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Colegio Calasanz

Compendio de física octavo

La física es una de las ciencias naturales que se encarga del estudio de la energía, la materia y el espacio-tiempo, así como las interacciones de estos tres conceptos entre sí. El término proviene del lat. Physica, y este del gr. τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός, 'natural, relativo a la naturaleza'.

La física es significativa e influyente, no solo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía

La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.

Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Eratóstenes, Aristarco, Epicuro o Aristóteles, y fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, Leonhard Euler, Joseph-Louis de Lagrange, Michael Faraday, William Rowan Hamilton, Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell, Hendrik Antoon Lorentz, Albert Einstein, Niels Bohr, Max Planck, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Richard Feynman, Stephen Hawking, Edward Witten, entre muchos otros.

El Método Científico es un sistema de investigación empleado más que nada en la producción de conocimiento científico, que estipula la medición y el criterio empírico como sus bases indispensables, así como el sometimiento a las pruebas del razonamiento. Esto significa que el método científico es un mecanismo de análisis que permite, en teoría, discernir las experiencias científicas de las que no lo son.

Los 6 Pasos del Método Científico y sus Características. Los pasos del método científico sirven para responder a una pregunta científica de una forma organizada y objetiva. ... Pregunta, observación, hipótesis, experimento, análisis de datos, conclusiones.

Observación. Se denomina así al paso inicial que comprende fijar los sentidos en la naturaleza y sus fenómenos, para recabar la información y el contexto necesario para pensar el problema.

Inducción. Se intenta extraer el principio fundamental o los elementos de base del fenómeno observado.

Hipótesis. Se elabora una explicación provisional o de trabajo que dé respuesta a las interrogantes planteadas.

Experimentación. Se intenta comprobar la hipótesis establecida mediante la reproducción del fenómeno en un ambiente controlado.

Antítesis o refutación. Se intenta refutar la hipótesis con un contraejemplo experimental para demostrar su universalidad.

Tesis o teoría. En caso de no poder refutarla, se propone una teoría científica. De ser refutada, en cambio, o de no ser comprobable experimentalmente, se emplean los resultados para afinar la hipótesis y volver a avanzar. Para muchos una teoría no es más que una hipótesis que no ha podido aún ser refutado.

Por ejemplo, supongamos que siempre tienes mucho sueño durante tu clase de matemáticas.

Tu observación es: Sueño en clase de matemáticas.

Una hipótesis posible es: Tienes sueño en la clase de matemáticas porque no duermes lo suficiente la noche anterior.

Para realizar el experimento que compruebe o refute la hipótesis, es muy importante que no cambies nada en tu comportamiento, salvo las horas de sueño: debes desayunar lo mismo, sentarte en el mismo lugar de la clase, hablar con las mismas personas.

Experimento: La noche antes de la clase de matemáticas irás a dormir una hora antes de lo acostumbrado.

Si dejas de tener sueño durante la clase de matemáticas luego de realizar el experimento en repetidas ocasiones (no olvides la importancia de realizar el experimento varias veces) la hipótesis será confirmada.

Si continúas teniendo sueño, deberás desarrollar nuevas hipótesis.

Por ejemplo:

· Hipótesis 1. Una hora de sueño no fue suficiente. Repetir el experimento aumentando dos horas de sueño.

· Hipótesis 2. Otro factor interviene en la sensación de sueño (temperatura, alimentos consumidos durante el día). Se diseñarán nuevos experimentos para evaluar la incidencia de otros factores.

· Hipótesis 3. Es la matemática lo que te da sueño y por lo tanto no hay forma de evitarlo.

Como puede verse en este simple ejemplo, el método científico es exigente al momento de sacar conclusiones, en especial cuando nuestra primera hipótesis no es comprobada.

Las diversas ramas de la física

.1- Mecánica

Esta rama de la física estudia el movimiento de los objetos en el espacio o el efecto de las diferentes fuerzas sobre ellos. Se trata probablemente de una de las ramas de la física que más se suelen identificar como tal.

2-Termodinámica

Rama de la física centrada en el estudio de todos aquellos fenómenos vinculados a la temperatura, sus variaciones, la generación y transmisión de la energía calorífica y los efectos que dichos cambios generan sobre los cuerpos.

