Hidromecánica

Conceptos Fundamentales

1.  Hidromecánica : Hidrostática  e  Hidrodinámica.  

2. Fluidos: Líquidos  y gases     

3. Densidad: Peso específico  y Densidad relativa   

4. Presión: en sólidos, en líquidos y en gases.  

5. Principio de pascal

6. Principio de Arquímedes.  Peso aparente  y Condición de flotabilidad          

7. Ecuación de la  Continuidad        

8. Principio de Bernoulli

Logros

1. Explicar el comportamiento de fluidos en reposo y en movimiento

1. HIDROMECANICA – MECÁNICA DE FLUIDOS.

Parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

Video clase del profesor Nixon: «HIDROSTÁTICA»

NEUMATICA. Particulariza la hidrostática y la hidrodinámica al estudio de los gases.

LA AERODINÁMICA, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. LA HIDRÁULICA estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

1.1. FLUIDOS

Se entiende por fluido todo cuerpo cuyas moléculas tienen entre sí poca coherencia y toma siempre la forma del recipiente donde está contenido. Dentro de esta definición los fluidos se consideran a la materia en estado líquido y gaseoso.

En un líquido, las moléculas están separadas y la fuerza de cohesión es más pequeña que en los sólidos, por esta razón los líquidos mantienen su volumen y toman la forma del recipiente que lo contiene.

En una gas  la distancia entre las moléculas es muy grande comparadas con su tamaño, las fuerzas de atracción son muy pequeñas, por eso el gas no tiene forma ni volumen propios y toman los del recipiente que lo contiene

Para profundizar en el tema, ingresa a las siguientes paginas Web:

1. FLUIDOS. DIFERENCIAS ENTRE LÍQUIDOS Y GASES (Estado liquido y estado gaseoso).

2. Diferencia entre solido, liquido y gaseoso.

2. HIDROSTÁTICA

Es la parte de la Física que estudia los fluidos en estado de equilibrio. Se alude a un estado de equilibrio, porque los fluidos están en aparente estado de reposo. Cuando un cuerpo se encuentra apoyando totalmente su peso sobre una superficie, el peso se reparte en forma equivalente sobre toda esa superficie.

LA AERODINÁMICA, rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento.

3. Densidad de los cuerpos

Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen. Estos dos atributos físicos varían de un cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma naturaleza, cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa del cuerpo considerado. No obstante, existe algo característico del tipo de materia que compone al cuerpo en cuestión y que explica el porqué dos cuerpos de sustancias diferentes que ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa.

Aun cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen son directamente proporcionales, la relación de proporcionalidad es diferente para cada sustancia. Es precisamente la constante de proporcionalidad de esa relación la que se conoce por densidad y se representa por la letra griega ρ, RHO.

m = k · V     es decir:        m = ρ · V       Despejando ρ de la anterior ecuación resulta:     ρ = m / V

Ecuación que facilita la definición de ρ  y también su significado físico.

La densidad ρ  de una sustancia es la masa que corresponde a un volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es decir kg/ m³ . También se usa g/cm³

1 g/cm³ = 1 g/cm³ x 1 Kg/1.000 g  x  1.000.000 cm³/1m³= 1000 Kg/m³

A diferencia de la masa o el volumen, que dependen de cada objeto, su cociente depende solamente del tipo de material de que está constituido y no de la forma ni del tamaño de aquél. Se dice por ello que la densidad es una propiedad o atributo característico de cada sustancia. En los sólidos la densidad es aproximadamente constante, pero en los líquidos, y particularmente en los gases, varía con las condiciones de medida. Así en el caso de los líquidos se suele especificar la temperatura a la que se refiere el valor dado para la densidad y en el caso de los gases se ha de indicar, junto con dicho valor, la presión.

