PREGUNTAS DE FISICA

1. ¿QUE ESTUDIA LA HIDROSTATICA?

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. La hidrostática estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos.(fluido inmóvil) p=f/a sabiendo que p=presión , f=fuerza y a=área.

2. ¿QUE SE ENTIENDE POR FLUIDO?

Un fluido es cualquier cosa que pueda derramarse si no está en un recipiente (a menos que sea lo suficientemente grande como para mantenerse unido por la gravedad, al igual que una estrella).

 Por ejemplo el agua es un fluido, y también lo es el aire. De hecho, todos los líquidos y gases son fluidos. En el espacio, y dentro de las estrellas, hay un tipo de fluido llamado, called a plasma.

3. ¿EXPLICA LAS SIGUIENTES CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS?

Ø  VISCOSIDAD

Esta propiedad se origina por el razonamiento de unas partículas con otras, cuando un liquido fluye.

Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como: una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. Por ejemplo, si en un recipiente al que se le ha hecho una perforación en el centro, se pone a fluir por separado: miel, leche, agua y alcohol, observamos que las rapidez con que cada líquido fluye es distinta: mientras más viscoso es un líquido, más tiempo tarda en fluir.

El Sistema Internacional, tiene como unidad de viscosidad al poiseville, que se define como: la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido y la velocidad de este, respecto a la superficie, es de un metro por segundo.

1 poiseville: =

En el sistema C.G.S. la unidad de viscosidad usada es el poise, y equivale a la decima parte del poiseville.

1 poise:  =                        1 poiseville: 10 poise

Ø  TENSION SUPERFICIAL

Este fenómeno se presenta debido a la atracción que hay entre las moléculas de un líquido. Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas que están en el interior del líquido se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras pero las moléculas que quedan en la superficie libre del líquido solo son atraídas por las moléculas que están abajo y los lados. Por tanto, la resultante de las fuerzas de atracción que ejercen las moléculas próximas a una molécula que está en la superficie, está dirigida hacia el interior del líquido, lo que da origen a la tención superficial.

Tensión superficial. Las moléculas que se encuentran en la superficie, solo son atraídas por las que estén abajo y a los lados, es tanto que las que están en el interior del liquido, son atraídas en todas direcciones, por lo cual esta en equilibrio.

Debido a la tensión superficial una pequeña masa de liquido tiende a ser redonda en el aire, tal es el caso de las gotas; también los insectos pueden caminar sobre el agua o una aguja puesta con cuidado sobre el liquido no se hunde. Estos fenómenos son posibles porque la tensión superficial hace que la superficie libre de un liquido se comporte como una finísima membrana elástica.

La tensión superficial del agua puede reducirse en forma considerable si se le agrega detergente, esto contribuye a que el agua penetre con mas facilidad por los tejidos durante el lavado de ropa.

Ø  COHESION

Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma substancia. Por la fuerza de cohesión, dos gotas de agua que se juntan se unen para formar una sola, lo mismo sucede con dos gotas de mercurio.

Ø  ADHERENCIA

Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos substancias diferentes cuando se ponen en contacto. Comúnmente las substancias liquidas se adhieren a los cuerpos solidos.

En general, cuando se presenta el fenómeno de adherencia significa que la fuerza de cohesion entre las moléculas de una misma substancia es menor a la fuerza de adherencia que experimenta con otra substancia distinta con la cual tiene contacto. Tal es el caso del agua que se adhiere al vidrio, la pintura al adherirse a un muro, el aceite al papel, o la tinta a un cuaderno. Cuando la fuerza de cohesion entre las moléculas de una substancia es mayor que la fuerza de adherencia que experimenta con otra substancia distinta con la cual tiene contacto, no se presenta adherencia y se dice que el liquido no se moja al solido.

Ø  CAPILARIDAD

Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared solida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares. Por ejemplo cuando se introduce un tubo capilar en un recipiente que contiene mercurio, se observa que el liquido en lugar de ascender por el tubo, desciende; debido a que sufre una depresión.

4. ¿DEFINIR EL CONCEPTO, LA FORMULA Y LAS UNIDADES DE DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO?

Densidad: La densidad de una substancia (ρ), expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la substancia entre el volumen que ocupa:

ρ=masa/volumen      en kg/m³

Peso especifico: El peso especifico de una substancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.