3-. Óptica

La óptica puede entenderse como el estudio físico de los fenómenos vinculados a la energía lumínica. Se estudia el comportamiento y propiedades de la luz (por ejemplo la difracción, polarización o dispersión), su interacción y efectos sobre los cuerpos o incluso su percepción por parte del ser humano. Asimismo, observa la luz como partícula y como onda a la vez

4-. Electromagnetismo

Parte de la física que estudia los fenómenos electromagnéticos. Incluye el estudio combinado de la electricidad y el magnetismo, dado que se ha demostrado que ambos conceptos están relacionados. Sin embargo también puede estudiarse uno de estos fenómenos por separado.

Y Mecánica cuántica, Física nuclear, Astrofísica, Biofísica, Biofísica

UNIDAD I Movimientos

Las magnitudes fundamentales son aquellas magnitudes físicas elegidas por convención que permiten expresar cualquier magnitud física en términos de ellas.1 Gracias a su combinación, las magnitudes fundamentales dan origen a las magnitudes derivadas.2 Las siete magnitudes fundamentales utilizadas en física adoptadas para su uso en el Sistema Internacional de Unidades son la masa, la longitud, el tiempo, la temperatura, la intensidad luminosa, la cantidad de sustancia y la intensidad de corriente

Para la longitud se usa el metro (m); 1kms = 1000m 1m =100cms 1cms =10mm 1mi = 1.6kms

Para la masa se usa el kilogramo (kg); 1kg =1000g 1kg =2.2 lbras

Para el tiempo se usa el segundo (s); 1h = 60min 1 h = 3600 seg 1 d = 24h

1N = 1 kg m/s2

Ejercitación; recuerda usar regla d tres en cada ejercicio

Si para un valor A de una magnitud, tenemos un valor B de la otra magnitud, para un valor de C de la primera magnitud, a la segunda magnitud le corresponderá un valor de X

Si 3 kilos de naranjas cuestan 4,00 $, ¿cuántos kilos de naranjas se pueden comprar con 32,00 $?

A más kilos más dinero, luego hay que usar una regla de tres directa:

Convertir :

i)5.3 kms a m ii) 820mm a cms y m iii ) 870g a kg

iv ) 2.1 h a minutos y segundos v) 245 lbs a kg vii ) 3.2 kg a lbs

viii) 3800 m a kms y mí ix) 45 kms/h a m/s y mi /h

h) EXPERIENCIA DE LABORATORIO Nº 1

TEMA: EL PROCESO DE MEDICION

Objetivos: Adquirir el concepto de magnitud diferenciando las diferentes magnitudes.

Definir qué es medida de una cantidad y unidad de medición.

Utilizar correctamente distintos instrumentos de medición.

A.

MEDICIÓN DE LONGITUD

:

Objetivo

: medir el ancho de una hoja de carpeta

Materiales

: 1 hoja de carpeta; 1 regla milimetrada.

Procedimiento:

Coloque la regla en forma paralela al ancho de la hoja de carpeta.

Haga coincidir el cero de la escala con un extremo de la hoja. Sujete firmemente. Lea cuál es la división de la regla que coincide con el extremo de la hoja (al hacer las lecturas coloque la vista en forma paralela sobre el punto que quiere medir para evitar el error de para-laje).

Anote el resultado: a) en centímetros:....... b) en milímetros:......................................

Cuestionario:

¿Cuáles son los constituyentes del resultado?................................................................................

............

¿Cuáles son las unidadesutilizadas?................................................................................................

¿Cuál es el instrumento de medida usado?.....................................................................................

.............cuál es la magnitud considerada?....................

I) Investiga la escritura en notación científica

Movimiento cambio de posición que experimenta un cuerpo respecto a un sistema de referencia.

En cinemática, trayectoria es el lugar geométrico de las posiciones sucesivas por las que pasa un cuerpo en su movimiento. La trayectoria depende del sistema de referencia en el que se describa el movimiento; es decir el punto de vista del observador

En la dinámica del punto material, se entiende por desplazamiento el vector o segmento recto orientado que une la posición inicial con otro punto genérico de la trayectoria. Este uso del vector desplazamiento permite describir en forma completa el movimiento y el camino de una partícula.

Ejemplo de desplazamiento

Si una persona sale desde su casa a caminar 200 metros hacia el sur, donde está el parque,  y luego regresa a su casa, el resultado del desplazamiento total del día será de cero, al considerar que su casa fue el punto inicial y el punto final.

Ahora, si solo se toma en cuenta el desplazamiento desde su casa hasta el parque, el desplazamiento sería de 200 metros al sur.

