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El principio de Arquímedes:
Los ingenieros que proyectan las presas y obras sumergidas se interesan mucho más por el agua en reposo que por el agua en movimiento. Estos proyectos requieren el conocimiento de la Hidrostática, que es la ciencia de los líquidos en reposo y, con más precisión, de las presiones que éstos ejercen sobre las paredes de los depósitos, sobre los cuerpos flotantes o sobre los objetos sumergidos. Uno de los primeros descubrimientos científicos de Arquímedes tenían relación con la Hidrostática. Gelón, tirano de Siracusa, había recibido de sus joyeros una corona y quería saber si era de oro o si los artesanos que la habían fabricado habían mezclado el oro con otros metales, apropiándose así de cierta cantidad de oro. Arquímedes llegó a la conclusión de que si se sumerge en un recipiente lleno de agua un objeto, desplazaría un volumen de agua igual a su propio volumen. Dedujo también que si la corona fuese sólo de oro, su peso sería distinto que si hubiese sido, por ejemplo, de oro y plata, porque la plata es menos densa que el oro. Por el contrario, a igualdad de peso, una corona de oro tendría un volumen menor que una corona de oro y plata. Introdujo un trozo de oro puro en un recipiente de agua y midió el agua desplazada. Pesó el oro fuera del agua y dividió el peso obtenido por el peso de agua desalojada, obteniendo así el peso específico del oro puro. Repitió este procedimiento con la corona y encontró que ésta tenía un peso específico inferior al del oro puro, demostrando que la corona estaba hecha de una mezcla de metales.
Flotabilidad de un buque:
Es una consecuencia directa del principio de Arquímedes. En el caso de las embarcaciones y agua de mar, el empuje que experimenta el casco hacia arriba (fuerza que lo mantiene a flote), es igual al peso del agua desplazada.
Si la embarcación fuera totalmente maciza, la densidad del material debería ser inferior a la del agua para asegurar su flotación (por ejemplo, determinadas maderas). Sin embargo, la práctica totalidad de las embarcaciones son huecas por dentro (contienen aire, fluido casi 800 veces más liviano que el agua), con lo que desplazan un gran volumen de agua, siendo su peso mucho menor. De esta forma pueden construirse buques de acero (casi 8 veces más denso que el agua) sin que se hundan, salvo si se rompe el casco y su interior se llena de agua.
La estabilidad de un buque:
Está relacionada con la capacidad de un cuerpo que flota por recuperar la verticalidad cuando se ha desplazado de ella. Las embarcaciones deben ser estables, manteniendo la cubierta y el puente en la parte superior, mientras el casco permanece en contacto con el agua, sin volcarse al primer golpe de ola o la primera perturbación. Para determinar la estabilidad, deben localizarse el centro de gravedad del buque (punto donde se concentra el peso total del buque, muy influido por la colocación de la carga) y el centro de empuje (punto donde se concentra la fuerza de empuje, el cual se mueve con la inclinación del buque y es función de la forma de la 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.
Si se coloca un tronco de árbol en el agua, flotará, pero al estar el centro de gravedad y el centro de empuje siempre en una misma vertical, no se produce ningún par recuperador, y el tronco puede girar libremente sobre sí mismo permaneciendo estable en cualquier posición (es un equilibrio indiferente).
En los buques de casco plano y ancho, la estabilidad es, en general, buena. En los buques de casco alto y centro de gravedad elevado (colocación de cargas muy importante o cargas mal fijadas en pisos superiores) es posible la pérdida de la estabilidad y el vuelco del buque.
Muchos 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 se asegura la estabilidad en todas las situaciones posibles.
Medición de la velocidad del buque. La corredera:
En su forma más simple consiste en una barquilla, un carretel y un contador. La barquilla consiste en una tabla de madera plana, de forma triangular, lastrada para que flote perpendicularmente. A ella va unido el cabo o cordel, marcado con nudos dispuestos a intervalos o espacios de 14,40 m, que parte del carretel. Para averiguar la velocidad de un barco, se arroja al mar la barquilla con el cabo atado y se cuenta el número de nudos que pasan en un lapso de 28 segundos. Como los nudos se encuentran en la misma relación con respecto a una milla marina que los 28 segundos respecto a una hora, si son 4 los puntos contados en 28 segundos, la velocidad de 4 nudos o 4 millas marinas (la milla equivale a 1851,8 metros). En 1834 fue inventada por Edward Massey una corredera provista de un volante rotatorio que, al girar en el agua, registraba la velocidad en un disco, pero no llegó a generalizarse su uso; sin embargo, correderas de tipos más o menos parecido acabaron por desplazar a la vieja barquilla, excepto en las embarcaciones pequeñas. En la mayoría de los buques modernos puede calcularse su velocidad por el número de revoluciones del eje de la hélice.