La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos macizos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y después su volumen; éste se puede calcular a través del cálculo si el objeto tiene forma geométrica, o sumergiéndolo en un recipiente calibrando, con agua, y viendo la diferencia de altura que alcanza el líquido. La densidad es el resultado de dividir la masa por el volumen. Para medir la densidad de líquidos se utiliza el DENSÍMETRO, que proporciona una lectura directa de la densidad.

Copia esta tabla en tu cuaderno de Física

PESO ESPECÍFICO.

Un cuerpo pequeño que es mucho más pesado que otro más grande es también mucho más denso. Esto es debido a la relación  P = m · g  existente entre masa y peso. No obstante, para referirse al peso por unidad de volumen la física ha introducido el concepto de peso específico peque se define como el cociente entre el peso P de un cuerpo y su volumen:

Pe = Peso / Volumen = m.g / V = ρ .g ,  siendo g la aceleración de la gravedad.

La unidad del peso específico en el SI es el   N / m³    o    N · m-³.

PRIMERA ACTIVIDAD

¿Cómo hallamos la densidad de los cuerpos?

a. Observa detenidamente el siguiente video, toma apuntes en tu cuaderno, que te permitan aprehender como hallar la densidad de los cuerpos.

b. En tu cuaderno, realiza el siguiente LABORATORIO DE DENSIDAD, dando clic en la imagen

Por ejemplo, el caballito de mar (1) tiene una Masa de 18,7 g y un Volumen de 13 mL, la densidad es de 1,4384 g/cm³. Ahora, sumerge el caballito en el liquido con una densidad de l g/mL, ¿Se hunde? luego cambia la densidad del liquido a 2 g/mL, ¿Se hunde o flota?

NOTA. Realiza este procedimiento para los 12 objetos, completa las tablas y responde las preguntas que están en DETALLES DE LA ACTIVIDAD. 

1 mililitro (mL) = 1 centímetro cúbico(cc).

c. Después de haber realizado las actividades anteriores, observa y practica con los dos videos siguientes del profesor JORGE COGOLLO, usa las destrezas que has desarrollado  para resolver los problemas siguientes

1. ¿Qué volumen ocupa,   a) 54 g de agua?    b) 58 g de oro?     c) 46 g de hierro?         d) 5 Kg de hierro?         e) 12 Kg de aluminio?

2. ¿Cuál es la masa de,  a) una corona de oro de 20 cm³?   b) una esfera de hierro 30 cm³?                                 c) un cilindro de mármol de 20 cm³?       d) un cilindro en cobre de 2 m³    e) un cilindro en aluminio de 5 m³?

3. ¿Cuál es la densidad de un material que pesa 500 N y ocupa un volumen de 20 m³?

Profesor Jorge Cogollo. Ejercicios de Densidad, masa y Volumen.

d. EXAMINATE (Física Conceptual de PAUL G HEWITT)

Copia  y responde estas preguntas en tu cuaderno, luego compara tus respuesta con las dadas por el autor del texto.

1 Cuando el agua se congela, se dilata. ¿Qué indica eso a cerca de la densidad del hielo en comparación con la densidad del agua?

2. ¿Qué pesa más: un litro de hielo o un litro de agua?

3. ¿Qué tiene mayor densidad: 100 kg de plomo o 1,000 kg de aluminio?

4. ¿Cuál es la densidad de 1,000 kg de agua?

5. ¿Cuál es el volumen de 1,000 kg de agua?

C O M P R U E B A   T U S    R E S P U E S T A S

1.  El hielo es menos denso que el agua (ya que tiene más volumen con la misma masa), lo cual explica por qué el hielo flota en el agua.

2. ¡No digas que pesan lo mismo! Un litro de agua pesa más. Si está congelada, su volumen es más que un litro; quítale esa parte para que tenga el mismo tamaño que el litro original, y seguramente pesará menos.

3. La densidad es una relación de masa y volumen (o de peso y volumen), y esa relación es mayor para cualquier cantidad de plomo que para cualquier cantidad de aluminio. Consulta la tabla de densidad.

