A temperatura ambiente es líquida, inodora, insípida e incolora, aunque adquiere una leve tonalidad azul en grandes volúmenes, debido a la refracción de la luz al atravesarla, ya que absorbe con mayor facilidad las longitudes de onda larga (rojo, naranja y amarillo) que las longitudes de onda corta (azul, violeta), desviando levemente estas últimas, provocando que en grandes cantidades de agua esas ondas cortas se hagan apreciables.
Se considera fundamental para la existencia de la vida. No se conoce ninguna forma de vida que tenga lugar en su ausencia completa.
Es el único compuesto que puede estar en los tres estados (sólido, líquido y gaseoso) a las temperaturas que se dan en la Tierra. Se halla en forma líquida en los mares, ríos, lagos y océanos; en forma sólida, nieve o hielo, en los casquetes polares, en las cumbres de las montañas y en los lugares de la Tierra donde la temperatura es inferior a cero grados Celsius; y en forma gaseosa se encuentra formando parte de la atmósfera terrestre como vapor de agua.
Es el compuesto con el calor latente de vaporización más alto, 540 cal/g (2,26 kJ/g) y con el calor específico más alto después del litio, 1 cal/g (4,18 J/g).
Agua en la Tierra
Origen del agua
Los científicos piensan que los constituyentes químicos del agua (oxígeno e hidrógeno) deben haber existido en la nube primitiva que dio origen a nuestro Sistema Solar, hace alrededor de 4.500 millones de años.
El entonces joven Sistema Solar estaba lleno de escombros y, cuando muchos de estos trozos de material planetario chocaron contra nuestro planeta, pudieron iniciar un proceso en el cual el hidrógeno y el oxígeno congelados se vaporizaron, liberándose así en la atmósfera terrestre.
Una vez que ambos elementos estuvieron presentes en la Tierra, lo demás tuvo que ser simple. El hidrógeno es un elemento fácilmente inflamable y, cuando se quema en presencia del oxígeno, se une con este último elemento. Cuando el oxígeno y el hidrógeno se combinan en proporciones adecuadas (para ser exactos, un átomo de oxígeno por cada dos de hidrógeno) entonces lo que resulta es vapor de agua.
Actualmente existe cierta evidencia que respalda a esta teoría. Se sabe que las rocas del manto terrestre contienen agua en una buena proporción. En la superficie de nuestro planeta, las emisiones volcánicas contienen una gran cantidad de vapor de agua. Algunos científicos afirman que esta adición de agua a la atmósfera terrestre puede aún llegar a ser mayor, en la medida que los volcanes liberen más vapor de agua en el aire.
La teoría anterior es muy aceptada y ha sido ampliamente investigada. Pero existe otra, más reciente, que sugiere que una buena parte del agua terrestre pudo haber sido traída por los cometas que fueron capturados por la gravedad terrestre, y que terminaron por impactarse contra nuestro planeta.
Es un hecho comprobado que, durante toda su historia, el planeta en el cual vivimos ha sufrido colisiones de meteoritos en repetidas ocasiones. Los meteoritos, debido a la gran cantidad de energía de movimiento que poseen, se vaporizan completamente al impacto; de esta manera, pudieron inyectar hidrógeno y oxígeno a la atmósfera terrestre.
Según cálculos recientes, no serían necesarios muchos meteoritos para justificar la cantidad de agua que posee nuestro planeta.
Como ha ocurrido en muchas ocasiones a lo largo de la historia de la ciencia, el origen verdadero del agua en la Tierra probablemente tenga que ver con ambas ideas. Como los procesos ya referidos no se excluyen mutuamente, los dos pueden ser responsables del agua que existe actualmente en nuestro planeta.
Fuente de agua.La Tierra fue un lugar extremadamente caliente, de manera que su atmósfera pudo contener una cantidad mayor de vapor de agua. Pero eventualmente nuestro planeta se fue enfriando y el vapor comenzó a condensarse. Fue así como la Tierra experimentó la tormenta más intensa de su historia. Desde entonces, el agua que posee nuestro planeta ha sido la misma, y se ha ciclado de la tierra al aire y viceversa una y otra vez durante más de 3.000 millones de años.