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Económico e imposible móvil perpetuo de segunda especie:
Barco que navegaría sin combustible a base de quitar calor al agua del mar. El proceso teórico consistía en tomar agua del océano, pongamos que a 12 grados, y después devolverla de nuevo al mar, por ejemplo a 6 grados, después de transformar en energía el calor que se había sustraído al agua... El engaño que nos plantea este mecanismo es algo sutil, porque se trata de un ingenio absolutamente leal al primer principio de la termodinámica, que afirma que la energía del universo es constante, es decir que no se crea ni se destruye. El imaginario barco utilizaría para moverse únicamente energía que se toma del mar, y que el mar puede luego recuperar del Sol. ¿Cuál es entonces el problema? Que en la práctica existen unas limitaciones a la hora de convertir el calor en trabajo. Y en este caso concreto, consiste en que para quitar calor al mar, hay que poner en contacto con el agua algo que continuamente esté más frío que ella. Para conseguirlo además sería preciso disponer de un sistema refrigerador. Es decir, que para que ese barco del ejemplo funcionase, necesitaríamos una especie de gran nevera que nos consumiría más energía que la obtenida del mar. Existen muchos enunciados del segundo principio de la termodinámica, pero quizás el más sencillo sea afirmar que el calor únicamente pasa de forma espontánea de los cuerpos calientes a los fríos. La respuesta al invento que nos ocupa ya la dio el alemán Clausius a mediados del siglo pasado: "Es imposible construir una máquina que funcione por el sólo hecho de tomar calor de un cuerpo caliente". (Moncho Núñez)
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La plataforma petrolífera Statfjord B:
En agosto de 1981, el objeto artificial más pesado que jamás se ha transportado fue remolcado poco a poco desde los fiordos noruegos hasta el mar del Norte. Nos estamos refiriendo a la plata forma petrolífera Statfjord B, 824.000 toneladas de acero y hormigón, con una altura de casi 200 metros desde los tanques de almacenamiento del fondo basta la plataforma para helicópteros situada en lo alto. Su construcción costó 1.840 millones de dólares.
Se necesitaron cinco remolcadores para tirar de la gigantesca plataforma, y otros tres para controlarla por detrás mientras pasaba a través de los fiordos, algunos de ellos muy estrechos. Una vez en alta mar, los tres remolcadores de atrás se retiraron, y los cinco de delante aceleraron hasta unos tres nudos. Al cabo de cinco días, tras haber recorrido 245 millas náuticas la plataforma llegó a su destino, a 180 kilómetros al oeste de Songefjord, y 185 kilómetros al norte de las islas Shetland. Se bombeó agua en los tanques y se asentó la plataforma en e fondo, a menos de 15 metros de la posición prevista.
La Statfjord B era la estructura más grande construida en un período heroico de la ingeniería marítima. Como las plataformas petrolíferas del mar del Norte están tan aisladas y gran parte de su estructura se encuentra por debajo de la superficie, pocas personas se hacen una idea aproxima da de lo enormes que son. Desde el fondo del mar hasta lo más alto de la torre de perforación, la Sratfjord B tiene una altura de 271 metros, casi el doble que la gran pirámide de Keops y no muy por debajo de los 300 metros de la torre Eiffel. Pesa casi 115 veces más que esta última, nueve veces más que los mayores buques de guerra (los portaaviones del tipo Nimitz) y tres veces más que cada una de las torres del World Trade Center de Nueva York, el edificio de oficinas más grande del mundo. En tierra firme, un objeto semejante despertaría un enorme interés; en medio del mar del Norte, permanece casi ignorado.
La Statfjord B es una plataforma de gravedad, asentada sobre el fondo del mar por su propio e inmenso peso. La base consiste en 24 tanques de hormigón armado, construidos en un dique de carena de Stavanger. Sobre ellos se alzan cuatro patas huecas, también de hormigón. Y encima está montada una estructura de acero, la plataforma propiamente dicha, que pesa 40.000 toneladas, y que incluye todo el equipo necesario para perforar los pozos y producir 150.000 barriles de petróleo al día, más un hotel con 200 camas, donde viven los trabajadores, y un helipuerto en lo alto.
