.~

La segunda unídad de este líbroestá dedícada al estudío de 105 fluidos !J

de sus propiedades físícas más importantes.Lsta unidad está organizada en torno a cuatro

temas, al igual9ue la Unídad 1. Desarrollaremos,consecutivamente, algunos conceptos de fluidos enreposo Chidrostátíca), flotación de cuerpos en un

fluido, fluidos en movimíentoChidrodinámica)!Jfinalmente veremos una aplicación de todo lo

anterior alsístema circulatorio Chemodinámíca).Ln el estudio de esta Unidad podrás aplicar

conceptos aprehendídos anteriormenterelatívos a energía!J movímíento.

• Aplican el modelo atómico y molecular para explicar el comportamiento de los fluidos y los efectosde la presión.

• En base al principio de Arquímedes comprenden las condiciones de flotabilidad de los cuerpos.

• Comprenden el funcionamiento de diversos sistemas hidráulicos, como por ejemplo, el de los frenosde los automóviles.

• Utilizan el principio de Bernoulli para explicar fenómenos como la sustentación de los aviones o laconservación de energía en un fluido ideal.

• Reconocen en las leyes que describen el movimiento de un cuerpo en un fluido, una explicación parala velocidad límite que alcanza, por ejemplo, una gota de lluvia en la atmósfera.

• Explican el fenómeno de la capilaridad y de tensión superficial a partir del concepto de fuerzasintermoleculares.

• Describen las principales características físicas del sistema cardiovascular.

• Conocen aspectos biográficos de quienes desarrollaron la física de los fluidos.

CONTENIDOS

Todas tenemos la noción de lo que es un fluido, pero se nos hace difí-cil explicarlo. Sin embargo, podemos mencionar sustancias que tie-nen la capacidad de fluir: el magma que sale de un volcán se desli-

za antes de enfriarse; si se vuelca un vaso con agua, esta no se detendráhasta encontrar su menor energía potencial. Algo parecido ocurre con ungas, al liberarse ocupará el mayor volumen posible.

El agua y el aire son ejemplos de fluidos vita-les para nosotros, sin ellos no podríamos vivir.Las propiedades del agua hacen de este líquidoel más importante para la vida: recordemosque la vida surgió en el agua de los océanosprimitivos de nuestro planeta y que el agua esimprescindible para mantener la vida, pues eneste líquido se producen prácticamente todaslas reacciones químicas características de losseres vivos. ¿Y qué decir del aire que nosrodea? Dos de sus componentes, el oxígeno yel dióxido de carbono, son imprescindiblespara la vida en nuestro planeta.

Los astrónomos intentan encontrar rastros deagua y aire en satélites y planetas del sistemasolar con una composición similar a la terrestre,pues, de encontrarlos, existiría la posibilidadde que se desarrollara vida orgánica en otrosmundos, lo que ha sido un sueño o una fanta-sía que ha acompañado mucho tiempo a lahumanidad.

En esta unidad revisaremos las propiedadesde algunos fluidos, tales como el agua y elaire y responderemos preguntas como: ¿quées un fluido?, ¿cuáles son sus características?,¿cómo se comporta?

El agua en su estado líquido toma laforma del recipiente que la contiene,pero cuando no está contenido en uno,el equilibrio de la presión del aire quela rodea y su propia presión interna,generan formas como las que se ven.En la foto, gotas de agua en una telade araña, donde se refleja el sol.

Característicasde la materia

Hidrostática(fluidos en reposo)

El descubrimiento dela presión atmosférica

Principiode Pascal

Grafito

Diamante

unirse formando una redcristalina llamada grafito, comoel de los lápices, que es unmaterial bastante blando que se"desarma" al frotarlo contra elpapel, lo que permite escribircon él. Los mismos átomos decarbono unidos de otra manera,forman uno de los materialesmás duros que existen en lanaturaleza: el diamante.

Los átomos se diferencianentre sí por la cantidad departículas elementales quecontienen, dos átomos ensu estado natural, porejemplo, con distintonúmero de electrones,corresponderán a doselementos químicosdistintos.

en el siglo XX llevaron a conocerla estructura de la materia.Thomson, Rutherford y Bohrfueron algunos de los científicosque idearon el modelo atómicoque tenemos en la actualidad.Hoy sabemos que los átomos síse pueden dividir, aunque estánformados en gran parte porvacío: casi toda la masa delátomo está concentrada en unnúcleo pequeñísimo, formadopor protones y neutrones,y muy alejado de él seencuentra la nube deelectrones.

Al unirse los átomos entresí forman estructuras quepueden ser moléculas oredes cristalinas.

1.1 Átomos y moléculas

------

En sus razonamientos, Demócritose acercó mucho a losdescubrimientos empíricos que

"Nada existe, solo átomos yvacío ... ", esta afirmaciónpertenece a Demócrito, unfilósofo griego que vivió en elsiglo V a. C. Él pensaba que lamateria estaba compuesta dediminutas partículas indivisibleso átomos, entre los cuales noexistía materia. Así, pensaba él, alcortar una manzana, los átomosdel cuchillo se deslizan entre losespacios vacíos de los átomos dela manzana.

1. Característicasdela materia

La materia está constituida porátomos, los que al agruparse for-man moléculas. Las fuerzas queactúan entre ellas son lasresponsables de que la materiase encuentre en estado sólido,líquido o gaseoso.

/Una molécula es una

/,

agrupación de átomos; por,/ \

I \ ejemplo, al juntarse un/\I /

I / \ átomo de hidrógeno conI I \ dos de oxígeno, se formaI I \

I I I una molécula de agua.I I I

\ \ I I Una red cristalina es unaI I

/ I asociación geométrica de\ \ / I

\, / / átomos. Por ejemplo, los/

\ /\ / átomos de carbono pueden,,

El dibujo representa un átomode carbono con 8 electronesdistribuidos en dos capas deenergía. El dibujo es solamenteuna representación, pues nadieha podido "ver" nunca un átomo.

El grafito y el diamante estánconstituidos por el mismo tipo deátomos (carbono), representadospor esferas de color. Sin embargo,al agruparse de distinta maneraforman redes cristalinas condiferentes propiedades físicas.

CONTENIDOS

1.2 Los estados de lamateria

Las fuerzas que unen a moléculasy átomos entre sí, tienen origeneléctrico. La intensidad de estasfuerzas y las condiciones depresión y temperatura en lasque se encuentre un determinadocuerpo, determinarán el estadode su materia. Las principalescaracterísticas de cada uno delos estados se explican acontinuación.

En los líquidos, las fuerzasintermoleculares disminuyenconsiderablemente, posibilitandoque se adapten a la forma delrecipiente que los contiene yque puedan fluir, aunquetampoco se pueden comprimir.

