IV-Jornadas de las Ciencias-2013-Snorkel

Monitor 1.- “Con este nombre se conoce a un tubo acodado que se utiliza para bucear a poca profundidad”.

Monitor 2.- “Vamos a explicar el motivo por el que la mayoría de los tubos no llegan a

superar el metro de longitud, son mucho más cortos, normalmente alrededor de 30 cm”.

Monitor 1.-  “Para ello, vamos a echar mano de la fórmula Presión = Fuerza/Área”

Monitor 2.-  “Cuanto mayor es el área, menor es la presión y viceversa, cuando menor es el área, mayor es la presión. Quizá se entienda mejor si los términos de la fórmula los equiparamos a Cociente= Dividendo/ Divisor “ (En una pizarra)

Monitor 1.- Imagina que estás patinando sobre un estanque helado y alguien se cae a través del hielo.  ¿Cómo te acercas al agujero? ¿Andando sobre el hielo?

Monitor 2.- No, te tumbas boja abajo y te arrastras lentamente. Distribuyendo la fuerza de tu cuerpo sobre el hielo, así será mucho menos probable que se rompa.

Monitor 1.-  Veamos, (enseñando la silueta de un pie), si la superficie de un pie, de persona adulta, es de 250 cm² y ésta pesara 70Kg, dicha persona de pie con  los dos pies apoyados sobre el hielo ejercería una presión sobre el hielo de 1400 kilogramos por metro cuadrado (1400 kg/m²).

Monitor 2.-

Estas son las operaciones que hemos realizado:

250 * 2 = 500 cm²:10000 = 0,0500 m²(sería la superficie de los dos pies en metros cuadrados) Entonces se ejerce una presión de 70/0,05 kilogramos por metro cuadrado, unos 1400 kg por metro cuadrado. Si levantamos un pie aumentamos la presión hasta 2800 kg/m².

Monitor 1.- Si mides algo más de 1,80 metros, y te tumbas sobre el hielo distribuyes los 70 Kg sobre unos 8000 cm², alrededor de unos 0,8 m² tu cuerpo ejerce entonces una presión  de solo 87,5 kilogramos por metro cuadrado, una treinta y dos veces menos que cuando lo hacía sobre un solo pie.

Monitor 2.-

(Antonio), entremos en materia… Ya sabes que, aunque el aire no es un material muy pesado, la enorme cantidad de aire atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra hace que su peso total sea lo suficientemente grande como para que la presión que ejerce sobre ese punto tenga una gran magnitud. Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire atmosférico, recibe el nombre de presión atmosférica, que puede cifrarse en 1,03 kg/cm² o 1 atmosfera (unidad de presión).

Monitor 1.-  Para entenderlo mejor, si  el  área de mi mano es de 150 cm², existe  una fuerza de 150 kg, aproximadamente,  que la empuja hacia abajo. Como la presión que ejerce el aire lo hace por todos lados, por ello la fuerza neta sobre ella es nula., pues ya sabéis que los sólidos generan presión solo hacia abajo. Los líquidos generan presión hacia todos sus costados y hacia abajo. Y los gases generan presión por todo su derredor; o sea, hacia arriba, hacia todos sus costados y hacia abajo, por la propiedad más importante que los caracteriza: tienden a ocupar todo el espacio que los contiene.

Monitor 2.-  Si ahora detenemos nuestro estudio sobre el pecho, la superficie es aproximadamente de 1000 cm², por tanto la fuerza neta que ejerce sobre el la presión atmosférica es de 1000 kg: una tonelada métrica. No se hunden mis pulmones porque la presión en el interior de ellos también es  de  1 atmosfera, de ahí que no haya diferencia entre la de fuerza de fuera y la de dentro.

Monitor 1.-  La presión causada sólo por un líquido se llama presión hidrostática, que en  latín significa “agua en reposo”. La presión total bajo la superficie de un líquido es igual a la presión atmosférica (encima del agua), más la presión hidrostática (bajo la superficie del agua).
Monitor 2.-  Si estamos debajo del agua, no supone ningún problema exhalar el aire (el la presión del agua hunde mis pulmones), pero al inhalar aire, tengo que expandir mi pecho y si la presión hidrostática es demasiado alta, porque estoy a demasiada profundidad, simplemente no tengo fuerza muscular para vencer dicha diferencia de presión, y no puedo aspirar más aire. La diferencia es exactamente la presión hidrostática.

Monitor 1.- ¿Hasta qué profundidad sería capaz de poder llegar? Veamos cómo poder averiguarlo.  Hemos ideado el siguiente aparataje (lo describimos)…

Si soplo por el extremo derecho del tubo, hago que el líquido ascienda por el lado izquierdo de la U. La distancia vertical  que consiga al empujar el líquido hacia arriba me indicará a qué profundidad seré capaz de bucear,  ¿Por qué? Hemos simulado un snorkel, la presión  ejercida con mis pulmones para contrarrestar la presión hidrostática del agua, ha conseguido que baje la misma distancia en el lado derecho, que la subida en el izquierdo, con lo que se ha desplazado la columna apenas unos 100 centímetros en vertical, un  metro.  

Monitor 2.-  Resulta que esta es la máxima distancia a la que podemos descender si queremos seguir respirando a través del tubo, un mísero metro. Y , además, sólo podemos hacerlo durante unos pocos segundos. Este es el motivo por el que la mayoría de los tubos son mucho más cortos, normalmente alrededor de 30 cm.

Monitor 1.- Puede que te preguntes cuánta fuerza se ejerce sobre tu pecho cuando te sumerges para hacer snorkel. A un metro de profundidad la presión hidrostática asciende a una décima de atmósfera, o a una décima de kilogramo por centímetro cuadrado.

Si la superficie de tu pecho es de unos 1000 cm², así que la fuerza sobre tu pecho es de alrededor de 1100 kg, y la fuerza sobre la pared interior de tu pecho, debida a la presión del aire en tus pulmones, es de unos 1000 kg. Por lo tanto una diferencia de presión de una décima parte de atmósfera se traduce en una diferencia  de fuerza de 100 kilogramos.

A 10 metros de profundidad, la presión hidrostática sería de una atmósfera entera, un kilogramo por centímetro cuadrado de superficie; y la fuerza sobre tu pecho sería de 1000 kilogramos (una tonelada) mayor que la fuerza hacia afuera debida a la presión de una atmósfera en tus pulmones.

Esta es la razón por la que los buscadores de perlas asiáticos, algunos de los cuales descendían con frecuencia a 30 metros, se jugaban la vida a esas profundidades, que sin poder respirar debían contener el aliento, cosa que solo podían hacer durante unos pocos minutos.

Monitor 2.- Ahora se puede valorar el logro de la ingeniería que supone un submarino. Sólo a 10 metros de profundidad, la diferencia de presión sería de 10 000 kilogramos por m². La profundidad máxima que alcanzan es la mejor guardada, pero si llegan a los 1000 m, donde la presión hidrostática es de 100 atmósferas, un millón de kilogramos por metro cuadrado, por lo que los materiales de su construcción son los aceros de mejor calidad o incluso el titanio.