4. La densidad de cualquier cantidad de agua es 1,000 kg/m (o 1 g/cm³).

5. El volumen de 1,000 kg de agua es 1 m³

e. Realiza los siguientes laboratorios virtuales, sigue el procedimiento en cada experimento, completa las tablas y responde las preguntas.

1. DENSIDAD

2. DENSIDAD 2

3. PhET. DENSIDAD

4. PRESIÓN.

¿Qué tanto sabes del tema?

Contesta las siguientes preguntas para conocer los conceptos previos que tienes sobre este tema, dando clic en la siguiente imagen:

 

Relaciona conceptos y Haces comparaciones  y diferencias

1. ¿Qué le ocurre a la densidad de un trozo de madera uniforme cuando lo cortamos en cuatro partes iguales?

2. ¿Cuál es la diferencia entre presión  y  fuerza?

3. Explicar por qué las personas que caminan sobre la nieve utilizan raquetas de gran área en los zapatos.

4. Explica qué relación existe entre la presión de un líquido y su densidad, y entre la presión del líquido y su profundidad.

5. Si un submarino navega en agua dulce, ¿experimentaría una presión mayor o menor que cuando lo hace en agua salada a la misma profundidad?

6. Si un bañista nada a cierta profundidad y luego se sumerge al doble de dicha profundidad, entonces ¿Qué pasa con la presión que soporta sus oídos?

4.1. Presión en Sólidos.

Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo esté repartida sobre la superficie del cuerpo. Así, un golpe de martillo sobre un clavo bien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo haría otro clavo sin punta que recibiera el mismo impacto. Un individuo situado de puntillas sobre una capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igual peso que calce raquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sin dificultad.

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión:

La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.

Ahora, para entender mejor el tema te recomiendo observar los siguientes vídeos: 

Recuerda, tomar apuntes en tu cuaderno de Física.

1. Julio German Rodríguez Ojeda. La Cama de Clavos, Por qué no lastiman los clavos. Secreto al descubierto.

A. La Ciencia de la Presión – Proyecto G

B. Proyecto Presión en sólidos. Bernabe Melendez Marcos.

C. Concepto de presión | Ejemplo Física Prepa. Profesor Particular Puebla.

En el SI, la unidad de presión es EL PASCAL, se representa por Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un Newton de intensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metro cuadrado. Un Newton por metro cuadrado es un pascal (Pa = N / m²).

Primera actividad. Usa las destrezas que has desarrollado  para resolver los problemas siguientes:

1. Un bloque de acero de forma paralepipeda tiene las siguientes dimensiones: 2 cm de largo, 1,5 cm de ancho y 1 cm de alto. Calcula la presión  que ejerce el bloque sobre la superficie de una mesa, cuando se coloca sobre cada una de sus caras.

2. Un ladrillo de 3,2 Kg. tiene las siguientes dimensiones: 25 cm de largo, 12 cm de ancho y 8 cm de alto. Calcula la presión  que ejerce el ladrillo sobre el suelo, cuando se coloca sobre cada una de sus caras.

3. Un cubo de madera de densidad 0,86 g/cm³, ejerce una presión de 1000 d/cm² sobre la superficie en la cual se apoya. Calcula la arista del cubo.

4. La aguja de una jeringa tiene un área de 0,02 cm². Si la presión que se hace al aplicar una inyección es de 20.000 Pa, ¿con cuanta fuerza sale el líquido de la jeringa?

5. Un edificio de 2000 toneladas de masa descansa sobre una plataforma de concreto de 900 m² de área. Calcular la presión del edificio sobre la tierra.

6. Calcular la presión que efectúa sobre una tabla la punta de un alfiler de 0,2 mm² de área, si se le aplica verticalmente hacia abajo con una fuerza de 10 N. ¿El alfiler se hunde en la tabla?

7. Calcular la presión que produce una puntilla sobre una tabla, si el área de la punta es 2,6 mm² y se aplica verticalmente hacia abajo con una fuerza de 10 N.