La base y la plataforma se construyeron por separado, y después se acoplaron en el mar, en una operación que exigía precisión absoluta. Las dos piezas se transportaron luego, flotando sobre barcazas, hasta Irkefjorden, un fiordo resguardado y de aguas profundas. El extremo superior de las cuatro patas debía acoplarse a cuatro tubos cortos que sobresalían del fondo de la plataforma. La maniobra más difícil consistía en situar la plataforma en posición exacta sobre la base hundida, y añadir lastre a las barcazas para hacer descender la plataforma, mientras al mismo tiempo se elevaba la base, extrayendo el agua de los tanques de almacenamiento. Manejar masas tan enormes con tanta exactitud y en el mar es una tarea que exige nervios bien templados. Las fuerzas de la inercia son tan tremendas que el más ligero error puede provocar un choque entre las dos gigantescas masas que arranque enormes fragmentos de hormigón. Pero en menos de 37 horas se había conseguido transferir a la base todo el peso de la plataforma, uniendo las dos partes con más de 100 pernos de 10 centímetros.
Operaciones de asentamiento:
Tampoco resultó fácil instalar la plataforma en su emplazamiento definitivo. Una vez situada por el remolcador, se bombeó agua en los tanques de lastre para hundir la plataforma hasta el fondo del mar. El borde de acero que rodea la base penetró casi cuatro metros en el fondo al asentarse la plataforma. Seis remolcadores situados en círculo tiraban de la plataforma hacia afuera para mantenerla en posición mientras se añadía lastre. La operación se controló por medio de más de 100 sensores y aparatos de medición.
En cuanto el borde empezó a penetrar en el fondo del mar, se bombeó agua desde abajo, y por último se rellenaron los pequeños huecos existentes entre la base y el fondo del mar, bombeando hormigón. El resultado es una plataforma instalada en posición correcta y que se desvía menos de un grado de la verticalidad. Es capaz de resistir los peores ataques que el mar del Norte pueda lanzar contra ella -olas de 30 metros de altura y vientos de más de 160 kilómetros por hora- sin oscilar ni un centímetro. Las plataformas como la Statfjord B son mundos aparte, universos de ruido y energía en incesante actividad, Las turbinas de gas generan suficiente electricidad para abastecer a una ciudad pequeña, y por dentro de las enormes patas de hormigón corre un laberinto de tubos y cables de increíble complejidad. Dos de las patas de Statfjord B se utilizan para perforar los 32 pozos, que no descienden en vertical, sino que se curvan en amplias parábolas para llegar a todos los rincones del campo petrolífero. Otra de las patas, donde se encuentran las bombas y las entradas de los conductos, consta de 13 plantas separadas, comunicadas mediante ascensores.
Si alguien mirase hacia arriba desde las turbias y oleosas aguas del fondo, a cientos de metros bajo la superficie del mar, se sentirla, como ha escrito el poeta Al Alvarez, «como en el fondo de una de las prisiones imaginarias de Piranesi: un enorme y tenebroso espacio cerrado, con pasillos, galerías y extrañas y ominosas maquinarias, todo ello desproporcionado para las dimensiones humanas».
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► La aberración y el gallardete (1728):
El astrónomo inglés James Bradley estaba intrigado por el desplazamiento aparente de la posición de una estrella como resultado del movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Bradley encontró la explicación de este fenómeno, conocido como aberración, durante una travesía por el río Támesis, en 1728. El astrónomo notó que el gallardete de la punta del mástil cambiaba de dirección de acuerdo con los movimientos relativos del barco y del viento, y no solamente de la dirección de este último. En este instante se percató de la importancia del principio de la aberración de la luz.
► Con el propósito de conseguir desempeños óptimos y superioridad técnica los diseños de barcos de guerra son fruto de incesantes pruebas. El marino Jaime Janer (1884-1924), empeñado en contribuir al renacimiento de la Armada, se aplicó en el conocimiento experto de armas submarinas (minas y torpedos), explosivos y dispositivos eléctricos. Al describir los estudios que abordó, el historiador Agustín Ramón Rodríguez habla de la necesidad de ampliar conocimientos en las disciplinas anejas de Física, Matemáticas y Aerodinámica.
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