Y el desplazamiento total?

Tipos de movimientos:

Según la forma de la trayectoria, un movimiento puede ser rectilíneo o curvilíneo.

1.1- Movimiento rectilíneoCuando la trayectoria de un móvil es recta, la velocidad lleva siempre esa misma dirección. A este tipo de movimiento lo llamamos movimiento rectilíneo.

a- Movimiento rectilíneo uniforme

Un movimiento rectilíneo uniforme (MRU) se caracteriza por tener una trayectoria rectilínea y una velocidad constante. Un tren realiza un movimiento rectilíneo, ya que avanza por una línea recta. Además, durante largos tramos mantiene la misma velocidad

b- Movimiento rectilíneo uniformemente variadoEl movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) tiene una trayectoria recta y su aceleración es constante; es decir, aumenta y disminuye de manera constante.

2.1- Movimientos curvilíneosSi la trayectoria del móvil es una línea curva, la velocidad lleva siempre la dirección tangente a la trayectoria en cada punto.  En este caso hablamos de movimientos curvilíneos.

a- Circular: la trayectoria del móvil es una circunferencia. Si lo que gira da siempre el mismo número de vueltas por segundo, decimos que posee movimiento circular uniforme (MCU).

b- Parabólico: La trayectoria del móvil es una parábola. Este movimiento se descompone en un movimiento horizontal y uno vertical.

c- Elíptico: es un caso de movimiento acotado en el que una partícula describe una trayectoria elíptica.

Velocidad

Rapidez y velocidad son dos magnitudes cinemáticas que suelen confundirse con frecuencia.

La rapidez es una magnitud escalar que relaciona la distancia recorrida con el tiempo.

 La velocidad es el cambio de posición de un objeto (desplazamiento) en un tiempo determinado con la dirección y el sentido del movimiento.

Tanto la rapidez como la velocidad se calculan dividiendo una longitud entre un tiempo, sus unidades también serán el cociente entre unidades de longitud y unidades de tiempo. Por ejemplo v = donde d es la distancia o espacio recorrido unidad m, t el tiempo , unidad seg ; v es la velocidad unidad m/s , kms/h , mi/h

En el Sistema Internacional, la unidad para la rapidez media es el m/s (metro por segundo)

El tiempo es el intervalo de duración de un fenómeno y su unidad es el segundo. Para movernos de un punto a otro lo hacemos en un determinado tiempo.

Ejercitemos

1-La velocidad de la luz en el vacío es c = 300 000 km/s. La luz del Sol tarda en llegar a la Tierra 8 minutos y 19 segundos. Calcular la distancia entre el Sol y la Tierra.

Datos ecuacion

V = c =3000 000km/s = 3000 000 000m/s

t= 8min y 19 seg = 499 seg v = d = v t

d = ? v = (3000 000 000m/s )( 499 seg ) =1497000 000 m =

1497 000 kms o sea hay casi 150 millones de kilómetros el Sol y la Tierra

2- un conejo recorre 1.3 kms en 0.3 minutos ¿Cuál es su velocidad?

datos ecuacion

d= 1.3kms = 1300 m v = v= = 72.2 m/seg

t= 0.3min = 18 seg

3.- Un móvil viaja a 23 mi/h ¿Qué distancia recorre en .4 minutos?

4- Un perro recorre 2.3 millas en 2.2 minutos ¿Cuál es su velocidad?

5-Un corredor de pista y campo corre los 400 m en 0.33 minutos ¿Cuál es su velocidad en kms /h y mi/h?

6- Un venado corre 190m en 5 segundos ,y en una segunda carrera ,recorre 95men dos segundos .¿Dónde fue mayor su velocidad ?

7-Un leopardo mantiene por espacio de 15 segundos una velocidad de 80kms/h ¿Qué distancia recorrió?

8-¿Calcule la velocidad de un auto que recorre 160kms en 47 minutos? Exprésela en kms/h / m/s

9- calcule la distancia que recorre un auto que viaja a 45kms / h en 2.4 minutos.

Unidad II

Fuerza y Masa

Las fuerzas surgen cuando interactúan dos o más cuerpos.ejm cuando el esquimero jala el carrito, el portero detiene el balón, colisión de dos autos,etc.

1-Para la física, la fuerza es cualquier acción, esfuerzo o influencia que puede alterar el estado de movimiento o de reposo de cualquier cuerpo. Esto quiere decir que una fuerza puede dar aceleración a un objeto, modificando su velocidad, su dirección o el sentido de su movimiento.