En un gas, las fuerzasintermoleculares prácticamentedesaparecen y las moléculas semueven libremente estandomuy distantes unas de otras. Poresta razón, los gases no tienenforma ni volumen definido ypueden fluir ampliamenteocupando completamente elespacio interior del recipienteque los contiene.

A los líquidos y gases lesllamaremos fluidos. Unadefinición de fluido desde elpunto de vista de la dinámica,está relacionada con las fuerzasque se aplican sobre él: "un fluidoes una sustancia que se deformaal ser sometida a un esfuerzotangencial. no importando cuánpequeño sea este".

A continuación estudiaremosalgunas de las propiedades delos fluidos, considerando solo lasituación en que están enreposo. El área de la Física queestudia los fluidos en reposo oequilibrio mecánico se llamahidrostática.

Microfotografía de campo iónicode la superficie de una láminade oro.

El esquema representa tresestados de la materia:

gas, líquido y sólido. Para unmismo volumen el número

de partículas es distinto. l_ Gas L Líquido Sólido

Algunas veces es difícil distinguirentre sólidos y fluidos ya quealgunos sólidos como el vidriopueden fluir muy lentamente debidoa la fuerza de gravedad (si el vidrioestá en posición vertical, el pesomg será la fuerza tangencial que

.:

Los vitrales de la catedral deNotre Dame en Francia hanfluido lentamente durante

siglos, debido a su peso.

lo deforma). Esto se hacomprobado al observar que elespesor de los vidrios de lascatedrales medievalesesnotoriamente mayor en la baseque en su parte superior.

2. Hidrostáticafluidos en reposo

La densidad y la presión sonpropiedades importantes paradescribir la situación física de unfluido en reposo (hidrostático).

2.1 Densidad

El concepto que indica lacantidad de materia por unidadde volumen se llama densidad(p). La densidad se expresacomo la cantidad de materia, enkilogramos, que cabe en uncubo imaginario de un metro dearista (kg/m3). Aunque, porrazones prácticas también seexpresa la densidad en (g/cm3).

. masa (m)densidad (p) = 1 (V)vo umen

La densidad puede variar con latemperatura, pues los cuerpos alaumentar su temperatura sedilatan ocupando un volumenmayor con la misma masa, razónpor la cual su densidaddisminuye. En la siguiente tablaencontrarás algunos valores dedensidad medidos a 1 atm y O°c.

• ••• ••Uno de 105 intere5e5 de laa5tronomía e5 determinarcaracterí5tica5 de 105cuerp05en el Univer50. por ejemplo. lacomp05ición química. latemperatura, o la den5idad.

Un agujero negro (que 5eforma por la impl05ión deuna e5trella gigante), e5

uno de 105objet05 má5den505 que 5e conocen,105a5trónom05 e5timanque la den5idad de unagujero negro puede llegar

24 3a 10 g/cm.

TABLA 1: DENSIDAD

Gases p (g/cm3) Líquidos p (g/cm3) Sólidos p (g/cm3)

Aire 1,293 x 10-3 Agua destilada 1,0 Aluminio 2,700

Hidrógeno 8,9 x 10.5 Agua de mar 1,030 Cobre 8,900

Oxígeno 1,429 x 10.3 Aceite de comer 0,920 Corcho 0,240

Nitrógeno 4,251 x 10.3 Mercurio 13,600 Madera de pino 0,420

ACTIVIDAD 1: CONSTRUCCiÓN DE UN DENSíMETRO

Una manera de medir directamente la densidad de unfluido es usando un instrumento llamado densímetro.Consisteen una varilla hueca con un peso en el extremopara que flote de manera vertical. El densímetro sehundirá más en un líquido de menor densidad.

Puedes fabricar uno de estos instrumentos con unavarilla hueca (puede ser una pajilla de plástico)agregándole un peso en la punta (puede ser unabolita de plasticina).Haz flotar el densímetro en distintos líquidos (agua,agua con sal, aceite, alcohol) y realiza una marcapara registrar el hundimiento que alcanza en cadauno de los líquidos.

Averigua con tu profesor qué significa "calibrar" uninstrumento y explica cómo lo podrías realizar contu densímetro.

Agua con 5al

CONTENIDOS

.... ~!mm..En construcción se usanladrillos de arcilla que tienenuna masa de unos 2,5 kg, Ysus dimensiones sonaproximadamente 5 cm deespesor, 15 cm de ancho y30 cm de largo. Calcula lapresión que ejerce un ladrillosobre el suelo al apoyarlosobre cada una de suscaras.

15 cm 15 cm!

Existen distintas unidades paramedir presión. Presiones que seejercen cotidianamente, como lade las patas de una mesa sobreel suelo, son de varios milesde pascales, por lo que seacostumbra a usar kilopascales(kPa). Pero también existenotras unidades de presión:milímetros de mercurio(mm Hg), atmósferas (atm),milibares (mbar) y libras J;?or

2pulgada cuadrada (Ib/plg ).(1 atm es la presión que ejercela atmósfera terrestre al niveldel mar). La equivalencia entreestas unidades es:

1 atm = 760 mm Hg = 101.293 Paz= 1.012,9 mbar = 14,7 Ib/plg

La unidad de presión en elSistema Internacional se llamapascal (Pa), donde

. , fuerza (F)presIOn (P) = .

superficie (A)

2.2 Presión

Un líquido al interior de un vasoo un gas al interior de un globo,ejercen una fuerza sobre lasparedes del recipiente que loscontiene.

Para el estudio de los fluidos esconveniente definir la magnitudfísica de presión como: la fuerzaque se ejerce sobre un áreadeterminada, lo que se expresade la siguiente forma:

1 Pa = 1 Nz1m

ACTIVIDAD 2: CALCULANDO LA PRESiÓN DE UNA PERSONA SOBRE El SUELO

Junto a un grupo de compañeras y/ocompañeros, realicen la siguiente actividad.

Dibujen en un papel milimetrado elcontorno del pie y de una mano, ymediante un método de aproximación,estimen el área.Recuerden que la fuerza que ejerce lapersona sobre el piso es el peso mg. Elárea será la de la superficie en contactocon el suelo, es decir, para nuestro caso,la de la planta de los pies.Con los datos obtenidos realicen lassiguientes actividades.

Calculen cuál es la presión ejercida poruna persona, si toda su masa estáapoyada sobre: los dos pies, de puntillas,en un solo pie, las dos manos.Expresen la cantidad en pascales,atmósferas y milímetros de mercurio.

Seestima que una presión"dolorosa" sobre la pielhumana debe ser superior a10 N/mm2. ¿Cómo se podríadiseñar una cama de clavosque permita que un fakir seacueste sin sentir dolor?Considera factores como elárea, el número mínimo declavos, el área de las puntas,el peso del fakir, etc.

