TEMA: HIDROSTÁTICA
Introducción:
El término hidrostática se refiere al
estudio de los fluidos en reposo. Un fluido es una sustancia que puede escurrir
fácilmente y que puede cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas.
Por lo tanto, dicho término (fluído)
incluye a los líquidos y los gases.
Los fluidos que existen en la naturaleza
siempre presentan una especie de fricción interna o “ viscosidad ” que complica un poco el estudio del
movimiento. Así, sustancias como el agua y el aire presentan poca viscosidad (
escurren fácilmente ) mientras que la miel y la glicerina tienen una viscosidad
elevada.
Para el estudio de la hidrostática es
indispensable el conocimiento de dos cantidades: la presión y la densidad.
PRESION Y DENSIDAD
PRESIÓN:
La
presión se define como la fuerza aplicada a un cuerpo u objeto sobre un área
determinada según la ecuación:
p = F en donde
: p =
presión
A F
= fuerza
A
= área
O lo que es, que la presión (p) ejercida por la fuerza (F ) y el valor del área (A ), es la relación entre la magnitud de F y
el valor del área A, es decir : p = F /
A
Por ejemplo, si en la figura dada el peso
del objeto fuera f = 50 kgf y estuviese
distribuido en un área de 25 cm2, la presión sobre la superficie sería:
P = F/ A
P = 50kgf 2kgf / cm2
25 cm2
R/ p = 2.0 kgf / cm2
Comentario:
Debe observarse que el valor de la presión
no solo depende del valor de la fuerza ejercida,
sino también del área sobre la cual se distribuye la fuerza.
Una vez establecido el valor del área A, la
presión será evidentemente proporcional a la magnitud de la fuerza F. Por
otra parte, una misma fuerza podrá producir diferentes presiones y ello
dependerá del área sobre el cual actúe.
En consecuencia, si el área es pequeña; podríamos obtener
grandes presiones incluso con fuerzas pequeñas.
Nótese en las figuras siguientes:
UNIDADES DE PRESION
Por
definición la presión se expresa p =F
/ A.... vemos que la relación debe estar
dada en unidad de fuerza y unidad de área.
Consideraciones:
·
En el SI la unidad de fuerza es 1 N y la de área 1 m2, entonces
en este sistema la unidad de presión será:
N /m2 .
·
En la
práctica los ingenieros y los técnicos
suelen emplear la unidad de 1 kgf / cm2 . En máquinas y
aparatos USA e ingleses se usa la libra por pulgada cuadrada (lb / plg2 ),
esta como unidad de presión.
·
Cuando
estudiamos los fluidos es común usar milímetros de mercurio ( mm
Hg ) como unidad de presión “ 1 mm Hg es una unidad muy pequeña ” y es
empleada en los laboratorios para medir
la presión de los gases enrarecidos.
·
Cuando
deseamos medir presiones elevadas ( gases comprimidos del vapor de una caldera,
etc. ); empleamos la unidad conocida
como atmósfera (atm ). Una presión de
una atmósfera (1 atm ) es la que ejerce
sobre su base una columna de mercurio de 76 cm de altura ...... por tanto :
1 atm = 76 cm Hg = 760
mm de Hg.
DENSIDAD
La densidad, también denominada “ masa
específica ” del cuerpo se representa por medio de la letra griega ρ (
ro ) y se define de la siguiente manera:
La densidad o masa específica de un cuerpo
es la relación entre la masa y su volumen, o sea
ρ =
m / v
En donde :
ρ
= símbolo para la densidad
m =
masa en kg ó g
v = volumen en metros cúbicos m3
ó cm3 .
En el S.I. la unidad de densidad es
kilogramos entre metros cúbicos ( kg / m3 ). También es utilizada la
unidad de gromos entre centímetros cúbicos ( g / cm3 ).
Ejemplos y Ejercicio Propuestos
1- Un bloque de Al es medido y se encuentra que su masa es de 27 g
y su volumen corresponde a v = 10cm3. ¿ Cuál será la densidad
del Al ?
ρ
= m / v -------- =
27 g
10 cm3
en
donde ρ = 2, 7 g / cm3
2- Un tanque de gasolina tiene en su base un
área A = 0,75 m2 y su altura h = 2, 0 m.
a- ¿ cuál es la masa de la gasolina
contenida en el tanque?