Importancia y distribución
El agua es fundamental para todas las formas de vida conocida. Los humanos consumen agua potable. Los recursos naturales se han vuelto escasos con la creciente población mundial y su disposición en varias regiones habitadas es la preocupación de muchas organizaciones gubernamentales.
El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie de la Tierra, pese al área por la cual se extiende, la hidrósfera terrestre es comparativamente bastante escasa, para dar un ejemplo citado por Jacques Cousteau: si se sumergiera una bola de billar en agua y se la quitase la película de humedad que quedaría inmediatamente tras ser sacada, sería proporcionalmente mayor que la de todos los océanos. A pesar de que es una sustancia tan abundante, sólo supone el 0,022% de la masa de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia en prácticamente cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.
El 97 por ciento es agua salada, la cual se encuentra principalmente en los océanos y mares; sólo el 3 por ciento de su volumen es dulce. De esta última, un 1 por ciento está en estado líquido, componiendo los ríos y lagos. El 2% restante se encuentra en estado sólido en capas, campos y plataformas de hielo o banquisas en las latitudes próximas a los polos. Fuera de las regiones polares el agua dulce se encuentra principalmente en humedales y, subterráneamente, en acuíferos. Hacia 1970 se consideraba ya que la mitad del agua dulce del planeta Tierra estaba contaminada.
El agua representa entre el 50 y el 90% de la masa de los seres vivos (aproximadamente el 75% del cuerpo humano es agua; en el caso de las algas, el porcentaje ronda el 90%).
En la superficie de la Tierra hay unos 1.360.000.000 km3 de agua que se distribuyen de la siguiente forma:
1.320.000.000 km3 (97,2%) son agua de mar.
40.000.000 km3 (2,8%) son agua dulce, de los cuales:
25.000.000 km3 (1,8%) como hielo.
13.000.000 km3 (0,96%) como agua subterránea.
250.000 km3 (0,02%) en lagos y ríos.
13.000 km3 (0,001%) como vapor de agua.
A estas cantidades hay que sumarle la que forma parte de la composición del manto, la zona terrestre que representa un 84% del volumen planetario. Parte de esta agua alcanza la superficie tras separarse de las masas subterráneas de magma (agua juvenil) o en forma de vapor, junto a otros volátiles, durante las erupciones volcánicas. Este proceso, que llamamos desgasificación del manto, compensa permanentemente, y lo hará mientras no cese la dinámica interna planetaria, la pérdida de agua por fotólisis en la alta atmósfera; allí, los átomos de hidrógeno liberados tienen a perderse en el espacio. El día que el planeta no contenga ya calor suficiente para mantener la tectónica de placas y el vulcanismo, esa pérdida paulatina terminará por convertir su superficie en un desierto universal.
Ciclo del agua
Nubes.Artículo principal: Ciclo del agua
El agua toma diferentes formas en la Tierra: vapor y nubes en el cielo, olas y témpanos de hielo flotante en el mar, glaciares en las montañas, acuíferos en el suelo, por nombrar algunos. A través de la evaporación, precipitación y escorrentía el agua se encuentra en continuo movimiento, fluyendo de una forma a otra en lo que es llamado el ciclo del agua.
Debido a la gran importancia de la precipitación para la agricultura y la humanidad en general, recibe diferentes nombres en sus diferentes formas: mientras que la lluvia es común en la mayoría de los países del mundo, otros fenómenos resultan sorprendentes al verlos por primera vez: granizo, nieve, neblina o rocío por ejemplo. Cuando se iluminan, las gotas de agua en el aire pueden refractar los colores del arco iris.
De manera similar, la escorrentía ha jugado un papel importante en la historia: los ríos y la irrigación acarrean el agua necesaria para la agricultura. Los ríos y los mares ofrecen oportunidades para el viaje y el comercio. Por la erosión, la escorrentía tuvo un papel importante en el moldeo del entorno, formando valles que proveen de tierra rica y suelo nivelado para el establecimiento de lugares poblados.
El agua también se infiltra en el suelo hasta los acuíferos. Esta agua subterránea fluye después hasta la superficie en bocas de agua y pozos naturales, o más espectacularmente en géiseres. Este agua también se puede extraer artificialmente con norias y manantiales.