Calcula la presión que ejercesobre su base la pirámide deTeotihuacán. Esta pirámide debase cuadrada tiene una masaaproximada de 2,5 millones detoneladas, 225 metros de ladoy unos 70 metros de altura.

2.3 Ecuación fundamentalde la hidrostática

Encontraremos una relaciónmatemática que describe cómocambia la presión al interior deun líquido en reposo, según laprofundidad.

La fuerza ejercida sobrecualquier partícula o pequeñaporción del fluido es la mismaen todas las direcciones. Si nofuera así, el líquido estaría enun constante movimiento.Supondremos también queel líquido está en equilibriotérmico.

Imaginemos dentro delrecipiente una porción de aguadelimitada por un cilindro cuyaaltura corresponda a unaprofundidad h, medida desde lasuperficie del fluido, y el áreade las bases mide A. Este cilindroimaginario está en equilibrio,por lo tanto todas las fuerzashorizontales y verticales queactúan sobre él deben estartambién equilibradas. En el ejevertical actúan las siguientesfuerzas sobre el cilindro:

FI: fuerza debida al peso delaire por sobre la superficiedel agua.

P: el peso del cilindro de agua,debido a la gravedad.

Fz: la fuerza que debe ejercersobre la base del cilindro elresto del agua del recipientepara equilibrar la acción deP y F¡. Esta relación lapodemos expresar como:

F2=P+FI (ecuación 1)

Para calcular el peso del cilindrode agua, usamos la expresiónP = mg. La masa del cilindro seobtiene usando la relación:m = pV. Además, el volumen sepuede expresar como el productode la base del cilindro por laaltura, es decir V =Ah.

P= pVgP = pAhg (ecuación 2)

Remplazando la ecuación 2 enla ecuación 1, obtenemos unaexpresión para la fuerza F 2ejercida en la base del cilindrode agua:

F2 = pAhg + FI

Como lo que interesa es lapresión en la base del cilindrode agua (Pr), se divide la fuerzapor la base (A) obteniéndose:

FPr = phg + Al

F l/A es la presión ejercida porel aire sobre la superficie dellíquido y que llamamoscomúnmente presión atmosférica(Po)' por lo que la ecuaciónqueda finalmente como:

pr=phg+Po

Esta es la ecuación fundamentalde la hidrostática y permitecalcular la presión (en pascales)en el interior de cualquierfluido en equilibrio, conociendola presión atmosférica en susuperficie, la densidad del fluido(en kg/m3) y la profundidad(en metros) del punto dondenos interesa encontrar lapresión.

CONTENIDOS

Ejercicio resuelto 1

Presión al interior de un fluido

En la fotografía se observa aceite flotando sobre agua. Calcularemosla presión entre el agua y el aceite, y luego en el fondo del vaso.

Sabemos que la presión al interior de un fluido está determinadapor la ecuación fundamental de la hidrostática, pues se trata deun líquido que está en reposo. Primero expresaremos la presiónque se encuentra entre el agua y el aceite de la manera:

PI

P2

=-=---------1hI = 5 cm

------- -----1h2 = 10 cm

_____ J

PI = Paceite gh +Po (ecuación 1)

TABLA 2: PRESiÓN

La siguiente tabla muestra algunosvalores de presión en distintoslugares.

lugar Presión(atm)

Centro del Sol 2 x 1011

Centro de la Tierra 3,9 x 106

Fondo del océano 1,1 x 103

Taco de zapato en el suelo 10

Neumático de automóvil 2

Sangre arterial (en sístole) 1,16

Atmósfera a nivel del mar 1

Vacío sideral 1 x 10-18

la densidad del aceite tiene un valor de 920 kg/m3. La presiónatmosférica la dejaremos expresada como Po, Remplazando estoen la ecuación 1, resulta:

PI = 450,8 Pa +Po

Para calcular la presión al fondo del vaso, el procedimiento es simi-lar, con la diferencia que debemos agregar la presión ejercida por elcilindro de aceite. Consideraremos la densidad del agua 1.000 kg/m3.

Pl = Paguagh2 +PI +PoPl = 980 Pa + 450,8 Pa +Po

Pl = 1.430,8 Pa +Po

Para saber cuántas veces es mayor la presión al fondo del vasoharemos la división:

1.430,8 Pa +PoPl=------

450,8 Pa + Po

Considerando la presión atmosférica al nivel del mar Po = 101.293 Pa

Pl = 1,0096PI

Lo que nos dice que la presión debido al agua y el aceite, no se com-para con la enorme influencia de la presión atmosférica. Si el experi-mento lo realizáramos en un lugar sin presión atmosférica (unacámara de vacío), podríamos considerar Po = 0, lo que nos daría:

Pl = 3,17PI

Es decir, la presión sería 3 veces mayor al fondo del vaso.

2.4 Aplicaciones de laecuación fundamental

Represas hidroeléctricas

Las represas hidroeléctricas seconstruyen de modo que elespesor del muro de contencióndel agua es mucho mayor enla base que en el tope. Paracalcular el espesor del muro loque importa es conocer laprofundidad del lago artificial.

atmosférica promedio de0,95 atm, entonces la presiónen la base del muro será:

p = 1.000 kg/m3 • 100 m • 9,8 m/s2

+ 96.228 Pa

p = 1.076.228 Pa

Esto quiere decir que cadametro cuadrado de muro estásoportando una fuerza de1.076.228 N, o sea el peso demás de 100 toneladas.

Un ser humano es capaz desoportar la presión del agua a unaprofundidad máxima de 150 metros,aproximadamente, con equiposespeciales de buceo. Sin embargo,se han encontrado formas de vidaa más de 4.000 m de profundidad.Muchos de estos organismostienen forma aplanada parasoportar estas presionesextremas.

En la central de Rapel, porejemplo, el lago tiene unaprofundidad de unos 100 m enla parte del muro de la represa.Si tomamos la densidad delagua como 1.000 kg/m3 yconsideramos una presión

Los muros de una represasuelen ser más gruesos en su

base, pues en esa parte debensoportar más presión estática

que en la superficie.

ACTIVIDAD 3

Reúne junto a un grupo decompañeros y/o compañeras, lossiguientes materiales: una botella deplástico y una regla o huincha demedir.Realicen 3 agujeros a la botella,espaciados de 5 en 5 cm, a partir de labase de la botella. Traten que todoslos agujeros tengan el mismodiámetro.Llenen la botella de agua y colóquenla"parada" sobre una mesa (utilicenuna superficie que se pueda mojar).