ρ=
m / v --------- m = ρ .
v
el volumen del tanque es v = A . h
------ v = 0,75 m2 . 2,0 m = 1,5 m3
ρ
= 0,70 g / cm3 = 0,70 x 103 kg / m3
Tendremos entonces para la masa de dicha
sustancia:
m = 0,70 x 103 kg / m3 x 1,5 m3
R/ m = 1,05 x 103 kg .
b- ¿ cuál es la presión ejercida por la
gasolina sobre el fondo del tanque ?
p = F /
A F = m x g
F = 1, 05 x 103 kg x 10 m / s2 = 1, 05 x 104 N
p
= 1, 05 x 104 N = 1, 4 x 104 N / m2
0, 75 m2
R/
p = 1, 4 x 104 N / m2
3- Considere una joven de 60 kgf de peso, que esta de pie en
el piso de una sala.
a- Estando descalza, el área total de apoyo de
sus pies sobre el suelo es de 150 cm2. ¿ Qué presión está ejerciendo
sobre el piso ?
b- Si tuviera puestos zapatos para nieve, su
área total de apoyo sería de 600cm2.
En esta caso, ¿cuál sería la presión sobre el suelo ?
4-Un bloque de madera, cuyo volumen es de
500 cm 3; tiene una masa
igual a 300 g , ¿ cuál es la densidad de
esa madera en g / cm3 y kg / m3 ?
5- Un neomático fue llenado de aire a una
presión de 20 lb / plg2.
¿ Cuál es el valor de esa presión en atmósferas ?
PRESION ATMOSFERICA “ LEY DE BOYLE ”
¿Qué es la presión atmosférica ? El aire
como cualquier sustancia cercana a la Tierra, es atraído por ella, es decir; el
aire tiene peso. Debido a esto, la capa atmosférica que envuelve a la Tierra y
que alcanza una altura de decena de kilómetros ejerce una presión sobre los
cuerpos en ella.
Según el experimento de Torricelli (
científico italiano ) concluyó que el valor de la presión atmosférica ( Pa
), equivale a la presión ejercida por una columna de mercurio ( Hg ) de 76 cm
de altura a nivel del mar.
Tenemos entonces que : a > h <
p y a
< h > p
1 Pascal (1Pa) = 76 cm
Hg -------- 1 atm =
760 mm Hg
Por este motivo, una presión de 76 cm de Hg
recibe el nombre de atmósfera y
se emplea para unidad de presión.
La presión atmosférica se mide con el
aparato o instrumento denominado “ BARÓMETRO ” . Esta presión varía con
respecto a la altitud según se muestra en el cuadro siguiente:
Relaciones entre
algunas unidades de presión
1 mm de Hg
= 133 N / m2
1 atm
= 1,01 x 105 N / m2
1 atm
= 1 kgf / cm2
1 kgf / cm2 = 14,2
lb / plg2
Variación de la
presión atmosférica con la altitud
ALTITUD ( m ) Pa ( cm Hg )
0 76
500
72
1000
67
2000
60
3000
53
4000
47
5000
41
6000
36
7000
31
8000
27
9000
24
10000 21
DENSIDADES
Sustancias
( g / cm 3 )
Hidrógeno 0,
000090
Aire 0,
0013
Corcho
0,
24
Gasolina
0,
70
Hielo
0, 92
Agua
1,
00
Agua
de mar 1,
03
Glicerina
1,
25
Aluminio
2,
7
Hierro
7,
6
Cobre
8,
9
Plata
10,
5
Plomo
11,
3
Mercurio
13,
6
Oro
19, 3
Platino
21,
4
VARIACIÓN DE LA PRESION CON LA PROFUNDIDAD
La presión aumenta con la profundidad:
Ya sabemos que la presión atmosférica
disminuye a medida que se asciende en la atmósfera. Naturalmente esto es de
esperar, pues el peso de la capa de aire que ejerce la presión atmosférica en
determinado lugar, será menor cuanto mayor sea la altura del mismo sobre el nivel del mar.
Cuando una se sumerge en el agua de una
piscina, existe una situación parecida. Conforme nos sumergimos, la presión
aumenta, pues el peso de la capa líquida que ejerce la presión en un punto,
será mayor cuanto más grande sea la profundidad de dicho punto según la siguiente figura:
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES:
En el siglo 111 antes de Cristo,
el gran filósofo, matemático y físico griego, Arquímedes; al realizar
cuidadosos experimentos descubrió la manera de calcular el empuje ascendente
que actúa en los cuerpos sumergidos en
líquidos.