8.  Un cubo de madera de densidad 0,65 g/cm³ ejerce una presión de 1300 N/ m² sobre la superficie en  la cual se apoya. Calcula la arista del cubo.

4.2. Presión Hidrostática

Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidos en un recipiente las capas superiores oprimen a las inferiores, generándose una presión debida al peso. Si una persona se sumerge en el agua, siente la presión de ésta contra los tímpanos del oído, a medida que se sumerge a mayor profundidad, hay más agua arriba de ella y en consecuencia hay mayor presión. La presión que un líquido ejerce depende  de la profundidad.

La presión de un líquido también depende de la densidad del líquido. Si un cuerpo se sumerge en un liquido más denso que el agua, la presión sería mayor.

La presión que un líquido ejerce sobre las paredes y el fondo de un recipiente depende de la densidad y de la profundidad del líquido.

Presión Hidrostática =  Densidad . Gravedad . Profundidad  =  ρ . g . h

La presión es directamente proporcional a la profundidad. Es decir, a mayor profundidad, mayor presión.

*La presión es directamente proporcional al peso específico del líquido.  Pe = ρ. g

*La presión no depende del peso total del líquido o de la cantidad de liquido presente.

*La presión no depende de la forma del recipiente.

Ahora, observemos los siguientes vídeos:

La presión hidrostática – Física con Javier Santaolalla | La2

https://youtu.be/3rNQXXuyhMw

2. Julio Germán Rodríguez Ojeda.

a. PRESIÓN HIDROSTÁTICA – Diferentes Superficies y Profundidades.

b. PRESIÓN HIDROSTÁTICA – Caída de agua desde diferentes alturas.

A. Presión Hidrostática. Tutor Expertos.

B. Presión Hidrostática. Profesor Sergio LLanos

SEGUNDA ACTIVIDAD

a. Ingresa al laboratorio virtual “Presión Hidrostática” del profesor Salvador Hurtado, dando clic en la siguiente imagen:

En tu cuaderno, copia y completa la tabla de Profundidad – Presión, luego representa los valores obtenidos en una gráfica.

b. Ingresa al aplicativo de la universidad de Colorado, PhET INTERATIVE SIMULATIONS, realiza los ejercicios que el profe explica en clases.

Ejemplo 1.

Un tanque de petróleo  tiene en su base un área de 1,5 m², y su altura es de 2 m. 

a) ¿Cuál es la masa de petróleo contenida en el tanque?

b) ¿Cuál es la presión ejercida por el petróleo sobre el fondo del tanque?

 

SOLUCIÓN

 a) Para hallar la masa de petróleo contenida en el tanque, aplicamos la ecuación ρ = m/ V, despejando la masa m.

Primero hallamos el Volumen 

V = Área de la base x altura = A . h = 1,5 m² . 2 m = 3 m³

La densidad del petróleo es 800 Kg/m³

m = ρ. V = 800 Kg/m³ . 3 m³ = 2400 Kg

 b) Para hallar la presión ejercida por el petróleo sobre el fondo del tanque, aplicamos la ecuación

P = F / A

La fuerza equivale al peso del petróleo contenido en el tanque

 F = W = m . g = 2400 Kg . 10 m/s² = 24000 N

Ahora P = F / A = 24000 N / 1,5 m² = 16000 N/m² = 16000 Pa

 

El punto b, también se puede hacer aplicando

Presión Hidrostática = Densidad . Gravedad . Altura

Ph = ρ . g . h = 800 Kg/m³ . 10 m/s² . 2 m = 16000 N/m² = 16000 Pa

 

c. Usa las destrezas que has desarrollado  para resolver los problemas siguientes:

1. Calcula la presión hidrostática que experimenta un buzo que esta sumergido a 45 m bajo el nivel del mar.

2. ¿Cuál es la presión a una profundidad de 1240  m bajo el agua de mar?, ¿Qué fuerza actúa sobre una superficie de 4 m² colocada a esta profundidad?