Midan la distancia horizontal quealcanzan los distintos chorros de agua.Calculen la presión debida al agua(teóricamente), en cada uno de losagujeros, cuando la botella está llena.Midan la distancia que alcanza elagua para cada uno de los agujeros yrealicen un gráfico distancia v/spresión, cuando la botella está llena.¿Qué se observa?¿Qué ocurre con la distancia quealcanzan los chorros a medida que labotella se vacía? Expliquen.

CONTENIDOS

2.5 Vasos comunicantes atmosférica, el líquido alcanza lamisma altura en todos ellos.

.... m!!Im

Además, como los extremosabiertos de los recipientes estánsometidos solo a la presión

Los vasos comunicantes consistenen dos o más recipientes dediversa forma y tamaño quecontienen un fluido y que estánconectados entre sí. Como lapresión solo depende de laprofundidad y no de la formadel recipiente, entonces será lamisma en los puntos A, By C.

A B e

Una aplicación de esto son losestanques sobre las casas, que esfrecuente ver en localidadescosteras o rurales. Estosestanques contienen agua yestán conectados a las tuberíasdel interior de la casa, en unsistema de vasos comunicantes.

Como el estanque estáubicado en altura, se logradar mayor presión al aguaque baja a la casa.

Otra aplicación comúnse observa en laconstrucción, cuando losalbañiles tienen quenivelar dos puntos. Paraello usan una largamanguera transparentecomo muestra el dibujo.Si en ambos puntos, ladistancia entre el agua y

los extremos de la manguera soniguales, quiere decir que ambospuntos están a la misma altura.

La presión más baja encañerías de agua quefuncionan normalmentees de unas 2 atm. ¿A quéaltura mínima debecolocarse, entonces, unestanque de agua en unacasa de la costa, paraque todo funcionecorrectamente? Considerenque la presión atmosféricaen la costa es de 760 mm Hg.¿A qué profundidad en elmar se experimenta unapresión cinco veces mayorque 1 atm?

Ejercicio resuelto 2

Paglla

B

~Paceile

A

1

------- ------------- ---Mz

Sabemos que dos puntos de un líquido que están a la misma altura,tienen la misma presión. Recordemos que según la ecuación funda-mental de la hidrostática, la presión al interior de un fluido estádeterminada por:

En un tubo de vidrio con forma de U hay una cierta cantidad de agua.Luego se agregan 10 cm de aceite por un capilar. ¿Cuál será la diferen-cia de altura entre el agua y el aceite?

Igualdad de presiones

P = phg+po

Elegiremos el límite del aceite y del agua y lo llamaremos punto A.A su proyección horizontal en el otro capilar lo llamaremos B (verdibujo), entonces se cumple que:

PA =PB

h - PaeeitehAB-

Paglla

PaeeiteghA +Po = PagllaghB +Po

Simplificando y ordenando esta expresión, tenemos:

Llamaremos hA a la altura de la columna de aceite (sobre el punto A) yllamaremos hB a la altura de la columna líquida sobre el punto B. .~

III ,-------------------',

: : Recordemos que queremos: : determinar la magnitudI I~__ ~ ,1h = hA - hB

: que corresponde a la I

: diferencia entre las columnas:I , I\ liquidas, I

,-------------- ,1

En la tabla de densidades de la página 99, podemos leer que los valorespara las densidades involucradas en el problema son los siguientes:

aceite de comer: 0,920 g/cm3, agua destilada: 1,0 g/cm3. Remplazandoestos valores y recordando que la altura de la columna de aceite es de10 cm, obtenemos que:

hB = 9,2 cm

y la diferencia entre ambas columnas equivale a

!1h = 0,8 cm

Que es la magnitud que se pedía encontrar.

,,", ~!J!J3

¿Cómo se podríacalcular la densidad deun líquido desconocido,para un caso como elanterior, si solamente seconoce la diferencia dealturas entre lascolumnas? Escribe larelación que lopermitiría calcular.

CONTENIDOS

3. El descubrimiento dela presión atmosférica

Vivimos al interior de un "océanode aire": la atmósfera. El efecto desu peso sobre la superficie de laTierra es la presión atmosférica.

Según el físico italiano del sigloXVII, Evangelista Torricelli,vivimos en el fondo de unocéano de aire. Si lo pensamosbien, tiene razón, por lo quecualquier cuerpo que está sobrela superficie de la tierra, estásometido a más de dostoneladas de aire sobre él.Torricelli, quien fuera discípulode Galileo Galilei, un añodespués de la muerte de sumaestro, en 1643, realizó unclásico experimento que lepermitió comprobar la existenciade la presión atmosférica ymedir su valor. En el esquema seexplica en qué consiste esteexperimento.

La atmósfera es una mezcla devarios gases, denominada aire. Anivel del mar tiene la siguientecomposición: nitrógeno (78%),oxígeno (20'7.), argón (1%),anhídrico carbónico (0,03%),hidrógeno (0,001%) y otros gasescomo el neón y el helio, pero enmenor proporción. Estasproporciones de gases varían, y laatmósfera en general, va perdiendodensidad con la altura. Sedistinguen las siguientes capas:troposfera (O a 15 km de altura),estratosfera (15 a 50 km dealtura), mesosfera (50 a 80 kmde altura) y termosfera (80 a1.500 km de altura).

I •

1. Torricelli tomó un tubode vidrio muy delgadode un metro de largo,cerrado por un extremo,y lo llenó completamentecon mercurio.

2. Tapó luego el otroextremo, lo invirtió ylo sumergió en unrecipiente con mercurio.

3. Observó que al destaparel extremo sumergido,el mercurio solo bajabaun poco hasta formaruna columna de unos76 cm de altura.

Conclusión:Torricelli concluyó que el pesodel aire sobre la superficie delmercurio lograba equilibrar elpeso de la columna de mercurio.La presión de la atmósferacorrespondía entonces a lapresión en el fondo de unacolumna de mercurio de 76 cmde altura.

El instrumento utilizado porTorricelli para medir la presiónatmosférica se llama en laactualidad barómetro deTorricelli.

De acuerdo a sus resultados,la presión ejercida por laatmósfera a nivel del mar, elevauna columna de mercurio 76 cm,esto es: 1 atm = 76 cm Hg. Así,los centímetros de mercuriopasaron a ser la unidad demedida de la presión atmosféríca.En honor de Torricelli seestableció la unidad de presiónTorr, donde 1 torr =1 mm Hg.

El aire, por ser un fluido,también responde a la ecuaciónfundamental de la hidrostática.Por esta razón la presión de laatmósfera es de 76 cm Hg soloal nivel del mar y disminuye amedida que aumenta la altura.Fue Bias Pascal quien se dio

cuenta de este hecho alsubir a la cumbre de unmonte cercano y repetir elexperimento de Torricelli:él vio que la columna demercurio tenía una alturamenor a 76 cm, comoresultado del cambio de lapresión.