Sus conclusiones fueron expresadas en un enunciado que recibe el nombre de “ Principio Arquímedes ”
y en cuyo texto expresa :
“
todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia
arriba, igual al peso del líquido desplazado por el cuerpo ”.
Actividad complementaria de repaso: Hidrostática.
1.
Defina:
·
Hidrostática.
·
Fluido.
·
Presión.
·
Densidad.
·
Empuje ascendente.
·
Viscosidad.
·
Pascal.
·
Barómetro.
·
Ro.
2.
Responda:
ü En
el S.I. la unidad de presión es ___________________
ü Una
atmósfera es igual a ________ mm de Hg.
ü La
presión atmosférica se mide con el instrumento denominado
______________________.
ü La
unidad de densidad en el S.I. corresponde a _______
ü Nombre
con el cual también se le conoce a la densidad __________________________ .
ü La
fórmula de presión es la siguiente _______________.
ü La
fórmula para calculo de densidad es la siguiente __________________ .
3. complete los espacios
correspondientes según lo que se le indica.
Ø Escriba
el nombre de 4 unidades de presión NO establecidas por el S.I.
______________________________ _______________________________________
______________________________ _______________________________________
Ø Siete
campos donde se aplica la mecánica de fluidos corresponden a
_____________________________ _______________________________________
_____________________________ _______________________________________
_____________________________ _______________________________________
LEA,
ANALICE Y RESPONDA EN SU CUADERNO
v Explique
lo que establece el principio de Arquímedes e ilustre con una situación
vivencial de la vida cotidiana.
v Explique
lo que enuncia la Ley de Boyle y refierase a sus aportes realizados a la
humanidad.
v Justifique
la causa del dolor de oídos cuando nos sumergimos a gran profundidad en las
aguas.
v Explique
cómo se mide la presión de un gas contenido en un tanque.
v ¿Qué
explica el que podamos tomar refresco haciendo uso de una pajilla?
v Explique
una característica fundamental de los líquidos en reposo.
v Nombre
y explique cada uno de los campos principales en que se subdivide la mecánica
de fluidos.
v Enumere
una lista de las aplicaciones de la mecánica de fluidos en el quehacer diario.
v ¿Qué
estudia la hidráulica.
v ¿Por
qué razón no se puede cargar un barco con la misma cantidad de masa en agua
dulce que en agua de mar? Justifique su respuesta.
TEMA: FUERZAS
GUIA DE TRABAJO: REALIZAR INDIVIDUALMENTE.
1- Realice un resumen no menor a media página sobre
el concepto de fuerza ( página
94-95 ).
2- Explique qué establece el “principio de inercia” según
el científico Italiano Galileo Galilei.
3- ¿ Es válido el principio de inercia en situaciones
reales, o sólo en teoría? Justifique su respuesta.
4- A qué se denomina inercia?; considere también el
concepto de la Real Academia Española.
5- A qué se
denomina fuerza, de qué son responsables
y cuál es la unidad según el SI.
6- Ilustre cuatro ejemplos de fuerzas elementales y de
nombre a cada una.
7- Explique lo que
establece la Primera Ley de Newton e ilustre
mediante un ejemplo.
8- Explique lo que establece la Segunda Ley de Newton e
ilustre mediante un ejemplo.
9- Explique lo que establece la tercera Ley de Newton e
ilustre mediante un ejemplo; cite las características que presenta.
10. Defina las siguientes unidades: un newton, una dina,
un kilogramo fuerza, peso de un cuerpo, masa...
11. Cómo se expresa el peso de un cuerpo: justifique.
12. Explique la relación entre peso y masa.
13. Explique lo que establece la Ley de Gravitación
Universal de Isaac Newton.
14. Realice un resumen de la página 117 del libro Física
10°, estableciendo la relación entre Tolomeo, N. Copérnico, T. Brahe y Johannes
Kepler
15. Explique e ilustre cada una de las leyes de Kepler.
16. Defina campo gravitatorio, fuerza de contacto, normal y de rozamiento,
fuerzas elásticas.
TEMA: FUERZAS
CONCEPTO:
La
fuerza es el agente capaz de deformar un cuerpo o de cambiar el estado de
reposo o de movimiento de un cuerpo.