Según la definición que hace la física de este concepto, la fuerza es el resultado de la masa de algo por su aceleración (F= masa x aceleración) ,su unidad de medida es el Newton(N) dependiendo de la perspectiva y de los resultados se dividen en tres tipos de fuerzas:

*Eléctrica (se realiza con una fuente de energía que se mueve a una velocidad determinada dentro de un campo magnético, transformando la energía en electricidad);

*Mecánica (producida mediante un objeto mecánico con una determinada intensidad y que provoca cambios en el receptor);

*Magnética (ejercida de un polo a otro y como consecuencia del movimiento de partículas cargas, electrones por ejemplo.

Además 1N = 1kg m/seg2

1.1Los elementos de la fuerza

· Punto de aplicación: Es el lugar donde se aplica la fuerza.

· Dirección: Es la línea sobre la cual actúa la fuerza. ...

· Sentido: Indica hacia donde se aplica o dirige la fuerza. ...

· Intensidad o magnitud: Es el tamaño del vector de acuerdo con la escala que se está utilizando.

1.2 Medición de la Fuerza

El dinamómetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para calcular el peso de los objetos. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en el estiramiento de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición

Decimos que dos o más fuerzas son concurrentes cuando la dirección de sus vectores o sus prolongaciones se cortan en al menos un punto. En otro caso estaremos hablando de fuerzas no concurrentes o paralelas.

1.3 Suma de fuerzas concurrentes

Cuando un cuerpo sufre la acción de dos o más fuerzas (sistema de fuerzas), sus efectos pueden ser sustituidos por la acción de una única fuerza denominada fuerza resultante. El proceso mediante el cual se calcula la fuerza resultante recibe el nombre de suma de fuerzas.

La fuerza resultante o fuerza total de un sistema de fuerzas se obtiene mediante la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo:

∑F→=F1−→+F2−→+F3−→+...+F

Ejemplos.

1-Dos amigos, uno más corpulento y otro más delgado, empujan un sofá en la misma dirección y sentido. El primero de ellos ejerce una fuerza de 11 N y el segundo 7 N. ¿Cuál es la fuerza resultante con la que empujan el sofá?

FR = F1 + F2FR = 11 N + 7 NFR = 18 N

¿Cuál es la resultante si el primero empuja hacia la izquierda y el segundo hacia la derecha?

2- Encuentra la resultante que actúa sobre la caja

F1 F3

F2

· Si F1 = 12N F2 = 8N F3 = 25N

· SI F1 =17N F2 =24N F3 = 28 N

· SI F1 = -18N F2 = -24N F3 = -28 N

· Si F1 = 25 N F2 =4.5 N F3 = 5.9 N

· Elabore un dibujo donde se evidencie la aplicación cuatro fuerzas sobre un mismo cuerpo.

· Utilice una liga de hule o cola y ata una a continuación de la otra tres cuerpos pequeños sobre la liga .Anote y comente con tu compañero la referente a :

· Lo que ocurre a la liga al ir colgando poco a poco los cuerpos

· La dirección y sentido en que actúan las fuerzas ejercidas sobre la liga.

· ¿Cómo determinar la magnitud de la fuerza ejercida sobre la liga?

· Si son o no colineales estas fuerzas. Fundamente su respuesta.

1.4 Algunos tipos de Fuerza en la Naturaleza

· Fuerza Normal: La fuerza normal es un tipo de fuerza de contacto ejercida por una superficie sobre un objeto. ...

· Fuerza de Tensión: ...

· Fuerza de rozamiento o de fricción: ... .

· Fuerza gravitatoria: fuerza con que la Tierra atrae a todos los hacia su centro

Su expresión matemática es fg = mg donde m es la masa unidad kg y g la aceleración de la gravedad cuyo valor es g= 9.8 m/s2 .

1) Una caja de 19 libras se coloca sobre una mesa ¿con que fuerza actúa la Tierra sobre la caja?

2) La Tierra atrae un cuerpo con una fuerza de 98 Cuál es la masa del cuerpo? Y en la Luna tendría la misma masa? ¿Y la misma fuerza?

3) Sabiendo que la masa de un cuerpo es de 12.4 kg, determine la magnitud de la fuerza de gravedad que actúa sobre el cuerpo.