En la cima de un monte,la presión atmosférica serámenor que en los alrededores.Las montañas de la imagentienen alrededor de 2.500 mde altura (Torres del Paine,XII Región).

3.1 Disminución de lapresión atmosférica conla altura

La ecuación fundamental de lahidrostática se puede aplicar alaire, pero no de forma tanexacta, ya que su densidad noes homogénea y disminuye conla altura. Por esta razón, agrandes alturas la cantidad deoxígeno es muy baja y losmontañistas deben llevartanques de oxígeno cuandoescalan altas montañas.De todas formas, podemos decirque la presión disminuyeaproximadamente en 1 cm Hgpor cada 105 metros de ascenso.Por lo tanto, un barómetropuede servir también comoaltímetro para alturas menoresde 3.000 metros.

Una variación más cómoda delbarómetro de Torricelli, consisteen un manómetro, esto es untubo de vidrio en forma de U

Cuando se mide la presión enmilímetros de mercurio, se estáhaciendo de manera experimental alobservar cuánto sube una columnade mercurio por un capilar. Paratener una equivalencia en pascalespara el valor de 1 atm, ocupamos laecuación fundamental de lahidrostática, es decir:

p = pgh,

Donde p = 13.600 kg/m3 (ladensidad del mercurio),

2g = 9,8 mis, y h = 0,76 m.

lleno con mercurio, con unextremo abierto al aire. Estetipo de barómetro es muycorriente. La presión se midepor la diferencia de altura J1hde las columnas de mercurio.

flh

Realizando el cálculo obtenemos unvalordep = 101.292,8 Pa.

En este libro usaremos laaproximación p = 101.293 Pa, peroes probable que en otros textosaparezca el valorp = 1,013 X 105 Pa,lo que también se consideracorrecto.

En todo caso, las mediciones realessiempre tienen variaciones, ya quetanto la densidad del aire, como laconstante gravitacional g, varían deun lugar a otro.

.... ~~ ..Suponiendo que la altura dela atmósfera terrestre es deunos 80 km, y suponiendo queen esta zona la aceleración degravedad se puede considerarconstante de 9,8 m/s2, ¿cuálserá la densidad promedio delaire?La presión normal en Santiagoes de unos 70,8 cm Hg y en lacumbre del cerro San Cristóbales de unos 67,5 cm Hg. ¿Cuáles entonces la alturaaproximada de ese cerro?

Presión en meteorología

En la atmósfera hay zonas de bajapresión y otras de alta presión. Enuna zona de alta presión, el aireestá más frío y más contraído,por lo que su densidad es mayor ytambién es mayor su peso pormetro cuadrado (presión). Locontrario ocurre en una zona debaja presión. El aire siempre tiendea moverse desde la zona de altapresión a la de baja presión, paraigualar las presiones, generandolo que comúnmente llamamosvientos. La próxima vez que veasel informe meteorológico, fíjate enqué unidades miden las presionesde la atmósfera.

CONTENIDOS

3.2 Efectos de la presiónatmosférica

La presión atmosférica estápresente en todas nuestrasacciones, a continuación hayalgunos ejemplos, dondepodemos observar su acción enla vida cotidiana.

Los oídos se tapan

Cuando entras a un túnel o vasen auto por un camino conpendiente pronunciada,experimentas un brusco cambioen la presión externa a tu cuerpo.Esto se siente especialmente enlos oídos que quedan "tapados"

ACTIVIDAD 4

e incluso pueden doler. Unasolución efectiva es tragar salivao mascar chicle, ya que así selogra abrir el orificio de latrompa de Eustaquio queconecta el oído medio con lafaringe y cuya función esprecisamente igualar la presióninterna del oído medio con lapresión atmosférica.

El uso de la bombilla

Gracias a la presión atmosféricaes que podemos tomar unabebida u otro líquido con unabombilla. Al succionar por unextremo de la bombilla sereduce la presión en su interior

y, como consecuencia, el líquidoes "forzado" a subir paraigualar las presiones.

Temperatura de ebullición delagua

A nivel del mar el agua hierve a100 oC, pero en la montañadonde hay menor presión, elagua se transforma en vapor auna temperatura más baja. Estohace que los alimentos nopuedan cocerse bien y por lotanto es necesario usar ollas depresión para poder cocinarlosadecuadamente sin riesgo parala salud.

Reúnan los siguientes materiales: vela, frasco devidrio, recipiente poco profundo (puede ser unaensaladera de vidrio), un plato chico.Fijen la vela al plato con un poco de esperma, echenagua hasta la mitad del recipiente y coloquen lavela al interior.

Mientras está encendida la vela, coloquen el frascosobre ella hasta que se consuma todo el aire y lavela deje de arder.Mediante la diferencia de altura en el agua alinterior y exterior del frasco, calculen la presión alinterior, suponiendo que la presión atmosférica esde 76 cm Hg. Expliquen lo ocurrido.

4. El principio de Pascal

Si se aumenta la presión sobre unfluido encerrado en un recipien-te. aumentará la presión sobrecada punto del fluido. Una apli-cación de este principio permitela construcción de máquinashidráulicas.

Es común oír hablar demáquinas hidráulicas (gatahidráulica, frenos hidráulicos,etc.). Estos sistemas tienen encomún que usan fluidos paraaumentar las fuerzas.

La tecnología de las máquinashidráulicas se la debemos aPascal. Él descubrió un hechocurioso, que luego se transformó

4.1. Variación de la fuerzaen dos recipientesconectados

Al aplicar una fuerza F 1 en elpistón de menor diámetro,aparece una presión extra en elfluido p = F l/A l que, según elprincipio de Pascal, se transmitea todos los puntos del fluido.

En el sector que está en contactocon el otro pistón aparece lamisma presión extra. peroaplicada sobre un área distinta,esto se puede expresar como:p = F 2/A2 que debe ser igual a laanterior.

en el principio de Pascal: "lapresión aplicada a un fluidoencerrado. se transmite sindisminución a cada punto delfluido y de las paredes delrecipiente". Por ejemplo, sipresionamos con las manos lasuperficie de un globo lleno deaire, cualquier sector dentro delfluido experimentará el mismoaumento de presión.El descubrimiento de Pascal nohabría pasado de ser unacuriosidad si a alguien no se lehubiera ocurrido conectar dosrecipientes de diferente tamaño,aplicar el principio de Pascal yobservar cómo aplicando unapequeña fuerza en el recipientemenor, esta fuerza eraamplificada en el recipientemayor.