La unidad de fuerza en el SI es el newton y se
abrevia ( N ). La fuerza es una
cantidad vectorial y su acción es necesaria para cambiar la inercia de un cuerpo.
Cuando en un cuerpo actúan varias fuerzas, se debe
calcular la fuerza resultante de ese sistema de fuerzas; dado que la fuerza
resultante produce por si sola, el mismo efecto que producen todas las fuerzas
que actúan simultáneamente sobre el cuerpo.
Las fuerzas son las responsables de mantener la estructura y forma de las cosas. Así fuerzas
eléctricas y nucleares las son las principales responsables de mantener la
estructura de la materia, desde el nivel nuclear, atómico y molecular; hasta el
nivel macroscópico en puentes y edificios por ejemplo.
Las fuerzas gravitacionales son las responsables
de mantener la configuración del sistema solar.
INERCIA:
La
inercia es la tendencia de los cuerpos de mantener el estado de reposo o de
movimiento uniforme rectilíneo.
La masa y la inercia mantienen una relación directa, de
manera que entre más inercia tiene un cuerpo mayor masa posee. La masa es una
cantidad escalar que indica la cantidad
de materia de un cuerpo, y esa cantidad de materia que conforma al cuerpo será siempre la misma;
no importa el lugar donde se encuentre.
Cantidad de Movimiento Lineal de un Cuerpo
La cantidad de movimiento, llamada también “ ÍMPETU
” es una cantidad vectorial cuya
dirección es la misma de la velocidad, y es igual al producto de la masa por la
velocidad instantánea del cuerpo.
p = m
x v
Donde : p = cantidad de movimiento
m = masa
v =
velocidad
En su forma escalar,
para calcular la magnitud
P = m xv
Las unidades de cantidad de movimiento en el SI son:
unidad de masa ( kg ) por unidad de velocidad
( m / s ) igual kg x m / s.
LEYES DE NEWTON
Primera Ley de Newton:
“ Todo cuerpo conserva su estado de reposo, o de
movimiento uniforme rectilíneo, mientras ninguna fuerza externa actúe sobre el
”.
El enunciado anterior se conoce como Ley de la Inercia de Galileo Galilei,
y contempla aquellos casos en que sobre un cuerpo actúan varias fuerzas pero
la Fuerza Resultante Sobre el es Nula.
Así la única forma de que un cuerpo acelere es que sobre el actúe una
fuerza no equilibrada.
En la naturaleza podemos mencionar algunas situaciones en
las que se relaciona esta primera ley de Newton.
Cuando un autobús frena repentinamente, los pasajeros son
arrojados hacia delante dentro del bus que es el que recibe la fuerza para
detenerse, mientras que los pasajeros al no recibir esta fuerza, tienden por
inercia a seguir con la velocidad que traían.
En el vuelo espacial libre el desplazamiento de una nave
es rectilíneo y uniforme, y el movimiento se mantiene por inercia dada la
ausencia de fuerzas de roce ( por el
vacío ) y fuerzas de atracción
gravitatoria (Ingravidez ).
Una piedra atada al extremo de una cuerda se hace girar; en el momento en que la cuerda
se rompe, la piedra sale despedida tangencialmente a la trayectoria circular
por acción de su inercia.
Segunda Ley de Newton: F = m.a
“ La aceleración que un cuerpo experimenta es
directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el, e inversamente
proporcional a la masa del cuerpo ”.
Del enunciado anterior se deduce la expresión simbólica
de la segunda ley de Newton en la forma:
F = m
x a
Donde : F = fuerza resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, y la
dirección de esta fuerza y la dirección de la aceleración son la misma.
m = masa del cuerpo que acelera.
a = la
aceleración que el cuerpo experimenta en la
misma dirección de la fuerza resultante.
Las unidades de fuerza en el SI son unidades de masa (kg) por unidades de aceleración (m / s2
) .
En el
MKS 1 newton = 1 kg x 1 m / s2 = 1 kg x m /s2 = 1N
Ejemplos:
1_ ¿ Qué fuerza es necesaria para provocarle a una masa de 2 x 105 g una aceleración
de 40 m / s2 ?