Donde: Pe= peso especifico de la substancia, en N/m³

P=peso de la substancia, newtons (N)

V=volumen que ocupa, en m³

La relación que existe entre la densidad y el peso especifico de una substancia, la podemos obtener si recordamos que:

P=mg………..1

Como

Pe=  ………..2

Sustituyendo 1 en 2 tenemos

Pe=   ………..3

Como   =ρ………..4

Pe=ρ g  Peso específico: densidad por aceleración de la gravedad.

Ρ=   Densidad: Peso especifico entre aceleración de la gravedad.

5. EXPLICA COMO FUNCIONA LA PRENSA HIDRAULICA

LA PRENSA HIDRAÚLICA

Este dispositivo, llamado prensa hidráulica, nos permite prensar, levantar pesos o estampar metales ejerciendo fuerzas muy pequeñas. Veamos cómo lo hace.

El recipiente lleno de líquido de la figura consta de dos cuellos de diferente sección cerrados con sendos tapones ajustados y capaces de res-balar libremente dentro de los tubos (pistones). Si se ejerce una fuerza (F1) sobre el pistón pequeño, la presión ejercida se transmite, tal como lo observó Pascal, a todos los puntos del fluido dentro del recinto y produce fuerzas perpendiculares a las paredes. En particular, la porción de pared representada por el pistón grande (A2) siente una fuerza (F2) de manera que mientras el pistón chico baja, el grande sube. La presión sobre los pistones es la misma, No así la fuerza!

Como p1=p2 (porque la presión interna es la misma para todos lo puntos)

Entonces: F1/A1 es igual F2/A2 por lo que despejando un término se tiene que: F2=F1.(A2/A1)     

6. ENUNCIA EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES?

“Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.”

Cuando un cuerpo se introduce en un recipiente que contiene un líquido, se observa que el líquido ejerce una presión vertical ascendente sobre el cuerpo.

Esto se comprueba al introducir un trozo de madera en el agua; la madera es empujada hacia arriba, por lo que se ejercerá una fuerza hacia abajo si se desea mantenerla sumergida.

De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca por su parte más baja, a medida que nos aproximamos a la parte más honda, sentimos una aparente pérdida de peso, comenzando a flotar debido al empuje recibido por el agua.

Cuando un cuerpo se encuentra sumergido totalmente en un líquido, todos los puntos de su superficie reciben una presión hidrostática, que es mayor conforme a la profundidad de un punto. Las presiones ejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente, sin embargo, el cuerpo se encuentra sujeto a otras dos fuerzas que son opuestas: una debido a su peso que lo empuja hacia abajo y otra, que por el empuje del líquido, lo impulsa hacia arriba.

7. ¿MENCIONA ALGUNAS APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES?

·        Barcos

·        Submarinos

·        Salvavidas

·        Densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros

APLICACION DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

Un globo de goma tiene 8 g de masa cuando está vacío. Para conseguir que se eleve se infla con gas de ciudad. Sabiendo que la densidad del aire es de 1,29 kg/m³ y la del gas de ciudad 0,53 kg/m³ determinar el volumen que, como mínimo, ha de alcanzar el globo para que comience a elevarse. Para que el globo inicie el ascenso, la fuerza del empuje ha de ser superior a la del peso:

E > P

En virtud del principio de Arquímedes:

E = V.d_aire.g

ya que en este caso el fluido desalojado es el aire. Por otra parte, el peso P será la suma del peso del globo más el peso del gas ciudad que corresponde al volumen V, es decir:

P = 8.10^-3 kg.g + V.d_gas.g Þ V = d_aire.g > 8.10^-3 kg.g + V.d_gas.g Þ V.( d_aire - d_gas) > 8.10^-3 kg

V > 8.10^-3 kg/( d_aire - d_gas) = 8.10^-3 kg/[(1,29 – 0,53) kg/m³] = 10,5.10^-3 m³

El volumen mínimo será, por tanto, de 10,5 litros.

v  La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras:

1.   

2.    El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

3.    La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

4.    Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

5.    Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.

6.    Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.

7.    De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto se cumple

8.    Empuje=peso=rf·gV

9.    El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf  por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.

10. Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

11. Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es el mismo, y actúa sobre el mismo punto, es decir, sobre el centro de empuje.