Una manera sencilla devisualizar qué ocurre con lafuerza de dos recipientesconectados, es usando dosjeringas plásticas de diferentediámetro. Se pueden llenar con

Al

Un recipiente esférico se conecta aun pistón. Al aplicar la fuerza F seejerce una presión al fluidoencerrado en el recipiente, que esigual en cualquier punto del fluidoy en las paredes del recipiente(principio de Pascal). Si todos losagujeros tienen igual diámetro, ellíquido sale con el mismo módulode velocidad y en formaperpendicular a la esfera. Loschorros se curvan luego, debido a laacción de la fuerza de gravedad.

agua o aceite, y conectar entresí por una manguera.

Los émbolos son las partesmóviles de las jeringas y tienenáreas A l YA2·

Así, F 2/A2 = F l/A 1como A2 esmayor, también F2 debe ser mayorpara mantener la relación. Luego:

La ecuación indica que si A2 esdos veces mayor que A),entonces la fuerza se amplificapor dos en el pistón de mayordiámetro. Este mecanismo es unaforma muy simple y útil paraaumentar la magnitud de unafuerza lo que, por ejemplo, permitelevantar un auto con una mano, alutilizar una gata hidráulica.

• •

CONTENIDOS

4.2. Aplicación delprincipio de Pascal.Frenos hidráulicos

En un sistema tradicional defrenos, la fuerza aplicada por elpie sobre el pedal es conduciday amplificada por un sis-tema hidráulico parapresionar las balatascontra el tambor delneumático. Enlos frenos de

aire no se remplaza el fluido poraire, sino que la presión sobre elpedal es asistida por un sistemade aire comprimido que lo haceaún más poderoso.

• B' ''lIT!'i8r.t

Conéctate a la páginahttp://www.santillana.c1/fis3 ybusca el Taller 5 de la Unidad 2.Allí encontrarás las instruccionespara operar un programa donde

podrás variar a tu gusto:las áreas de una prensa

de Pascaly las fuerzasque puedes aplicarsobre ellas. Ademáspodrás ver qué ocurre

con la diferencia dealtura en los líquidos de

ambos recipientes.

Máquina hidráulica simple

a) El fluido del recipiente 1 es succionadopor el pistón 4, que es accionado porun motor :3 hasta el cilindro 5.

:3. Motor

b) La válvula 2 permite que el fluido entre, pero nosalga de este recipiente, mientras que la 6 permitesolo la salida y no la entrada de líquido, así cuandoel pistón baja, expulsa el fluido hacia el cilindro 8,elevando el pistón 7.

8. Cilindro

9. Llavede paso

7. PistónI

6. Válvula

-5. Cilindro

2. Válvula

1.Recipiente con fluidohidráulico (idealmente

incompresible)

I

c) La llave de paso 9 se utiliza paraliberar el líquido del cilindro 8 ydevolverlo al recipiente 1.

d) La fuerza ejercida por el motor seve amplificada en el cilindro 8dependiendo de la relación entresu diámetro y el del cilindro 5.

e) El desplazamiento del pistón 7dependerá además del númerode vecesque se complete el ciclo.

SíNTESIS

•

Se considera fluidos a líquidos y gases. La rama de la Física que estu-dia las propiedades de un fluido cuando se encuentra en equilibrio sellama hidrostática.

Al considerar la fuerza aplicada por unidad de superficie hablamos depresión, la que se expresa en N/m2, unidad denominada pascal (Pa), yse mide con un barómetro o manómetro. En cualquier punto al interiorde un fluido, la presión actúa en todas direcciones y en forma perpen-dicular a las paredes del recipiente que lo contiene.

La presión en dos puntos que se encuentran a la misma profundidaddentro de recipientes comunicados entre sí es la misma, este principiose conoce como de los vasos comunicantes.

La presión dentro del fluido depende en forma lineal de la profundidad,de su densidad y del valor de la aceleración de gravedad .

Cualquier presión extra aplicada a la superficie del fluido se transmitecompletamente a todas sus partes, hecho conocido como principio dePascal y que es la base del desarrollo de la fuerza hidráulica.

A continuación te mostramos un mapa conceptual general de los con-tenidos del tema: Hidrostática: fluidos en reposo.

Resumen

Mapaconceptual

• tienen

1

los fluidos

j- se deforman cuando se les aplican _ pueden estar en estado

1 1presión y densidad

que se mide en

!pascales y kg/m3

fuerzas tangenciales líquido y gaseoso

cuando están en reposo los estudia

!la hidrostática

• Ahora elabora en tu cuaderno tu propio mapa conceptual, incorpo-rando los conceptos que aparecen en el mapa conceptual propuestoy otros como los que aparecen en el glosario de la página siguiente.

SíNTESIS

Glosario Atmósfera. Es una mezcla de varios gases que rodea a la Tierra. Estácompuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno. Su densidad dis-minuye a medida que aumenta la altura.

Átomo. Unidad básica de la materia formada por protones (carga posi-tiva), electrones (carga negativa), y neutrones (sin carga eléctrica). Sepueden asociar formando moléculas o redes cristalinas.

Barómetro. Instrumento que mide la presión atmosférica en milímetrosde mercurio.

Densidad. Propiedad de la materia definida por la razón entre la masade un cuerpo y el volumen que ocupa.

Densímetro. Instrumento que sirve para medir la densidad de un fluidode forma directa. Consiste en un tubo que tiene una masa en su puntay que flota de manera vertical.

Hidrostática. Área de la Físicaque estudia las características de los fluidosen reposo.

Fluido. Si una sustancia se deforma al aplicarle una fuerza tangencial,entonces se trata de un fluido. Sustancia que por encontrarse en estadolíquido o gaseoso, tiene capacidad de fluir.

Manómetro. Instrumento para medir presión. Generalmente tiene unextremo expuesto a la presión atmosférica y otro a un medio cerradosobre el cual se desea medir la presión.

Máquinas hidráulicas. Máquinas cuyo funcionamiento se basa en elprincipio de Pascal. Amplifican la fuerza utilizando fluidos.

Molécula. Agrupación de átomos, ligados por fuerzas eléctricas. •

Presión. Fuerza que se ejerce por unidad de área. La unidad SI de lapresión es el pascal.

Presión atmosférica. Presión que ejerce el aire que forma la atmósferasobre todos los cuerpos y la superficie terrestre.

Principio de Pascal.Al aplicar una presión extra en un punto de un fluidoen reposo, el aumento de presión se transmite por igual a todos lospuntos del fluido.

Red cristalina. Asociación geométrica de átomos.

Vasos comunicantes. Consisten en dos o más recipientes que contienenun fluido y que están comunicados entre sí.