Datos:
m = 2 x 105
g formula solución:
a = 40
m/s2 F = m x a 2 x 105 g x 1 kg = 2 x 102
kg
f = ? 103 g
F
= 2 x102
kg x 40 m / s2
F
= 80 x 102 kg. m / s2
FFFFF
= 8 x 103 N
2- Una fuerza de
500N se aplica a un cuerpo de 10 kg de
masa que se encuentra en reposo. Suponga
que NO hay fricción y encuentre:
Aceleración que experimenta el cuerpo,
Su velocidad en 4.0
s.
Datos: formulas: solución:
F = 500
N a = F / m a= 500 N
m = 10
kg Vf = Vi +
a . t
10 kg
Vf =
? ( a los 4 s ) a = 50 m / s2
Vi = 0
a = ? * Vf = o m/s + 50 m/s2 . 4 s
R/ Vf = 200 m / s
TERCERA LEY DE NEWTON
“ Cuando dos
cuerpos interactúan , las fuerzas de
interacción son siempre de igual magnitud, dirección opuesta y actúan sobre
cuerpos diferentes ”.
Esta ley se conoce como la LEY DE LA ACCIÓN Y LA
REACCIÓN, porque la fuerza que produce la acción actúa sobre un cuerpo y este a
su vez, responde con una fuerza de reacción sobre el primero. Estas fuerzas se
producen simultáneamente, por lo tanto ACTÚAN DURANTE EL MISMO TIEMPO y como
actúan sobre cuerpos diferentes NUNCA SE ANULAN, para que se equilibren
deberían aplicarse sobre el mismo cuerpo y esto nunca sucede.
Características de Esta Ley:
Las tres características de las fuerzas garantizadas por la tercera ley de
Newton nos indican que:
las fuerzas son de igual magnitud.
Las fuerzas son de dirección opuesta,
Las fuerzas actúan sobre cuerpos diferentes.
Lo anterior puede resumirse en la siguiente expresión,
que nos permite recordar la tercera ley, en forma breve:
Fa,b = _ Fa,b
Las fuerzas de interacción entre dos cuerpos son
siempre de igual magnitud, de dirección opuesta y actúan sobre cuerpos
diferentes
Hay quienes estudian esta ley y la cuestionan porque no
les parece cierta, aducen por ejemplo que :
¿ cómo va a ser igual la fuerza
del guante del campeón mundial sobre la quijada de su oponente, a la fuerza de
la quijada sobre el guante, si el retador queda tendido en el suelo.
El problema consiste en que se le está pidiendo a esta
ley algo que NO dice ; la ley no
establece que los efectos sean iguales, sino que las fuerzas son de igual
magnitud.
Algunos ejemplos donde se aplica esta ley se denotan en las siguientes ilustraciones:
LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL
A través del estudio de las leyes de Kepler, Isaac Newton
llegó a darse cuenta de que la fuerza
entre un planeta y el sol es
inversamente al cuadrado de la distancia que los separa y es proporcional a sus masas.
Las leyes del movimiento planetario expuestas por
Johannes Kepler se resumen de la siguiente
manera:
LEYES DE KEPLER
Primera ley :
“ Cada planeta se mueve alrededor del sol, en una
órbita elíptica, con el sol en uno de sus focos”
Segunda ley :
“
La recta que une al sol con el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales
”.
Tercera ley :
“ Los cuadrados de los períodos de revolución
de cualquier planeta es proporcional al cubo del semieje mayor (radios) de sus
órbitas ”.
ENUNCIADO DE LA LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL
“ La fuerza de atracción del sol sobre un planeta es
proporcional al producto de sus masas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que hay entre ellos ”.
o
“ Dos cuerpos cualesquiera se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus
masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre
ellos ”.
UNIDAD:
HIDROSTÁTICA
Introducción:
El
término hidrostática se refiere al estudio de los fluidos en reposo. Un fluido
es una sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede cambiar de forma debido
a la acción de pequeñas fuerzas. Por lo tanto, dicho término (fluido) incluye a los líquidos y los gases.
Los
fluidos que existen en la naturaleza siempre presentan una especie de fricción
interna o “viscosidad” que complica un
poco el estudio del movimiento. Así, sustancias como el agua y el aire
presentan poca viscosidad (escurren fácilmente) mientras que la miel y la
glicerina tienen una viscosidad elevada.
Para
el estudio de la hidrostática es indispensable el conocimiento de dos
cantidades: la presión y la densidad.