12. Lo que cambia es el peso del cuerpo y su punto de acción que es su propio centro de masa que puede o no coincidir con el centro de empuje. Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.

En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.

Ejemplo:

Supongamos un cuerpo sumergido de densidad ρ rodeado por un fluido de densidad ρf. El área de la base del cuerpo es A y su altura h.

La presión debida al fluido sobre la base superior es p1= ρfgx, y la presión debida al fluido en la base inferior es p2= ρfg(x+h). La presión sobre la superficie lateral es variable y depende de la altura, está comprendida entre p1 y p2.

Las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre la superficie lateral se anulan. Las otras fuerzas sobre el cuerpo son las siguientes:

·         Peso del cuerpo, mg

·         Fuerza debida a la presión sobre la base superior, p1·A

·         Fuerza debida a la presión sobre la base inferior, p2·A

En el equilibrio tendremos que

mg+p1·A= p2·A
mg+ρfgx·A= ρfg(x+h)·A

o bien,

mg=ρfh·Ag

El peso del cuerpo mg es igual a la fuerza de empuje ρfh·Ag

Como vemos, la fuerza de empuje tiene su origen en la diferencia de presión entre la parte superior y la parte inferior del cuerpo sumergido en el fluido. El principio de Arquímedes se enuncia en muchos textos de Física del siguiente modo:

Cuando un cuerpo está parcialmente o totalmente sumergido en el fluido que le rodea, una fuerza de empuje actúa sobre el cuerpo. Dicha fuerza tiene dirección hacia arriba y su magnitud es igual al peso del fluido que ha sido desalojado por el cuerpo. 

FISICA

ENSEÑANZA MEDIA SUPERIOR  2

HECTOR PEREZ MONTIEL

http://www.monografias.com/trabajos32/pascal-arquimedes-bernoulli/pascal-arquimedes-bernoulli.shtml

APUNTES DE FISICA

Ø  La mecánica: Se refiere a la posición estática y el movimiento llamado también dinámica de la materia en el espacio. La estática es el estudio de la física aplicados a los cuerpos en reposo.

Ø  La dinámica: Se ocupa de la descripción del movimiento y sus causas. En cada caso, el Ing. Técnico. En cada caso, el Ing. Técnico se encarga de medir y de describir las cantidades físicas en términos de causas y efectos.

-          CANTIDADES FISICA -

“ MECANICA “

FISICA Y MEDICION

v MAGNITUD: Se define como un número y una unidad de medida, la magnitud de una cantidad física se especifica completamente con un número y una unidad; por ejemplo 20m o 40H.

v METRO: Un metro es la longitud de la trayectoria que recorre una onda luminosa en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1 sobre 299792452s.

v SEGUNDOS: Es el tiempo necesario para que el átomo de cesio vive 9192361770 veces.

-          EJERCICIOS  -

CONVERTIR 6Km a m

1Km= 1000m     1000x6= 6000m

CONVERTIR 5ft a m

1ft= .305m     5x.305= 1.525m

“ MOVIMIENTOS DE UNA DIMENCION “

Como primer paso en el estudio de la mecánica clásica es conveniente describir el movimiento en términos del espacio y el tiempo, sin tomar en cuenta los agentes que los producen. Esta parte de la mecánica clásica recibe el nombre de la cinemática.

La física estudia 3 tipos de movimiento: traslacional, rotacional, vibratoria. Un auto que se mueve por una autopista experimenta un movimiento traslacional, el giro diario sobre la tierra sobre su eje un ejemplo de movimiento rotacional, y el movimiento de hacia adelante y hacia atrás es un ejemplo de movimiento vibratorio.

En el estudio del movimiento traslacional se describe al objeto en movimiento como una partícula sin importar su tamaño. En general una partícula es una masa parecida a un punto de tamaño infinitesimal.

“ DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y RAPIDEZ “

Si una partícula está en movimiento se puede determinar el cambio en su posición. El desplazamiento de una partícula se define como un cambio en su posición. Conforme se mueve de su posición inicial X₁ a una posición final X₂ , su desplazamiento está dado por X₂ –X₁ . Se usa letra griega  “ ∆   “delta para denotar el cambio en cantidad.