3. Un buzo esta situado a 40 m por debajo del nivel del mar(r =1,4 g/cm³), calcular la presión hidrostática que experimenta en ese punto y la fuerza total debida a esa presión sabiendo que el área del buzo es de 2,5 m y admitiendo que recibe la misma presión en todos los puntos de su superficie.

4. El tapón que cierra el sumidero de un depósito tiene forma circular, con un radio de 5 cm y se encuentra a una profundidad de 3,5 m. Calcula la presión debido al agua que soporta el tapón y la fuerza para quitarlo.

5. Si la diferencia de alturas entre dos pisos de un edificio es 8,40 m, ¿Cuál es la diferencia de presión en las tuberías del agua?

6. Un tanque está lleno de gasolina. Calcula la presión hidrostática a 18 cm de profundidad.

7. Un submarino se hunde a una profundidad de 60 m bajo el nivel del mar. Calcula la presión hidrostática a esa profundidad.

8. Determina la presión en el fondo de un lago de 26 m de profundidad

9. Una piscina de 50 m de largo, 30 m de ancho y 1,8 m de profundidad esta llena de agua. Calcula  la presión y la fuerza que ejerce el agua sobre el fondo de la piscina.

4.3. Presión Atmosférica

Actividad en casa.

Realiza el laboratorio virtual “Variación de la presión atmosférica con la altura” del profesor Salvador Hurtado, dando clic en la siguiente imagen:

En tu cuaderno, Copia y completa la tabla de Altura – Presión, luego representa los valores obtenidos en una gráfica. ¿Por qué se obtiene esta variación en la presión?

Segunda actividad. Propiedades de los gases.

Ingresa al aplicativo de la universidad de Colorado, PhET INTERATIVE SIMULATIONS, realiza los ejercicios que el profe explica en clases.

PROPIEDADES DE LOS GASES

1.Si Torricelli en lugar de usar mercurio en su experimento, hubiese usado agua, ¿Qué longitud mínima requeriría el tubo para poder medir la presión atmosférica?

2.Calcular la fuerza que la presión atmosférica efectúa sobre una  de las caras de una lamina de madera (a la orilla del mar) de 2,5 m de largo por 1,5 m de ancho.

3.¿Cuál es la fuerza ascensional de un globo de 1000 m³ de volumen, si su peso es de 8000 N?

Vídeos realizados por los estudiantes del MARFISU.

5. Principio de Pascal

 La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo líquido, con la misma  intensidad.

1. Profe Nixon. VIDEO CLASE «El Principio de Pascal»

2. Julio Germán Rodríguez Ojeda

a. PRINCIPIO DE PASCAL – Presión del agua dentro de una esfera. Al fin lo hice.!!

b. El principio de Pascal. Transmisión de Fuerzas en líquidos.

C. PRINCIPIO DE PASCAL – Globo con Aire Atrapado en Agua – Para Disfrutarlo.!!

3. Las Mates Fáciles. Principio de Pascal. Explicación

4. Oposición bomberos online. El principio de pascal

Actividad en casa

1. Ingresa al aplicativo multimedia PRINCIPIO DE PASCAL, a través de la siguiente imagen, interactúa con ella y lee la parte teórica.

La Prensa Hidráulica

 

Problemas del principio de Pascal

1.Explica la aplicación del principio de Pascal en el freno hidráulico de un automóvil.

2. El pistón de un gato hidráulico tiene 10 cm de diámetro. ¿Qué presión se requiere para levantar un auto de 1500 kg de masa?

3. Se tiene una prensa hidráulica tal, que sus cilindros tienen radios de 1 cm y de 8 cm respectivamente. Si sobre el embolo de área menor se ejerce una fuerza de 10 N ¿Cuánta fuerza ejerce la prensa hidráulica sobre el embolo mayor?