Los
fluidos son de suma importancia en la vida del ser humano, ya que conforman la
vida misma.
Es
por medio de los fluidos que inicia el milagro de la vida, y es posible
mantenerla tanto por el aire que se respira, como por el agua que se toma.
Hidrostática
|
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que
existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Agua de
mar: fluido salobre.
|
Reciben el nombre de fluidos
aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente
que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez.
Son fluidos tanto los líquidos
como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a
la acción de fuerzas pequeñas.
Los principales teoremas que
respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
PRESION Y DENSIDAD
Presión:
La
presión se define como la fuerza aplicada a un cuerpo u objeto sobre un área
determinada según la ecuación:
p = F.………..en donde: p =
presión (N/m2) = 1
pascal (Pa)
A F
= fuerza (N)
A
= área (m2)
O
lo que es, que la presión (p) ejercida
por la fuerza (F) y el valor del área (A),
es la relación entre la magnitud de F y el valor del área A, es decir : p = F /
A
Por
ejemplo, si en la figura dada el peso del objeto fuera f = 50 kgf y estuviese distribuido en un área
de 25 cm2, la presión sobre la superficie sería:
P = F/ A
P = 50kgf = 2kgf / cm2
25 cm2
R/ p = 2.0 kgf
/ cm2
Comentario:
Debe observarse que el valor de la presión no solo
depende del valor de la fuerza ejercida,
sino también del área sobre la cual se distribuye la fuerza.
Una
vez establecido el valor del área A, la presión será evidentemente proporcional
a la magnitud de la fuerza F. Por otra parte, una misma fuerza podrá producir
diferentes presiones y ello dependerá del área sobre el cual actúe.
En
consecuencia, si el área es pequeña;
podríamos obtener grandes presiones incluso con fuerzas pequeñas.
Nótese
en las figuras siguientes:
UNIDADES
DE PRESION
Por
definición la presión se expresa p =F
/ A.... vemos que la relación debe estar
dada en unidad de fuerza y unidad de área.
Consideraciones:
En
el SI la unidad de fuerza es 1 N y la de área 1 m2, entonces
en este sistema la unidad de presión será:
N
/m2 que equivalente a 1
Pascal (Pa), 1Pa = 1 N/m2
En
la práctica los ingenieros y los técnicos
suelen emplear la unidad de 1 kgf / cm2 . En máquinas y
aparatos USA e ingleses se usa la libra por pulgada cuadrada (lb / plg2 ),
esta como unidad de presión.
Cuando
estudiamos los fluidos es común usar milímetros de mercurio (mm Hg) como unidad de presión “ 1 mm Hg es
una unidad muy pequeña ” y es empleada
en los laboratorios para medir la presión de los gases enrarecidos.
Cuando
deseamos medir presiones elevadas (gases comprimidos del vapor de una caldera,
etc. ); empleamos la unidad conocida
como atmósfera (atm ). Una presión de
una atmósfera (1 atm ) es la que ejerce
sobre su base una columna de mercurio de 76 cm de altura ...... por tanto :
1
atm = 76 cm Hg = 760 mm de Hg.
DENSIDAD
La
densidad, también denominada “ masa específica
” del cuerpo se representa por medio de la letra griega ( ro ) y se define de la siguiente
manera:
La
densidad o masa específica de un cuerpo es la relación entre la masa y su
volumen, o sea
ρ= m / v
En
donde : ρ=
símbolo para la densidad
m =
masa en kg ó g
v = volumen en metros cúbicos m3
ó cm3 .
En
el S.I. la unidad de densidad es kilogramos entre metros cúbicos ( kg / m3
). También es utilizada la unidad de gromos entre centímetros cúbicos ( g / cm3
).
Ley de Boyle
Relación entre la presión y el
volumen de un gas cuando la temperatura es constante. Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme
Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus
trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos
esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
La
ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es
inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es
constante.
El
volumen es inversamente proporcional a la presión:
•Si la presión
aumenta, el volumen disminuye.
•Si la presión disminuye, el volumen aumenta. |
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar el volumen, las partículas
(átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente
y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto
significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de
choques del gas contra las paredes.
Cuando disminuye el volumen la
distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se
producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que si la
cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la
presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. Como hemos visto, la
expresión matemática de esta ley es:
(el producto de la presión por el
volumen es constante)
que es otra manera de expresar la ley de Boyle.