Por lo tanto, el desplazamiento, o cambio de posición en la partícula, se describe como:

         ∆ X=   X₂ –X_1.

El desplazamiento es un ejemplo de cantidad vectorial. Muchas otras cantidades físicas incluyendo la velocidad y la aceleración, también son vectores.

o   Un vector: Es una cantidad física que requiere la especificación tanto de una dirección como de una magnitud.

o   Un escalar: Es una cantidad que tiene magnitud más no dirección.

La velocidad promedio de una partícula “ῡ_x “se define como el desplazamiento de la partícula, dividido entre el intervalo del tiempo “ ∆t”, durante el cual ocurre el desplazamiento:

  ῡ_x= (∆      X)/∆t

La rapidez  es el promedio de una partícula, se define como el cociente entre la distancia total recorrida y el tiempo total que lleva a viajar esa distancia.

Rapidez promedio= distancia total/distancia total

Encontrar la velocidad en m/s de cuyo automóvil cuyo desplazamiento de 7Km al norte en 6min.

ῡ_x= 19.4444m/s.

        Ø  VECTORES

CARACTYERISTICAS DE UN VECTOR

Un vector cualquiera tiene las siguientes características:

1: Punto de aplicación u origen

2: Magnitud, intensidad o modulo del vector

3: Dirección

4: Sentido

Los vectores pueden clasificarse coplanares, si se encuentran en el mismo plano, o en dos ejes, y no coplanares si están en diferentes planos, es decir en tres ejes.

Ø  SISTEMAS DE VECTORES COLONIALES

Un sistema de vectores coloniales se representa cuando los vectores se localizan en la misma dirección o línea de acción.

Ø  SISTEMAS DE VECTORES CONCURRENTES

Un sistema de vectores es concurrente cuando la dirección o línea de acción de los vectores cruza un punto, el punto de cruce constituye el punto de aplicación de los vectores.

Ø  RESULTANTE Y EQUILIBRANTE DE UN SISTEMA DE VECTORES

-La resultante de un sistema de vectores es el vector que produce el solo, el mismo efecto de los demás vectores del sistema. Por ello, un vector resultante es capaz de sustituir un sistema de vectores.

-La equilibrante, como su nombre lo indica es la encargad de equilibrar el sistema, por tanto, tiene la misma magnitud y dirección que la resultante pero con sentido contrario.

PROPIEDADES DE VECTORES

Ø  PROPIEDADES DE TRANSMICIVILIDAD DEL PUNTO DE APLICACIÓN

El efecto externo de un vector no se modifica si se traslada de misma dirección. Por ejemplo si se desea mover un cuerpo horizontalmente, aplicando una fuerza, el resultado será el mismo si lo jalamos o lo empujamos.

Ø  PROPIEDADES DE LOS VECTORES LIBRES

Los vectores no se modifican si se trasladan paralelamente a sí mismos. Esta propiedad la utilizaremos al sumar vectores con los métodos gráficos del paralelogramo, triangulo y polígono.

Ø  SUMA DE VECTORES

Cuando necesitamos sumar dos o más magnitudes escalares de la misma especie lo hacemos aritméticamente.

Ø  COMPOSICION Y DESCOMPOSICION RECTANGULAR DE VECTORES

Un sistema de vectores puede sustituirse por otro equivalente, el cual contengan un número mayor de vectores que el sistema considerado. El sistema equivalente un número menor de vectores, el procedimiento se llama composición.

-Descomposición: Se llama componentes de un vector aquellos que lo sustituyen en la descomposición, por ejemplo. Encontrar gráfica y analíticamente las componentes rectangulares de un vector.

Ø  SOLUCION POR METODO GRAFICO

Para encontrar de forma gráfica los componentes rectangulares perpendiculares del vector, primero tenemos que establecer una escala. Para este caso puede ser 1cm=10N.

Trazamos nuestro vector al medir el ángulo 30° con el transportador. Después, a partir del extremo vector, trazamos una línea hacia el eje de las “X” y hacia el eje “Y”. En el punto de intersección del eje quedara el extremo del vector componente F^→x. En el punto de intersección del eje “y”, quedara el extremo del vector componente F^→y. En ambos componentes su origen será el mismo que tiene el vector F=40N el cual estamos descomponiendo.