Físicaaplicada

El vacío y sus aplicaciones

En la antigüedad los filósofos griegos consideraban que el vacío significaba:falto de contenido, concepto que aún se mantiene, pero no en lo rela-cionado con aspectos técnicos. En la actualidad, de acuerdo a la definiciónde la Sociedad Americana de Vacio (1958), el término vacío se refiere a"cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presiónatmosférica", por lo que el grado del vacío se incrementa en relación directacon la disminución de presión del gas residual". Las unidades que general-mente se utilizan para medir presión en el caso de hablar de vacío es el torr,donde 1torr equivale a 1 mm Hg.

El vacío existe en la naturaleza y se ha utilizado tecnológicamentedesde la antigüedad, por ejemplo los egipcios y los chinos, al usar elfuelle con válvulas para inyectar aire a los hornos, hacían vacío sinsaberlo: al abrir el fuelle, se llenaba de aire por el vacío que se provo-caba dentro de este. Pero fue gracias a Bias Pascal que se comenzó aclarificar el concepto de vacío, siendo demostrado luego por atto vonGuericke en su célebre experimento de los hemisferios deMagdeburgo.

Muchas veces las palabras adquieren distinto significado según el contexto o lapersona que las usa, eso puede provocar incomunicación, y dar origen a malosentendidos. Porejemplo, como vimos en el artículo anterior, la palabra "vacío"para los griegos. se refiere a "falto de contenido" y es una expresión muy generalque se puede usar en muchos ámbitos de la vida. Reflexionajunto a tuscompañeros sobre a las siguientes preguntas.

• iConsideran válido tomar palabras de una cierta disciplina (Física. Biología.Matemática, etc.) y aplicarlas en otro contexto que no sea su campo de estudio?

• iCómo se podría interpretar la frase de alguien que dice "sentir un vacío interior?• iCrees que un concepto desarrollado en un área de conocimiento, puede

trascender a otros ámbitos?

La utilización de vacíoes una práctica amplia-mente difundida en

casi todas las áreas de laindustria y el quehacer cien-tífico, incluso en la vida dia-ria, donde la aspiradora esuno de los ejemplos mássencillos. Por lo general, lasaspiradoras son capaces detrabajar a una presión de100 torr a 150 torr por deba-jo de la presión atmosférica.

APLICACIONESDELVAcío

• Paraextraer la humedad delos alimentos, químicos.productos farmacéuticos.y otros líquidos.

• En la producción de jugo defrutas y leche concentrada(ayuda a disminuir latemperatura deevaporación del agua).

• En aparatos electrónicoscomo las pantallas detelevisión y los monitores decomputadores (a excepciónde las de plasma) seemplea para que laspartículas se muevansincolisión entre su origen y lapantalla.

Alto vacío

TABLA 3: CLASIFICACIONES DEL VAcío

POR SU INTENSIDAD

. . I Intervalo deNivel de vaClo presión (torr) IBajo y mediano vacío I Desde 760(o vacío primario) hasta 10-2

Desde 10-3

hasta 10-7

Ultra alto vacío I Desde 10-7 I

~ast~

______ r _

EVALUACiÓN

Comprueba lo que sabes

1. En la naturaleza, gases y líquidos sonconsiderados como fluidos, estos pueden estaren movimiento o en reposo. De las siguientesafirmaciones, la alternativa incorrecta es:

A. La mecánica de fluidos es la rama de la Físicaque trata las leyes sobre el comportamientode los gases y los líquidos.

B. Hidrostática es la parte de la mecánica queestudia los fluidos en reposo.

C. La densidad de un gas siempre es menor quela densidad de un líquido.

D. La hidrostática también trata los líquidos enmovimiento.

E. El concepto de presión es la razón entre lafuerza y el área y se mide en pascales.

4. La ecuación fundamental de la hidrostáticaes una relación matemática que da cuenta deun fluido en reposo. De las siguientesafirmaciones son verdaderas:

I El fluido está en equilibrio térmico.11 La presión disminuye con la profundidad.111 La presión aumenta con la profundidad.

A. Solo IB. Solo 11C. 1 y 111D. Solo 111E. 1 Y 11

5. Determinar cuál debe ser el valor de la fuerza F2para que el sistema físico se encuentre enequilibrio traslacional.

6. El sistema de vasos comunicantes está abiertoa la presión atmosférica. Si consideramos queg = 10 m/s2 y la altura del agua es h = 1 m,calcular la presión P1.

2. La densidad del cobre es 8,9 g/cm3. Calcular lamasa, en kilogramos, de un metro cúbico decobre.

A. 0,89 kgB. 8,9 kgC. 89 kg0.890 kgE. 8.900 kg

A. 10 NB. 50 NC. 20 N0.30 NE. 40 N

Jl 2 1121-F2 lJ A2 = 5 m

A,=1m2 F,=10N

3. Sobre el émbolo de una jeringa de 1 cm de radiose aplica una fuerza de 1 N. Determinar el valorde la presión resultante sobre el fluido.

R = 1 cm iF = 1 N

A.3,18x103PaB. 3,18 x 10-3 PaC. 3,14x 103 PaD. 3,14 x 10-4 PaE. 3,18 x 10-4 Pa

A. 10 PaB. 102 PaC. 103 PaD. 104 PaE. 105 Pa

Comprueba lo que sabes

7. El principio de Pascal permite la construcción demáquinas hidráulicas. Es falso señalar que:

A. si aumenta la presión sobre un fluidoencerrado, aumentará la presión en cadapunto del fluido.

B. si disminuye la presión sobre un fluidoencerrado, disminuirá la presión en cadapunto del fluido.

C. la presión en un fluido se transmite condisminución en cada punto del fluido.

D. la presión en un fluido se transmite sindisminución en cada punto del fluido.

E. la presión en un fluido se transmite sindisminución en las paredes.

8. Un sistema físico experimenta una presiónP = F/A. Si el área disminuye a la mitad y lafuerza aumenta al doble, entonces la presión:

A. crece al doble.B. crece cuatro veces.C. queda igual.D. disminuye a la mítad.E. disminuye a la cuarta parte.

11. La presión en el punto A, de un sistema sellado,es p cuando la profundidad es h. Calcular lapresión de un punto B de profundidad el tripleque en A.

A.3pB. p/3 hC. 2p

A

D. p/2E. P

.B

12. Con respecto a la densidad de los diferentesestados de la materia, para todas lassustancias, es siempre posible afirmar que:

A. es mayor en el sólido que en el líquido.B. es igual en el líquido que en el gas.C. es mayor en el gas que en el líquido.D. es menor en el sólido que en el gas.E. es menor en el sólido que en el líquido.

13. La presión atmosférica es una medida de lapresión que aplica el gas que constituye laatmósfera sobre la superficie de la tierra. Esfalso señalar que:

9. Un recipiente contiene aceite, cuya densidad es0.9 g/cm3. Determinar la altura h en metros si lapresión en A tiene un valor de 10 Pa.

