ciclo, mar salado y flotación
Bloque Carbono y energía · El agua
Tres cosas que parecen no cerrar. Pensá una respuesta para cada una antes de seguir.
Las tres se responden con dos ideas de esta clase: cuando el agua se evapora, deja atrás lo que tenía disuelto; y que algo flote o se hunda depende de la densidad del líquido.
El agua del planeta no se crea ni se gasta: circula entre reservorios (océanos, hielos, aguas subterráneas, ríos y lagos, atmósfera y seres vivos). Es la misma idea de reservorios y flujos que usamos con el carbono en la clase 3.
Pista: el ciclo es una cadena de cambios de estado. Los que separan moléculas (evaporación, fusión) absorben energía; los que las juntan (condensación, solidificación) la liberan.
¿de dónde sale la energía que mueve el ciclo del agua, y adónde va cuando el vapor se condensa en una nube?
En muchos libros el calor de vaporización del agua aparece en calorías: unas 540 calorías por gramo, a 100 °C. Para pasarlo a joules alcanza con la equivalencia que vas a trabajar en la clase 18: 1 caloría = 4,186 joules.
540 cal/g × 4,186 J/cal ≈ 2 260 J/g = 2 260 000 J/kg
Es la misma cantidad de energía, medida con otra unidad, como medir una distancia en metros o en centímetros.
El sudor usa esa energía para enfriarte: cada gramo que se evapora de tu piel se lleva unos 2 260 joules de tu cuerpo (a la temperatura de la piel, incluso un poco más). Por ejemplo, si en un partido se te evaporan 500 g de sudor, se llevaron unos 500 × 2 260 = 1 130 000 J, que son unas 270 000 calorías, o 270 kilocalorías.
en un día muy húmedo transpirás mucho y, sin embargo, no te refrescás tanto. ¿Por qué?
Las computadoras de los centros de datos, donde funcionan los servicios de internet y la inteligencia artificial, transforman en calor casi toda la energía eléctrica que usan. Muchos centros de datos se enfrían con torres que evaporan agua: el mismo mecanismo que el sudor, a escala industrial.
Esa agua evaporada se va a la atmósfera y vuelve a caer en otro lugar y en otro momento: no vuelve a la canilla de la zona de donde se sacó.
¿es lo mismo generar una imagen con inteligencia artificial porque la necesitás para un trabajo que generar cientos solo para entretenerte? Pensalo con lo que sabés del calor de vaporización.
En octubre de 1972, el avión de la Fuerza Aérea Uruguaya que llevaba a un equipo de rugby a Chile cayó en la cordillera de los Andes. Los sobrevivientes estaban rodeados de nieve, pero no tenían agua para tomar: comer nieve les lastimaba la boca y la garganta.
Adolfo «Fito» Strauch, uno de ellos, sacó las chapas de aluminio del respaldo de los asientos, las dobló como bandejas con un agujero, les puso una capa de nieve y las orientó al sol. El agua de deshielo goteaba dentro de una botella.
La física del invento: fundir hielo cuesta energía, unas 80 calorías por gramo (unos 334 J/g, el calor latente de fusión). Si esa energía la pone tu cuerpo, la perdés. Si la pone el Sol, a través de una chapa de metal que se calienta y conduce bien el calor, el agua sale gratis.
si la nieve ya es agua, ¿por qué era tan importante derretirla afuera del cuerpo y no comerla directamente?
Un iglú está hecho de bloques de nieve compactada y, sin embargo, adentro se está mucho más templado que afuera. La nieve tiene mucho aire atrapado entre sus cristales, y el aire quieto conduce muy mal el calor: la pared funciona como un abrigo. Además, corta el viento.
En Bariloche hay un bar de hielo: las paredes, la barra y hasta los vasos son de hielo, y la sala se mantiene bajo cero. Para entrar te dan una capa térmica y guantes.
si las paredes de un iglú están bajo cero, ¿cómo puede ser que abrigue?
La lluvia, al caer y correr por el suelo, disuelve de a poco minerales de las rocas. Los ríos llevan esos iones disueltos al mar. En el mar el agua se evapora, pero los iones no: se quedan. Después de muchísimo tiempo de este ir y venir, el océano acumuló sal.