4. Se tiene una prensa hidráulica tal, que el área del pistón pequeño es 4 cm² y el área del pistón grande es 32 cm². ¿Cuánta fuerza debe aplicarse sobre el pistón pequeño para levantar un carro de 2000 Kg, con el pistón grande?

b. Los vasos comunicantes . Tubo en U.

5. Un tubo doblado en U  contiene mercurio, tiene una sección transversal de 0,25 cm² .¿que volumen de agua debe ponerse en el tubo de la izquierda a fin de  que el mercurio del tubo de la derecha  se eleve 1,5 cm  por encima de su posición inicial?

6. Un tubo doblado en U  contiene agua  y aceite. La altura del agua respecto a la superficie de separación es de 9 cm y la altura de la columna de aceite es de 10,4 cm. ¿Cuál es la densidad del aceite?

7. Un tubo doblado en U contiene mercurio y cloroformo (r = 0,66 g/cm³). Si la altura de la columna de cloroformo es 25 cm, ¿Cuál será la altura de la columna de mercurio para que el sistema quede en equilibrio?

8. Un tubo doblado en U contiene mercurio y agua. Si la altura de la columna de mercurio es 4cm, ¿Cuál será la altura de la columna de agua?

6. Principio de Arquímedes

1. ¿En qué situación pesa más un cuerpo: cuando está en el aire o cuando está dentro de un recipiente con agua?

2. ¿Qué hace que un objeto flote o se hunda?

3. ¿Por qué es más fácil flotar en el mar que en el rio?

4. Un pedazo de hierro se hunde en el mar ¿Por qué flota un barco que está hecho de toneladas de hierro?

Cuando sumergimos un objeto sólido en un líquido parece que pesara menos. Esto lo podemos experimentar cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando sostenemos un objeto que está dentro del agua. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido en un líquido, recibe una fuerza vertical de abajo hacia arriba, llamada EMPUJE.

VIDEO CLASE DEL PROFE NIXON. «EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES»

¿Por qué la fuerza de empuje es ascendente?

Cuando tenemos un cuerpo sumergido en un líquido cualquiera, el líquido ejercerá presión sobre toda la superficie del cuerpo que está en contacto con el líquido. Como la presión aumenta con la profundidad, las fuerzas ejercidas por el líquido en la parte inferior del cuerpo, son mayores que las fuerzas ejercidas en la parte superior. La resultante de estas fuerzas deberá estar dirigida hacia arriba. Dicha resultante es lo que constituye el EMPUJE HIDROSTATICO.

Cuando tenemos un recipiente lleno de agua y sumergimos un objeto, podemos observar que el nivel del líquido sube, es decir, el cuerpo ha desplazado cierto volumen de agua. «Un objeto totalmente sumergido siempre desplaza un volumen de liquido igual a su propio volumen»

El gran  Filósofo, Matemático y Físico griego ARQUIMEDES descubrió la manera de calcular el empuje. Sus conclusiones fueron expresadas en un enunciado que se conoce como principio de Arquímedes y cuyo texto es: “todo cuerpo sumergido en un fluido recibe  un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”

EMPUJE = Peso del líquido desplazado

EMPUJE =  Masa del líquido desplazado * Gravedad

Como: Masa = densidad del líquido * Volumen del líquido desplazado,

EMPUJE = Densidad del líquido * Volumen del líquido desplazado * Gravedad

E  =   ρ_l * V_d * g

El valor del  empuje será tanto mayor, cuanto mayor sea el volumen del líquido desplazado y cuanta más alta sea la densidad del líquido. Para un mismo volumen de agua desplazada, los fluidos mas densos ejercen mas fuerza de empuje que los menos densos, en consecuencia un barco flota mas en agua salada que en agua dulce.