Porque el agua puede contener muchas sustancias diferentes, puede saber u oler de formas distintas. De hecho, el desarrollo de los sentidos permite evaluar la potabilidad del agua.
Tratamiento y contaminación
Tratamiento del agua
Artículo principal: Tratamiento de aguas
En uno de los procesos básicos de purificación y tratamiento del agua que se realiza en plantas industriales, agregando hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio, que son agentes coagulantes; esto forma hidróxido de aluminio, que es más conocido como flóculo, que queda flotando en el agua. Este proceso se denomina floculación.
Para limpiar las aguas negras o residuales se utiliza un tratamiento primario de aguas negras que elimina parte de los sólidos en forma de lodos. El efluente tiene una enorme demanda biológica de oxígeno (DBO) y a menudo se agota todo el oxigeno disuelto en el estanque y se inicia la descomposición anaeróbica. El efluente de una planta de tratamiento primario contiene mucha materia orgánica disuelta y suspendida.
Una planta de tratamiento secundario de aguas negras hace pasar el efluente de la planta de tratamiento primario por filtros de arena y grava, en este paso hay cierta aireación y las bacterias aeróbicas convierten la mayor parte de la materia orgánica en materias inorgánicas estables. Las aguas negras se depositan en tanques y se airean con potentes ventiladores, lo cual provoca la formación de floculos que sirven para filtrar y absorber contaminantes. Las bacterias aeróbicas convierten el material orgánico en lodos y partes de él se reciclan para mantener funcionando el proceso. El lodo eliminado se almacena en amplios terrenos, se vierten al mar o se queman (algunas veces son utilizados como fertilizantes).[cita requerida]
Contaminación del agua
Artículo principal: Contaminación hídrica
El estado natural del agua puede ser afectado por procesos naturales; por ejemplo: los suelos, las rocas, algunos insectos y excrementos de animales. Otra forma como se puede cambiar su estado natural es artificialmente, fundamentalmente, por causas humanas; por ejemplo: con sustancias que cambien el pH y la salinidad del agua, producidas por actividades mineras.
La contaminación del agua ocurre en poblaciones que no tienen desagües, sistemas de disposición de excretas o deficientes procesos de recogida y almacenaje de desechos; y arrojar basuras y aguas fecales (o servidas) a los ríos.
Otra causa es el exceso de nutrientes: fertilizantes vertidos en agua, especialmente los compuestos por fósforo y su derivados, hacen que originen algas en exceso, impidiendo la entrada de luz solar al lago o laguna, y la muerte de los peces. Sustancias tóxicas, como los metales pesados (plomo y cadmio), generan bioacumulación. Los residuos urbanos (aguas negras o aguas servidas), que contienen excrementos, también generan contaminación.
Agua como recurso y humanidad
El agua en la vida diaria
Una gota de agua en un grifo, ejemplo de uso de agua en la vida diaria
Agua utilizada en una fuenteTodas las formas de vida conocidas dependen del agua. El agua es parte vital de muchos procesos metabólicos en el cuerpo. Cantidades significantes de agua son usadas durante la digestión de la comida. Sin embargo, algunas bacterias y semillas de plantas pueden entrar a un estado criptobiótico por un período de tiempo indefinido cuando se deshidratan, y vuelven a la vida cuando se devuelven a un ambiente húmedo.
Cerca del 72% de la masa libre de grasa del cuerpo humano está hecha de agua. Para su adecuado funcionamiento nuestro cuerpo requiere entre uno y tres litros de agua diarios para evitar la deshidratación, la cantidad precisa depende del nivel de actividad, temperatura, humedad y otros factores. El cuerpo pierde agua por medio de la orina y las heces, la transpiración y la exhalación del vapor de agua en nuestro aliento.
Los humanos requieren agua pobre en sales y otras impurezas. Entre las impurezas también se cuentan sustancias químicas o, en otro sentido, microorganismos perjudiciales. Algunos solutos son aceptables y hasta deseables para un sabor apropiado. El agua adecuada para beber se llama agua potable.
