Trabajo de hidrostática segunda parte: Ludión o diablillo de Descartes

La historia del submarino está muy ligada a inventores españoles: Narcís Monturiol construyó en 1867 el primer submarino con motor de combustión, y otro español, Isaac Peral, construyó el primer submarino militar completamente útil en 1888 (véase foto).

Para entender el funcionamiento del submarino vamos a comenzar por un aparato de Física denominado «ludión o diablillo de Descartes», que no tuvo interés práctico hasta que se aplicó al submarino.

El funcionamiento del diablillo de Descartes se basa en los principios de Arquímedes y de Pascal.

Material necesario:

El diablillo: Un recipiente abierto tan sólo por un extremo, debe caber por la boca de la botella. Resultan ideales los frascos de muestra de perfumes.

La botella: Una botella de plástico transparente de litro y medio. Debe ser lo suficientemente flexible para poder ser presionada una vez llena.  La botella con tapón de rosca, que debe cerrar herméticamente incluso cuando la botella está llena a rebosar.

Agua corriente para llenar completamente, a rebosar, la botella.

Procedimiento:

  1. Llena la botella de agua completamente hasta rebosar. Asegúrate de que el menisco del agua sobresale por el cuello de la botella.
  2. Introduce el diablillo (frasco de perfume) vacío (lleno de aire) en la botella con la abertura hacia abajo. Debe realizarse lentamente y con cuidado, de forma que no rebose más agua de la necesaria, ya que si quedan burbujas de aire en la botella será más complicado realizar la experiencia. En caso necesario, puede añadirse agua para suplir posibles pérdidas.
  3. Cerrar la botella herméticamente con su tapón original. De nuevo, debe tenerse especial cuidado en no dejar burbujas de aire dentro de la botella (fuera del diablillo).
  4. Presionar firmemente los laterales de la botella. Si todo va bien, observaras como el diablillo se llena de agua y se hunde en la botella.

Cuestiones para reflexionar

¿Cuándo flotan los cuerpos? ¿Cuándo se hunden los cuerpos?

¿Qué dos fuerzas actúan sobre el ludión? ¿Qué o quién ejerce estas fuerzas? ¿De qué depende cada una de estas fuerzas? Indica su dirección y su sentido.

¿Cuál es mayor cuando no presionamos la botella? ¿y cuando la presionamos y el diablillo se hunde? ¿y cuando presionamos y el diablillo se queda en equilibrio a la mitad de la botella?

Recuerda los estados de la materia y cómo se encuentran las partículas en ellos. ¿Qué les sucede a las partículas de aire y de agua al presionar la botella?

densidad del aire=1,3 Kg/m3

densidad del agua=1000 Kg/m3

Cuando presionamos la botella, el aire atrapado en el tubito recibe esa presión y se comprime, disminuye su volumen y penetra más agua en el tubito por su fondo abierto, hasta que se va al fondo. Y cuando dejamos de presionar sucede lo contrario, el aire del tubito se expansiona y expulsa agua de la parte inferior del tubito invertido hasta que asciende hasta la superficie.

También se puede explicar, a partir de la experiencia del diablillo de Descartes, por qué los peces flotan.

¿Por qué se comprime el aire del diablillo cuando apretamos?  ¿Qué sucede al aplicar presión en un punto de un líquido? ¿A dónde y como se transmite?

TRABAJO FINAL

Deben explicar los principios de Arquímedes y Pascal con el diablillo de Descartes. Recuerden usar vocabulario científico. No se trata solamente de que digan los principios, se trata de que expliquen cómo podemos observar que se cumplen en este experimento. Las cuestiones para reflexionar propuestas les pueden ayudar a preparar la exposición. También deben explicar un ejemplo que funcione igual que el diablillo de Descartes.

Aquí haremos una exposición oral. Deben repartir el tiempo más o menos equitativamente entre todos los miembros del grupo. Se debe enviar, previamente, por correo electrónico, el contenido de la exposición en formato PDF.

Pueden proyectar, si lo desean, un vídeo con lo que sucede en la experiencia, para que sus compañeros lo vean mejor mientras explican. También pueden proyectar imágenes relacionadas con el ejemplo que van a comentar.

EVALUACIÓN

MUJERES A BORDO

En 1995 la Armada Real Noruega se convirtió en la primera del mundo en designar a una mujer capitán de un submarino. En 1998, la Armada Real Australiana se convirtió en la segunda en permitir que las mujeres sirvieran en submarinos de combate. Canadá y España le siguieron. Las razones dadas comúnmente para excluir a las mujeres son la falta de privacidad y los «camastros calientes», una práctica común en los submarinos, donde tres marineros comparten dos camastros por turnos para ahorrar espacio. La armada estadounidense, que permite a las mujeres servir en casi cualquier otro buque de su flota, sólo permite su presencia en submarinos militares bajo contadas excepciones, argumentando que las condiciones de semi segregación que aplica al personal femenino en los buques supondría un coste de unos 300.000 dólares por camastro.

¿Cómo soportan la presión los grandes submarinos?

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