Si sumergimos una caja sellada de un litro a media altura en agua, desplazará medio litro de agua, y tendrá un empuje igual al peso de medio litro de agua, independientemente de lo que haya dentro de la caja. Si lo sumergimos por completo, la fuerza de empuje será igual al peso de un litro de agua.

Recordemos que:   1 litro de agua ocupa un volumen de 1.000 cm³, tiene una masa de 1 Kg y  pesa 9,8 N

Si seguimos sumergiendo la caja, la fuerza de empuje no cambia, porque desplaza el mismo volumen de agua  en cualquier profundidad.

“Cuando un cuerpo está totalmente sumergido en un líquido, el volumen del líquido desplazado es igual al volumen del propio cuerpo”

1. Las Mates Fáciles. Principio de Arquímedes. Explicación

2. Scientificprotocols ¿Por que flota un barco? Principio de Arquímedes.

3. Julio Germán Rodríguez Ojeda.

3.1 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: Densidad de Cuerpos Irregulares. ¡Viva! El Genio Griego

3.2 POR QUÉ FLOTAN LOS BARCOS, 1a. Parte: La fórmula mágica: D=m/v

3.3 POR QUÉ SE HUNDEN LOS BARCOS, 2a. Parte: La Genial Fórmula D=m/v

4. Proyecto G. Flotabilidad

5. Estudiantes y el Profe Nixon. El submarino y el principio de Arquímedes.

Segunda actividad. 

Entra a la página Web de Educaplus.org.

Completa la tabla (Observa el comportamiento de los vectores Peso W y Empuje E)

 

¿En que densidades (liquido _ bloque), el cuerpo:

a. Flota, sumergido un 8%

b. Flota, parcialmente sumergido un 50%

c. Flota, parcialmente sumergido un 80%

d. Flota, totalmente sumergido

e. Se hunde hasta el fondo.

1.2. Coloca la densidad del líquido en 2.5g/cm³  y la densidad del bloque en 4g/cm³, observa la posición del bloque. Rápidamente cambia la densidad del bloque a 0.2 g/cm³. Explica el comportamiento del bloque.

1.3. Coloca la densidad del líquido en 1.5g/cm³  y la densidad del bloque en 0.2g/cm³, observa la posición del bloque. Rápidamente cambia la densidad del bloque a 1.5 g/cm³ y luego a 4.0 g/cm³. Explica el comportamiento del bloque.

Que un objeto se hunda o flote en un liquido depende de como se compara la fuerza de empuje con el peso del objeto, este a la vez depende de la densidad del objeto.

Densidad de peso = Peso / Volumen

Para que un cuerpo flote se debe reducir su densidad, y esto se consigue reduciendo su peso y/o aumentado su volumen.

En conclusión

1. Si la densidad del líquido es menor que la densidad del cuerpo, tendremos que el EMPUJE es menor que el Peso del cuerpo, el cuerpo se hunde en el líquido.

2. Si la densidad del líquido es igual que la densidad del cuerpo, tendremos que el EMPUJE es igual que el Peso del cuerpo, el cuerpo flotará parcial o totalmente sumergido en el líquido.

3. Si la densidad del líquido es mayor que la densidad del cuerpo, tendremos que EMPUJE es mayor que Peso del cuerpo, el cuerpo sube o emerge en el líquido.

Cuando una lancha desplaza un peso de agua igual a su propio peso, flota. Todo barco, submarino o dirigible debe diseñarse para desplazar un peso igual a su propio peso. Esto se conoce como Principio de flotación:

«Un cuerpo flotante desplaza un peso de fluido  igual a su propio peso»

Para seguir desarrollando tus competencias en el principio de Arquímedes, ingresa a los siguientes enlaces:

1. FISICA VIRTUAL. Principio de Arquímedes

2. LABORATORIO VIRTUAL. Principio de Arquimedes

3. Principi d’Arquimedes – Genmagic

4. El mar Muerto y el principio de Arquímedes

Problemas del principio de Arquimedes

1.Un cuerpo de 20 cm³ de volumen se sumerge en alcohol (r = 0,82 g/cm³).  ¿Qué empuje experimentará?