Agua dura
Artículo principal: Agua dura
Existe el tipo de agua llamada agua dura, la cual alberga minerales, como son mayores cantidades de carbonatos de calcio y magnesio y sulfatos principalmente, de sulfuro, azufre y hierro, que lleva en si un tanto del óxido rojizo, más aún es bien empleada en el uso cotidiano, incluyendo el consumo, aunque no tenga la nitidez del agua purificada; por consiguiente, el agua dura, dependiendo de los niveles de minerales, tiene sabor y puede ser ligeramente turbia.
También se debe a la presencia de sales cálcicas y magnésicas cuya presencia (dureza temporal) suele producir depósitos de sarro en las teteras y otras superficies en contacto con el agua dura.
Para "mejorar" sus cualidades y hacer del agua dura, agua que no manche con óxido o con sarro se utilizan ablandadores de intercambio iónico, ablandadores de resina regenerable con sal (ablandador) en aparatos especialmente diseñados para el proceso de ablandamiento.
El agua dura puede ser sacada directamente de pozos, dependiendo de la tierra; por lo general, el agua dura no pertenece a una red citadina de distribución, sino que es un recurso del campo. Una forma de cuantificar la dureza total del agua, es sumar la dureza cálcica (concentración de masa de cationes cálcicos Ca2+ en el agua) y la dureza magnésica (concentración de masa de cationes magnésicos Mg2+ en el agua). Mientras más alto el valor de la dureza total, más dura es el agua.
Uno de los métodos más modernos para purificar agua es la ósmosis reversa o inversa.
Política
Debido al crecimiento de la población humana y otros factores, la disponibilidad del agua potable por persona está disminuyendo. Este problema podría resolverse obteniendo más agua, distribuyéndola mejor o desperdiciándola menos.
El agua es un recurso estratégico para muchos países. Se han peleado muchas guerras, como la Guerra de los seis días en el Medio Oriente, para poder obtener un mejor acceso al agua. Se prevé más problemas de este tipo en el futuro por la creciente población humana, contaminación y calentamiento global.
El World Water Development Report (informe mundial del desarrollo del agua) de la Unesco (2003) de su World Water Assessment Program (Programa mundial para la estimación del agua) indica que en los próximos 20 años, la cantidad de agua disponible para todos decrecerá en un 30%. El 40% de los habitantes del mundo actualmente no tiene la cantidad mínima necesaria para el mínimo aseo. Más de 2,2 millones de personas murieron en el año 2000 por enfermedades relacionadas con el consumo de agua contaminada o por ahogamiento. En 2004 el programa de caridad enfocado al agua WaterAid del Reino Unido informó que un niño muere cada 15 segundos debido a las enfermedades relacionadas con el agua que podrían fácilmente evitarse.
Posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua
Posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua: producir más, distribuirla mejor y desperdiciarla menos. Hervirla y destilarla. Existen otras técnicas más avanzadas, como la ósmosis inversa.
Distribuirla mejor: la distribución del agua se lleva a cabo por medio de los sistemas de agua municipales o como agua embotellada. Algunos países tienen programas para distribuir el agua a los más necesitados libre de cargos.
Cabe también resaltar la preocupación cada vez mayor por sustentar mecanismos de medición del agua que se consume en los países en desarrollo con el fin de tener un mayor control sobre su consumo y sobre el transporte del líquido elemento hacia los consumidores.
Reutilizarla: el agua (H2O) es la misma molécula, tanto en el agua potable como en las aguas servidas, la de las cloacas, para ser claros. La diferencia está, y no es poca cosa, en las sustancias, orgánicas o inorgánicas disueltas y trasportadas en suspensión por ésta. Por lo tanto, el agua puede ser en teoría, reutilizada infinitamente, y de hecho, en eso se basa justamente el "ciclo del agua". Por lo tanto, si el agua la devolviéramos a la naturaleza, en un estado de pureza suficiente para que los mecanismos naturales de depuración pudieran limpiarla, la disponibilidad del recurso hídrico mejoraría.
Desde un punto de vista político, el agua podría llegar a ser declarado un derecho humano, [1] y algunos países como Uruguay o España han dado pasos en ese sentido al declararlo un bien colectivo [2] o de dominio público.
lunes, 16 de marzo de 2009
Fluidos
Fluidos ideales
El movimiento de un fluido real es muy complejo. Para simplificar su descripción consideraremos el comportamiento de un fluido ideal cuyas características son las siguientes:
1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido
2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo
3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece constante con el tiempo
4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.