Para encontrar el valor de la componente en “X” del vector F o sea “fx” basta de medir con la regla la longitud y de acuerdo a su escala encontrada en su valor.

METODO ANALITICO

A fin de determinar el valor de las componentes en forma analítica observamos que se forma un triángulo rectángulo al proyectar una línea hacia el eje de las “X” y otro al proyectar una línea hacia al eje de las “Y”. Trabajaremos solo con el triángulo rectángulo formado al proyectar la línea hacia el eje de las “X”. Las componentes perpendiculares del vector “F”será: para F^→x, en cateto adyacente y para F^→y el cateto opuesto al ángulo 30°.

Por tanto, debemos calcular cuanto valen esto 2 catetos; para ello, utilizaremos las funciones trigonométricas seno y coseno. Para calcular F^→y utilizaremos la función “seno”, para calcular Fx usamos coseno F^→x.

Seno= cateto opuesto/hipotenusa

Coseno=cat.adyacente/hip.

Tangente=cat.adyacente/cat.opuesto

Ø  SUMA DE VECTORES CONCURRENTES

Cuando en forma gráfica se desean sumar 2 vectores concurrentes se utilizan el método del paralelogramo. Mientras para encontrar la resultante por el método analítico se usa el teorema de Pitágoras, si los 2 vectores forman un ángulo de 90°, pero si originan cualquier otro ángulo se usa la ley de “coseno” y para calcular el ángulo de la resultante se aplica la ley de “seno”.

-FUNCIONES TRIGONOMETRICAS Y TEOREMA DE PITAGORAS

En un triángulo rectángulo encontramos las siguientes funciones trigonométricas.

Seno∞= cat.op./hip.

Coseno∞= cat.ad./hip.

Tangente∞= cat.op./cat.ad.

El teorema de Pitágoras, el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los catetos “a²=b²+c² .

Por el método gráfico y analítico hallar la resultante y el ángulo de formar horizontal, en la siguiente suma de vectores. Establecemos primero la escala y trazamos los vectores con su ángulo de 90°. Dibujamos la paralela de cada vector y obtenemos el paralelogramo. Medimos la resultante y el ángulo formado.

-METODO ANALITICO

Para calcular la resultante debemos encontrar uno de los 3 lados de un triángulo oblicuo, cuyos lados conocidos son, F₁→y F₂^→ aplicamos la ley de “coseno” tomando en cuenta que el triángulo oblicuo “β” formado por los 2 vectores es de 150°.

Aplicamos la ley de coseno para encontrar la resultante: F_R^→=√F₁²+F₂²-2(F₁→)( F₂^→)(Cos β)

Para calcular el angulo ∞que forma la resultante con respecto a la horizontal aplicamos la ley de “seno”: F₁→/sen∞=F_R/sen β

Ø  LOS FLUIDOS

La hidráulica es parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejor tendencia de las causas. La hidráulica se divide en 2 partes:

-La hidrostática relacionada con los líquidos en reposo.

-La hidrodinámica que estudia el comportamiento de los líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes; no obstante conviene recordar que un gas es muy ligero, y por tanto puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamente incompresible.

Ø  CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS

-Viscosidad: Se puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.

Si en un recipiente perforado en el centro se hace fluir, por separado, miel, leche, agua y alcohol observamos que cada líquido fluye con rapidez distinta, mientras más viscosa sea un líquido, mas tarda en fluir.

La unidad de viscosidad en el sistema internacional “poise ville” definido como la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de Newton por m² de superficie de contacto con el fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es 1m por segundo.

Formula ( poise ville=1N/m²)

Ø  TENSION SUPERFICIAL

La tensión superficial hace que la superficie de un líquido se comporte como una membrana elástica. Este fenómeno se presenta debido a la reacción entre las moléculas del líquido.

Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas de un liquido se atraen entre si, en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarestan unas con otras, pero las moleculas de la superficie libre de liquidos son atraidas por la interiores y laterales básicas.

La tension superficial del agua puede reducirse en forma considerable si se le agrega detergente, esto contribuye a que el agua penetre con mas facilidad por los tejidos de la ropa.

Ø  COHESION

Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Por la fuerza de cohesión si 2 gotas de agua juntas forman solo una.

Una característica “adherencia”: Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de 2 sustancias diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias líquidas se adhieren a los cuerpos sólidos.