2.Un bloque metálico pesa 178400 dinas en el aire y experimenta un empuje de 39200 dinas cuando se sumerge en agua.¿cual es el volumen y la densidad del metal?

3.Un bloque de madera  de r = 0,58 g/cm³ y dimensiones 20cm x 8cm x 4cm flota en el agua. Calcular ¿Qué fracción de volumen  se encuentra sumergida? Y ¿Qué fuerza adicional se debe hacer sobre el bloque para sumergirlo completamente?

4.¿Cuál debe ser la densidad de un fluido para que un cuerpo cuya densidad sea r = 0,68 g/cm³ flote 2/3 de su volumen?

5.Un bloque de acero pesa en el aire 500N y en el agua 350 N ¿Cuál es el peso aparente del acero en el agua?, ¿Cuál es el valor del empuje aplicado por el agua sobre el bloque?

6.Una esfera de hierro de 3 cm de radio se deja caer en un estanque lleno de agua  de 120 cm de profundidad. Calcular: a) el peso de la esfera, b) empuje, c) fuerza resultante d) aceleración de la esfera (sin rozamiento) y e) tiempo que tarda en llegar al fondo.

7.Un bloque de madera (r = 0,6 g/cm³) y dimensiones 80 cm x 10 cm x 5 cm flota en el agua. Calcular la fracción de volumen  se encuentra sumergida.

8.Una lancha tiene un volumen 5 m. ¿Cuántas personas de 50 Kg-f soporta la lancha para no hundirse en el mar?

9.Un iceberg flota en el mar de modo que la parte fuera del agua tiene 12 cm de altura. ¿Cuál es la altura de la parte sumergida?

RESUMEN DE LA UNIDAD

B. HIDRODINAMICA

Conoce más sobre la presión del aire y la temperatura en Experimentores

Proyecto G. Principio de Bernoulli

1. Scientificprotocols. ¿Por qué vuelan los aviones?

2. Aprenda Ingeniería. ¿Cómo vuelan los aviones?

Julio Germán Rodríguez Ojeda.

Por qué vuelan los Aviones…La Fuerza Ascensional. El Principio de Bernoulli en Acción..!!

Principio de BERNOULLI, El Efecto Spray de Agua – Bolitas Suspendidas

E X A M E N  V I R T U A L 

11.01         11.02         11.03        11.04        11.05

NOTA. El estudiante puede hacer su examen a través de THATQUIZ APP descargada en su móvil o celular utilizando su CODIGO QR, siguiendo las siguientes indicaciones:

1. El estudiante instala la THATQUIZ APP en su móvil.

2. Utiliza la APP para escanear el código QR que le facilita el profesor.

3. Cuenta del estudiante está cargado en la APP.

4. Estudiantes pueden completar todos exámenes y ver notas de inmediato.

Comentario virtual

 RECUERDA, lo importante es hacer una conexión entre lo desarrollado en las horas clases con el uso de esta herramienta, por esto, al hacer tus comentarios en la página ten en cuenta las siguientes recomendaciones:

1. Observa los videos con mucha atención, si es necesarios verlos dos o tres veces.

2. No copies conceptos de otras páginas web, saca tus conclusiones de lo que viste en los videos, por ejemplo:

a.  ¿Qué enseñanza te dejo la observación de los videos? o sea que ¿Qué aprendiste de ellos

b.   ¿Qué se te dificulto?

c.  ¿Qué fue lo que más te llamó la atención?

d. ¿Qué inquietudes te gustaría aclarar en las clases?

e. ¿Qué temas desearía abordar a partir de lo visto en los videos?

f. ¿Qué cosas de la experiencia diaria, de la cotidianidad, entendiste a partir de lo discutido en clase?

g. ¿Qué elementos de la experiencia cotidiana te ayudaron a entender los temas  visto en clase?