A. 1,1 mB. 11,1 mC.9mD. 0,9 mE. 0,1 m

!h.....

A. la presión atmosférica a nivel del marcorresponde a 760 mm Hg.

B. ciudades que se encuentran sobre el nivel delmar tienen menor presión atmosférica.

C. la presión en el Sistema Internacional, semide en pascales.

D. dos ciudades que están al mismo nivel delmar, tienen la misma presión atmosférica.

E. la presión atmosférica aumenta con la altura.

10. Un tubo de vidrio con forma de U y diámetrointerior 2 cm, contiene 20 mi de mercurio. Sipor uno de los extremos se le agregan 10 mide agua salada (1,03 g/cm\ ¿cuál será ladiferencia de altura entre el nivel del aguasalada y del mercurio?

A. 10 cmB. 30 cmC. 10,76 cmD. 9,24 cmE. 0,76 cm

14. La fuerza que ejerce la atmósfera a niveldel mar sobre una superficie de 1 m2 esequivalente en el vacío al peso de: (considereg = 10 m/s2

)

A. 1,01293 kgB. 10,1293 kgC. 101,293 kgD. 10.129,3 kgE. 101.293 kg

EVALUACiÓN

Ejercicios

El Sol está constituido principalmente porhidrógeno (p = 0,09 kg/m3) y tiene una masaaproximada de 2 x 1030 kg. Si lo consideramoscomo una esfera perfecta, ¿cuál sería sudiámetro en metros?

A un balón de gas se le conecta unmanómetro de mercurio como muestra lafigura. Calcula la presión interna del balón,considerando que la diferencia entre lasalturas del mercurio es de 25 cm. Supón unapresión atmosférica exterior de 1 atm.

La fosa de las islas Marianas en el océanoPacífico tiene una profundidad de 11.000 metros.Si la densidad del agua es de 1.030 kg/m3,

calcula la presión en atm y la fuerza que debesoportar la ventanilla de un submarinosumergido a la mitad de profundidad de lafosa, si el área de la ventanilla es de 0,5 m2.

Un avión vuela a una altitud de 8.000 m. Lapresión dentro de la cabina es de 1 atm,mientras que afuera es de 20 cm Hg. Calculala fuerza neta aplicada sobre cada una de lasventanillas del avión si estas tienen unasuperficie de 625 cm2.

¡----2S cm

_____J

I Una persona quierelevantar un automóvilde 1.500 kg usando

un pistón de 5 m2 deárea en una máquinahidráulica. ¿Quéfuerza debe aplicarsi el área del pistónque empuja es de30 cm2?

Si el experimento de Torricelli se hubieserealizado con agua en vez de mercurio, ¿quéaltura hubiera alcanzado la columna de agua?

En uno de los brazos de un tubo en forma deU, una columna de 25 cm de altura de aguaestá equilibrando otra columna de 10 cm deun fluido desconocido. Calcula la densidad delfluido desconocido en g/cm3.

a) ¿Qué presión ejerce sobre el suelo?b) Si usa zapatos de taco alto y suponiendo

que la mitad de su peso descansa sobre lostacos y estos tienen un área de 1 cm2 cadauno, ¿cuántas veces mayor es la presiónque ejerce sobre el suelo?

Una joven de 70 kg está descalza apoyadasobre sus dos pies. La superficie de contactocon el suelo es de 165 cm2.

Determina la presión externa que experimentaun submarino al sumergirse a una profundidadde 150 m en el mar. ¿Qué fuerza debe resistircada cm2 de su fuselaje?

¿Qué presión ejercerá sobre el suelo unelefante de cuatro toneladas suponiendo quesus patas son aproximadamente circularesde 30 cm de diámetro? ¿Le favorecería alelefante tener unas patas más delgadas?Explica.

• ¿Qué tan alto puede subir el agua por lascañerías de un edificio, si el manómetro quemide la presión del agua en el primer pisoindica 40 Ib/plg2?

AMPLIACIÓN DE CONTENIDOS

La Físicaen la historia

La presión atmosférica y el vacío,paradigmas científicos del siglo XVII

El concepto de presión atmosférica en nuestros días es algo completamentenatural, pero no siempre fue así. Durante el siglo XVII de nuestra era, laexistencia del vacío y las propiedades del aire, eran unos de los "paradigmas"de la ciencia de la época. Siglos antes, Aristóteles había dicho que la natu-raleza tenía un "horror al vacío" (horror vacUl) y que el aire, a pesar de suliviandad tenía "peso". Esto en contraposición con otros pensadores queproponían que el aire estaba libre de "pesantez".

Fue Galileo Galilei, nuevamente, quien zanjó esta disputa mediante laexperimentación: comparó el peso de un balón de aire comprimido, con elpeso del mismo balón una vez expulsado el aire, inclinándose en este puntoa favor de las especulaciones de Aristóteles. Sin embargo, fue un discípulode Galileo, Evangelista Torricelli (1608 - 1647), quien demostró la existenciade la presión atmosférica con su famoso experimento de las columnas demercurio (explicado en páginas de contenido). Torricelli afirmó que vivimossumergidos en un "océano de aire" y descubrió a partir de esto el origen delos vientos, que se explicaba a través de mitos desde la antigüedad.

Es interesante notar que para el siglo XVII,todavía no estaban claramente diferencia-dos los fenómenos que interesan a lareligión y la ciencia, mezclándose muchasveces la argumentación de uno u otro tipo,para explicar fenómenos naturales.

'''1 '1/

El experimento de Otto van Guericke consistió en extraer el aire de un par dehemisferios unidos por su abertura, por lo que se conoce este experimento

como "los hemisferios de Magdeburgo". Enél mostró cómo los hemisferios luego de servaciados, y de contener el vacío negado porlos filósofos, apenas se pueden separar conla fuerza de 16 caballos.

Quedaba pendiente todavía el problema de la existencia del vacío.Recordemos que según Aristóteles sería imposible la formación del vacío,debido "a la repugnancia de la naturaleza a este". Otro defensor de laimposibilidad del vacío era René Descartes quien argumentaba que "la con-tinuidad constituía la materia", entonces si por milagro, Dios (explicabaDescartes) retirara toda la materia de un recipiente, este se comprimiría evi-tando el vacío. Fue un alemán, Otto von Guericke (1602 - 1688), quien sien-do alcalde de la ciudad de Magdeburgo, realizó un exitoso experimentoque demostró la existencia del vacío. El pensamiento de Otto van Guericketambién estaba influido por matices místicos, ya que según él, "elTodopoderoso no necesita materia para actuar".

En 1654, Otto van Guerickerealizó el experimento conocidocomo "los hemisferios deMagdeburgo" con la presenciadel emperador y principesalemanes, en él demostró laposibilidad de generar vacío.