. ¿No es eso una gran contradicción? Explica por qué. 20. ¿Qué peso de agua desplaza un barco de 100 toneladas? ¿Cuál es la fuerza de flotabilidad que actúa sobre un barco de 100 toneladas?
Principio de Pascal 21. ¿Qué le sucede a la presión en todos los puntos de un fluido confinado, si aumenta la presión en una de sus partes? 22. Si la presión de una prensa hidráulica aumenta 10 N/cm2, ¿cuánta carga adicional soportará el pistón de salida, si su área transversal es de 50 cm2?
Tensión superficial 23. ¿Qué forma geométrica tiene la mínima superficie para determinado volumen? 24. ¿Qué es lo que causa la tensión superficial?
Capilaridad 25. Describe la diferencia entre las fuerzas de adhesión y las de cohesión. 26. ¿Qué es lo que determina la altura que sube el agua dentro de un tubo capilar?
Proyectos 1. Coloca un huevo en una cacerola con agua del grifo. A continuación disuelve sal en el agua hasta que el huevo flote. ¿Cómo se compara la densidad de un huevo con la del agua del grifo? ¿Y con la del agua salada? 2. Haz un par de agujeros en la parte inferior de un recipiente lleno de agua, y el agua saldrá a chorros, por su presión. Ahora deja caer el recipiente y cuando caiga libremente, ¡verás que ya no sale agua! Si tus amigos no entienden eso, ¿podrías explicárselos? 3. Pon a flotar una pelota de ping-pong remojada en agua, en una lata de agua sostenida más de 1 metro arriba de un piso rígido. A continuación deja caer la lata. Una revisión cuidadosa demostrará que la pelota es jalada abajo de la superficie, cuando tanto la pelota como la lata caen. (¿Qué indica eso sobre la tensión superficial?) Lo más asombroso es lo que le pasa a la pelota cuando la lata choca contra el piso, y ¿por qué?. ¡Haz la prueba y te asombrarás! (Precaución: usa gafas de seguridad o aparta la cabeza de la línea sobre la lata cuando llegue al suelo.)
4. El jabón debilita considerablemente las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua. Lo puedes ver si pones algo de aceite en una botella con agua y lo agitas para que se mezclen agua y aceite. Observa que el agua y el aceite se separan con rapidez, tan pronto como cesas de agitar la botella. Ahora agrega algo de jabón a la mezcla. Agita de nuevo la botella y verás que el jabón forma una capa delgada en torno a cada esferita de aceite, y que se requiere más tiempo para que el aceite se junte, después de haber agitado la botella. Es la forma en que trabaja el jabón en la limpieza. Rompe la tensión superficial alrededor de cada partícula de mugre, para que el agua pueda llegar a las partículas que la rodean. La mugre se arrastra cuando se enjuaga. El jabón es un buen limpiador sólo en presencia del agua.
Cálculos de un paso Presión densidad de peso profundidad (Ignora la presión de la atmósfera en los siguientes cálculos.) 1. Calcula la presión del agua en el fondo de la torre de 100 m de altura que se observa en la figura 13.2. 2. Calcula la presión del agua en la base de la presa Hoover. La profundidad del agua detrás de la presa es de 220 m. 3. El piso superior de un edificio está a 50 m por encima del sótano. Calcula por cuánto supera la presión del agua que se registra en el sótano a la que existe en el último piso. 4. La presión del agua en el fondo de un barril cerrado de un metro de alto es de 98 kPa. ¿Cuál es la presión en el fondo del barril cuando un tubo de 5 m lleno con agua se inserta en la parte superior del barril?
Ejercicios 1. ¿Qué líquido común cubre más de las dos terceras partes de nuestro planeta, constituye el 60% de nuestros cuerpos y sostiene nuestras vidas de incontables maneras? 2. ¿Qué dolerá más: que nos pise un hombre de 200 lb que calza mocasines o que nos pise una mujer de 100 lb con tacones altos? 3. ¿Qué supones que ejerza más presión sobre el suelo, un elefante o una dama con tacones de aguja? ¿Cuál de ellos abollará con más probabilidad un piso de linóleo? ¿Puedes hacer cálculos aproximados para cada caso? 4. Párate en la báscula del baño y ve cuánto pesas. Si levantas un pie y te paras sobre la báscula en un pie, ¿cambia la indicación de tu peso? ¿La báscula mide fuerza o presión? 5. ¿Por qué las personas confinadas en la cama son menos propensas a tener llagas si usan un colchón de agua y no un colchón ordinario?