Ecuación de la continuidad
Consideremos una porción de fluido en color amarillo en la figura, el instante inicial t y en el instante t+Dt.
En un intervalo de tiempo Dt la sección S1 que limita a la porción de fluido en la tubería inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la derecha es Dm1=r·S1Dx1=rS1v1Dt.
Análogamente, la sección S2 que limita a la porción de fluido considerada en la tubería superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que el flujo es estacionario la masa que atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, tiene que ser igual a la masa que atraviesa la sección S2 en el mismo intervalo de tiempo. Luego
v1S1=v2S2
Esta relación se denomina ecuación de continuidad.
En la figura, el radio del primer tramo de la tubería es el doble que la del segundo tramo, luego la velocidad del fluido en el segundo tramo es cuatro veces mayor que en el primero.
Ejemplo:
Cuando se abre poco a poco un grifo, se forma un pequeño chorro de agua, un hilo cuyo radio va disminuyendo con la distancia al grifo y que al final, se rompe formando gotas.
La ecuación de continuidad nos proporciona la forma de la superficie del chorrito de agua que cae del grifo, tal como apreciamos en la figura.
La sección trasversal del chorro de agua cuando sale del grifo es S0, y la velocidad del agua es v0. Debido a la acción de la gravedad la velocidad v del agua se incrementa. A una distancia h del grifo la velocidad es
Aplicando la ecuación de continuidad
Despejamos el radio r del hilo de agua en función de la distancia h al grifo.
El movimiento de un fluido real es muy complejo. Para simplificar su descripción consideraremos el comportamiento de un fluido ideal cuyas características son las siguientes:
1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido
2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo
3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece constante con el tiempo
4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.
Ecuación de la continuidad
Consideremos una porción de fluido en color amarillo en la figura, el instante inicial t y en el instante t+Dt.
En un intervalo de tiempo Dt la sección S1 que limita a la porción de fluido en la tubería inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la derecha es Dm1=r·S1Dx1=rS1v1Dt.
Análogamente, la sección S2 que limita a la porción de fluido considerada en la tubería superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que el flujo es estacionario la masa que atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, tiene que ser igual a la masa que atraviesa la sección S2 en el mismo intervalo de tiempo. Luego
v1S1=v2S2
Esta relación se denomina ecuación de continuidad.
En la figura, el radio del primer tramo de la tubería es el doble que la del segundo tramo, luego la velocidad del fluido en el segundo tramo es cuatro veces mayor que en el primero.
Ejemplo:
Cuando se abre poco a poco un grifo, se forma un pequeño chorro de agua, un hilo cuyo radio va disminuyendo con la distancia al grifo y que al final, se rompe formando gotas.
La ecuación de continuidad nos proporciona la forma de la superficie del chorrito de agua que cae del grifo, tal como apreciamos en la figura.
La sección trasversal del chorro de agua cuando sale del grifo es S0, y la velocidad del agua es v0. Debido a la acción de la gravedad la velocidad v del agua se incrementa. A una distancia h del grifo la velocidad es
Aplicando la ecuación de continuidad
Despejamos el radio r del hilo de agua en función de la distancia h al grifo.
jueves, 8 de enero de 2009
Dinamica
La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación a las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema.
El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se desarrollaran los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, dejándose para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no-mecánicos.
El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se desarrollaran los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, dejándose para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no-mecánicos.
viernes, 14 de noviembre de 2008
integrantes
Diego Alberto Camacho Sanchez
Nayeli Diaz Diaz
Paola Anaisa Enciso Gonzales
Joselyne Adriana Gonzales Perez
Gonzalo Martinez Campomanes
Francisco Javier Perez Cruz
Berenice Velazquez Vega
Nayeli Diaz Diaz
Paola Anaisa Enciso Gonzales
Joselyne Adriana Gonzales Perez
Gonzalo Martinez Campomanes
Francisco Javier Perez Cruz
Berenice Velazquez Vega
jueves, 13 de noviembre de 2008
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