4) Si la masa de un cuerpo es 250 g ¿Cuál es la fuerza de gravedad que actúa sobre el cuerpo?

1.5 El peso de los cuerpos

A la fuerza que surge en el área de contacto o en el punto de suspensión al interactuar dos cuerpos se le llama Peso.

Expresión matemática es: P = mg

1-¿Con que intensidad tira hacia abajo un cuerpo en el punto donde se encuentra apoyada si su masa es de 35.2 kg?

2- Si el peso de un cuerpo es de 48 N ¿Cuál es su masa?

3- Determine el peso de una persona de masa 58 libras.

4- Calcula el peso de un cerdo de 210 libras.

1.6 Fuerza Elástica

La Fuerza que surge en los cuerpos debido a la deformación a la cual se encuentran sometidos se llama fuerza elástica.

Expresión matemática es : Fe = -k x

Donde k es la constante elástica propia de cada resorte, unidad N/c m; x es el estiramiento o elongación, con la capacidad de retomar su distancia original unidad cms.

Ejemplo

1-La constante elástica de un resorte es 0.6 N/cms a sufrido un estiramiento de 6.3 cms ¿Cuál es la magnitud de la fuerza elástica que origina esta deformación en el cuerpo?

Datos Fe = -kx

K=0.6 N/cms = (0.6 N/cms) ( 6.3 cms ) =-3.78 N

X = 6.3 cms

Fe =?

2-Un muelle se alarga 30 cm cuando ejercemos sobre él una fuerza de 24 N. a) Calcula el valor de la constante elástica del muelle.

a) Calcula el alargamiento del muelle al aplicar una fuerza de 60 N.

3-Un muelle cuya constante elástica vale 150 N/m tiene una longitud de 35 cm cuando no se aplica ninguna fuerza sobre él.

a) Calcula la fuerza que debe ejercerse sobre el muelle para que su longitud sea de 45 cm

b) La longitud del muelle cuando se aplica una fuerza de 63 N.

4-Si cuando aplicamos a un determinado muelle una fuerza de 20 N le provocamos un alargamiento de 30 cm, calcula: a) La fuerza que producirá un alargamiento de 20 cm

1.7 Presión

La acción de una fuerza donde se encuentra aplicada, no solo depende de la intensidad con que actúa sino también del área donde se encuentra actuando dicha fuerza.

A esta acción que ejerce una fuerza o varias fuerzas sobre un área determinada se llama Presión. Sus unidades de medida son N/m2 ;que se denomina Pascal (Pa ) ,la expresión matemática es P = F/A donde F es la fuerza ,A es área que actúa la fuerza.

Como hemos comentado anteriormente la unidad de medida en el S.I. es el Pascal, sin embargo es común encontrar la presión expresadas en otras unidades.

· kp/cm2 (Kilopondio por centímetro cuadrado). Muy utilizada en la Industria. 1 kp/cm2 = 98000 Pa.

· atm (atmósfera). Para medir la presión atmosférica. 1 atm = 101325 Pa. En ocasiones se redondea a 101300 Pa.

· bar. Muy utilizada en meteorología. 1 bar = 100000 Pa.

· mmHg (milímetro de mercurio). 760 mmHg = 1 atm = 101325 Pa.

·

Ejemplo

1- Calcular la presión que ejerce un niño sobre la superficie del suelo , si su masa es de 40kg y área sobre la cual actúan las suelas de sus zapatos es 0.02m2 .Datos : p= mg en este caso p = F

m= 40kg = (40kg)( 9.8N/kg) = 392 N

g = 9.8N/kg P = F/A = 392 N / 0.02m2 = 19600 N/m2

A= 0.02m2 =19600 Pa

P =?

2- Una caja de 30 kg está apoyada sobre una de sus caras, que tiene 40 cm de ancho y 50 cm de largo. ¿Qué presión ejerce la caja sobre el suelo?.

3- ¿Que presión ejerce sobre el suelo un vehículo de 1000 kg, sabiendo que cada una de sus cuatro ruedas se apoya sobre una superficie de 50 cm2?

4- Una bailarina de 60 kg, se apoya sobre la punta de uno de sus pies. Sabiendo que la supercie de la punta es de 8 cm2, ¿Qué presión ejerce sobre el suelo?c) ¿Cuál de los dos, el coche o la bailarina, ejerce más presión?

5- Una aguja hipodérmica de sección 0,01 mm2 se clava en la piel con una fuerza de 50 N. ¿Cuál es presión ejercida?