Ejemplo: 4.0 L de un gas están a 600.0 mm Hg de presión.
¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mm Hg?
Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P1V1 = P2V2.
(600.0 mm Hg)
(4.0 L) = (800.0 mm Hg) (V2)
Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo
volumen de 3 L.
PRESION ATMOSFERICA “LEY DE BOYLE”
¿Que
es la presión atmosférica? El aire como cualquier sustancia cercana a la
Tierra, es atraído por ella, es decir; el aire tiene peso. Debido a esto, la
capa atmosférica que envuelve a la Tierra y que alcanza una altura de decena de
kilómetros ejerce una presión sobre los cuerpos
en ella.
Según
el experimento de Torricelli (científico italiano) concluyó que el valor de la presión atmosférica ( Pa
), equivale a la presión ejercida por una columna de mercurio ( Hg ) de 76 cm
de altura a nivel del mar.
Tenemos
entonces que: a > h < p
y a < h
> p
1
Pascal (1Pa) = 76
cm Hg
-------- 1 atm = 760 mm Hg
Por
este motivo, una presión de 76 cm de Hg recibe el nombre de atmósfera y se emplea para unidad de presión.
La
presión atmosférica se mide con el aparato o instrumento denominado “ BARÓMETRO
” . Esta presión varía con respecto a la altitud según se muestra en el cuadro
siguiente:
VARIACIÓN
DE LA PRESION CON LA PROFUNDIDAD
La presión aumenta con la profundidad:
Ya
sabemos que la presión atmosférica disminuye a medida que se asciende en la
atmósfera. Naturalmente esto es de esperar, pues el peso de la capa de aire que
ejerce la presión atmosférica en determinado lugar, será menor cuanto mayor sea
la altura del mismo sobre el nivel del mar.
Cuando
una se sumerge en el agua de una piscina, existe una situación parecida.
Conforme nos sumergimos, la presión aumenta, pues el peso de la capa líquida
que ejerce la presión en un punto, será mayor cuanto más grande sea la
profundidad de dicho punto según la
siguiente figura:
PRINCIPIO
DE ARQUIMEDES:
En
el siglo III antes de Cristo, el gran filósofo, matemático y físico griego,
Arquímedes; al realizar cuidadosos experimentos descubrió la manera de calcular
el empuje ascendente que actúa en los
cuerpos sumergidos en líquidos.
Sus
conclusiones fueron expresadas en un enunciado que recibe el nombre de “Principio Arquímedes” y en cuyo texto
expresa:
“Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje vertical
hacia arriba, igual al peso del líquido desplazado por el cuerpo”.
Comentario:
Para
que usted pueda comprender mejor el
principio de Arquímedes, vamos a analizar la situación presentada en la figura siguiente:
1-
Suponga que el bloque de madera se introduce parcialmente en el agua como lo
muestra la fig. 8.25-a.
Como
esta desplazando cierto volumen de líquido
recibe un empuje ascendente E, de magnitud igual al peso del agua
desplazada. Por ejemplo si el trozo desplazara 2 litros de agua, el empuje que
recibiría sería igual al peso de 2
litros de agua; es decir, E = 2 kgf.
2- Si
hundimos más el cuerpo en el agua (fig.8.25-b),
el volumen que desplazará será mayor, y el valor de empuje aumentará.
Por ejemplo si el volumen desplazado fuera ahora de 5 litros, el empuje
sería E = 5.0 kgf. Uno se puede dar
cuenta del aumento de este empuje porque
tendrá que emplear más fuerza para lograr sumergir el bloque.
3-
Cuanto mayor sea el volumen de agua que se desplace, tanto mayor será el empuje
que reciba. En la fig. 8.25-c, el bloque ya se encuentra totalmente sumergido,
y por lo tanto, desplaza la máxima cantidad de agua posible. En este caso el
volumen de agua desplazado es igual al
volumen del propio cuerpo.
Entonces,
si el volumen del bloque es de 6 litros, estará desplazando 6 litros de agua y
recibe así un empuje E = 6 kgf (peso
del agua desplazada).
Una
vez que el cuerpo estuviera total mente sumergido, aunque lo hundamos otro
poco; el valor del empuje NO aumenta, pues el volumen del líquido desplazado
permanece constante, igual al volumen del cuerpo en cuestión.