Los iones más abundantes del agua de mar son el sodio (Na+) y el cloruro (Cl−), los mismos de la sal de mesa. Y la lluvia es dulce por la misma razón: el vapor que sube del mar es agua sola. La evaporación funciona como una destilación natural.
Sales disueltas en distintas aguas, en gramos por kilogramo de agua. Valores aproximados.
| Agua | Sales disueltas | Por qué |
|---|---|---|
| Lluvia | Casi nada | Viene del vapor, que no lleva sal. |
| Océano (promedio) | Unos 35 g/kg | Sal acumulada durante muchísimo tiempo. |
| Mar Mediterráneo | Unos 38 g/kg | Se evapora más agua de la que le entra por lluvia y ríos. |
| Mar Muerto | Unos 342 g/kg (dato de 2011) | Es un lago sin salida en un clima muy seco: el agua solo se va evaporando. |
Pista: el Mediterráneo es algo más salado que el océano, no muchísimo más. El que es casi diez veces más salado es el Mar Muerto.
¿por qué el Mar Muerto es tanto más salado que el océano, si los dos reciben agua de ríos?
En lugares con poca agua dulce y mucho mar, como varios países de Medio Oriente, se fabrica agua dulce a partir de agua de mar. Hay dos caminos principales:
Los dos métodos dejan un residuo: una salmuera más salada que el mar. Como es más densa, tiende a irse al fondo, y hay que devolverla con cuidado para no dañar a los organismos que viven ahí.
si el mar es enorme, ¿por qué no desalinizamos toda el agua que necesitamos?
La densidad dice cuánta masa hay en cada unidad de volumen. El agua dulce tiene una densidad de casi 1 g/cm³: un litro tiene una masa de casi un kilo.
densidad = masa ÷ volumen
Cuanta más sal tiene disuelta el agua, más densa es: los iones agregan bastante masa y poco volumen.
Densidades aproximadas, en g/cm³.
| Sustancia | Densidad |
|---|---|
| Hielo | 0,92 |
| Agua dulce | 1,00 |
| Agua de mar | 1,025 |
| Agua del Mar Muerto | 1,24 |
| Acero | 7,9 |
Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe una fuerza hacia arriba, el empuje. El principio de Arquímedes dice cuánto vale: el empuje es igual al peso del líquido que el cuerpo desaloja, es decir, del líquido que tuvo que correrse para hacerle lugar.
empuje = peso del líquido desalojado
Sobre un cuerpo en el agua actúan dos fuerzas: su peso, hacia abajo, y el empuje, hacia arriba. Si el cuerpo es más denso que el líquido, ni sumergido entero junta empuje suficiente y se hunde. Si es menos denso, flota: se hunde solo hasta que el líquido desalojado pesa lo mismo que él.
Un huevo crudo se hunde en agua de la canilla. Si disolvés bastante sal, el agua se vuelve más densa que el huevo, el empuje alcanza a igualar su peso antes de que se sumerja entero, y el huevo sube.
Ojo con una confusión frecuente: un cuerpo que flota desaloja siempre el mismo peso de líquido, igual a su propio peso. Lo que cambia con la densidad es el volumen desalojado: en un líquido más denso, ese mismo peso entra en menos volumen, así que el cuerpo queda más afuera. Por eso en el Mar Muerto flotás mucho más alto que en una pileta.
Pista: que un cuerpo flote o se hunda lo deciden las densidades. Cuánto se hunde un cuerpo que flota lo decide cuánto líquido tiene que desalojar para igualar su peso.
El acero es casi ocho veces más denso que el agua: un clavo se hunde sin dudar. Pero un barco no es un bloque macizo de acero: es un casco hueco, lleno de aire. Lo que cuenta es la densidad promedio del barco entero, con su acero, su aire y su carga, y esa densidad promedio es menor que la del agua.
El barco se hunde hasta que el agua que desaloja pesa lo mismo que él. Si le agregás carga, se hunde un poco más, para desalojar más agua. Si le entra agua al casco, el agua reemplaza al aire, la densidad promedio sube y el barco se hunde.
Los barcos de carga llevan pintadas en el casco unas marcas que indican hasta dónde se los puede cargar, y tienen marcas distintas para agua dulce y para agua de mar.
un barco sale de un río de agua dulce y entra al mar. ¿Se hunde más, menos o igual?
Las actividades escritas, las láminas y la autoevaluación están en la página de la clase.
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