El principio de Arquímedes y el hexafluoruro de azufre (o la navegación a vela que no te enseñan en el PER, título de Patrón de Embarcaciones Recreativas)

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Un «barco» flotando en hexafluoruro de azufre parece flotar en el aire. Este gas es 5 veces más denso que el aire y se puede retener en una pecera igual que si fuera agua, aunque a vista «no se vé». No es tóxico pero es un gas de efecto invernadero, con consecuencias para el Cambio Climático.

«El hexafluoruro de azufre, SF6, un átomo de azufre unido a 6 átomos de flúor, es un gas sintético de elevada energía de formación, 262 kcal/mol, altamente estable, que se descompone a partir de los 500 ºC. A temperatura ambiente es un gas pesado, de densidad próxima a 5, inodoro, incoloro y no tóxico. La molécula es simétrica e inerte, estando formada por un átomo de azufre en el centro y seis átomos de flúor a su alrededor, con enlaces covalentes saturados. [Se utiliza para generar arcos eléctricos en ciertas herramientas de corte]

dibujo17febrero2008velero.jpg«El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.» La mayoría de las embarcaciones son huecas por dentro (contienen aire, fluido 800 veces más ligero que el agua) con lo que desplazan un gran volumen de agua, siendo su peso mucho menor. En un barco esta fuerza de flotabilidad se aplica sobre el llamado centro de flotabilidad (centro de empuje) que no coincide con el centro de gravedad (donde se aplica la fuerza del peso del navío). En un velero la quilla y las velas (velámen) hacen que el centro de flotabilidad tenga una posición «efectiva» que mejora la estabilidad cuando el navío está inclinado.

dibujo17febrero2008bernoulli.jpgPara determinar la estabilidad hay que determinar el centro de gravedad del buque (fácil, pero depende de la carga) y el centro de flotabilidad (cuya posición cambia con la inclinación de la nave y depende de la forma (sección transversal) del casco). Para que un buque sea estable, el par que ejercen estas dos fuerzas debe tender a recuperar la verticalidad del buque. En los veleros con palo muy alto, sometidos a fuertes inclinaciones por el viento, llevan un gran contrapeso en la quilla, que sitúa el centro de gravedad del conjunto en una posición inferior al centro de flotación, con lo que la estabilidad está asegurada (más sobre navegación).

Más información sobre la física de la navegación a vela. Atención a la foto de Albert Einstein, el marinero.

¿Pero cómo puede un velero navegar en contra del viento? Simplificando, el principio de Bernoulli puede explicarlo fácilmente, considerando que la vela actúa como el ala de un avión. Cuando el aire fluye por un lado de la vela genera presión sobre ella, que atada a las vergas, se infla, mientras que el aire fluyendo por el otro lado se mueve más rápido (recorre una longitud mayor), por lo que genera una presión menor sobre la vela, con lo que ésta recibe una fuerza que es perpendicular a la dirección del viento. Gracias a la quilla y al rozamiento del barco con el agua, se componen estas fuerzas y el resultado combinado puede empujar al barco en dirección perpendicular al viento. Un diagrama de fuerzas es sencillo (se puede ver aquí, donde también ofrecen otra forma de navegar contra el viento).

El motivo de esta entrada, que ya voy a terminar, es que el artículo de Bryon D. Anderson, «The Physics of Sailing,» Physics Today — February 2008, es gratis. Si lees inglés y te interesa este tema, te recomiendo encarecidamente su lectura.



0 Comentarios

  1. Gracias por el comentario Wedolin. Las primeras entradas de este blog, con un WordPress más primitivo que el actual, tenían grandes defectos en la presentación de las imágenes, que además no eran todo lo «chachis» que debían. Ahora creo que lo hago mejor. He reformateado la entrada, espero que haya mejorado algo.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 18 febrero, 2008
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Mecánica • Noticias
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