6- Calcule la fuerza ejercida por un cuerpo, si en un área de 0.017m2 este ejerce una presión de 26 Pa.

7- Una persona de 64 kg al estar de pie ejerce una presión de 2598 Pa. Determine el área sobre la cual actúa la persona al estar de pie.

2- La masa

A la cantidad de sustancia que posee un cuerpo, medida a través de una balanza, se le llama masa.

La masa es una de las magnitudes fundamentales de la Física, y es una propiedad particular que posee todo cuerpo.

La masa es una propiedad general que poseen todos los cuerpos, en cambio, el peso es una fuerza.

2.1 Densidad

Para determinar la densidad de una sustancia es necesario medir el volumen y la masa que posee el cuerpo al cual se le quiere determinar su densidad.

Tabla de datos

Magnitud Física

Símbolo

Unidad de medición

Aparato de medición

Otras de unidades de medición

Masa

m

kg

Balanza

Gramo,libras,toneladas

Volumen

v

M3

Beaker,probeta,etc

Cms3 ,mm3

Al cociente que resulta de dividir la masa que posee un cuerpo entre su volumen se le llama densidad y se simboliza ρ = m/v

Ejemplo

1- Raquel trabaja en un laboratorio calculando la densidad de ciertos objetos. José le llevó a Raquel un objeto cuyo peso es 330 gramos y su capacidad es de 900 centímetros cúbicos. ¿Cuál es la densidad del objeto que José le dio a Raquel?

ρ= 330g / 900 cm³ = 11g / 30cm³=11/30 g/cm³.

2- ¿Cuál es la densidad de un árbol cuyo peso es de 1200 kg y su volumen es de 900 m³.

ρ= 1200kg / 900 m³ = 4/3 kg/m³.

Cuadro que representa la densidad de alguna sustancia.

Nombre de la sustancia

Densidad g/cms3

Densidad kg/m3

Hidrogeno

Oxigeno

Glicerina

Agua

Gasolina

Alcohol

Benceno

Aluminio

Acero

Hierro

0.00009

0.00143

1.26

1

0.68

0.79

0.88

2.7

7.8

7.85

0.09

1.46

12600

1000

680

790

880

2700

7800

7850

¿Cuál es el significado físico de que el aluminio posea una densidad de 2700 kg/m3?

Significa que una masa de 2700 kg de aluminio ocupa un volumen de 1 m3

Tener ejercicios de densidad resueltos ayudará a entender mejor este término y a comprender todas las implicaciones que tiene la densidad al momento de analizar distintos objetos.

Ejemplo

1-En una construcción se necesita instalar un tanque de aceite cuyo peso es de 400 kg y su volumen es de 1600 m³. La máquina que va a trasladar el tanque solo puede transportar objetos cuya densidad sea menor que 1/3 kg/m³. ¿Podrá la máquina transportar el tanque de aceite?

Al aplicar la definición de densidad se tiene que la densidad del tanque de aceite es de:

ρ= 400kg / 1600 m³ = 400/1600 kg/m³ = 1/4 kg/m³.

Ya que 1/4 < 1/3, se concluye que la máquina si podrá transportar el tanque de aceite.

2-El volumen de un objeto es 13cms3, si su masa es 29.7 g ¿Cuánto es el valor de la densidad del cuerpo?

3-¿Cuál es el significado físico de que un material posea una densidad de 7800kg/m3? cual es el material?

4-¿Cuál es diferencia entre masa y peso?

5-Explique cómo harías para determinar el volumen de 10 esferas de vidrio

6- investiga a que se le llama peso específico y como se calcula

Unidad III

Trabajo, Potencia y Energía Mecánica

1-En la vida cotidiana empleamos la palabra trabajo para referirnos a las diversas actividades que realizamos.

En Física es la magnitud física que se obtiene del producto de la intensidad de la fuerza aplicada por la distancia que el cuerpo recorre en la dirección del desplazamiento.

Realizar trabajo significa vencer o eliminar resistencias, como por ejemplo, empujar una caja, arrastrar un carro o elevar un cuerpo.

El módulo del trabajo lo calculamos de la siguiente manera:

Expresión matemática T = F*D, donde F es la fuerza y D el desplazamiento, T el trabajo mecánico, unidad Joule(J) es decir 1J= 1N*m

Empujar una mesa de un extremo de la sala hasta otro.

Tirar de un arado como lo hacen los bueyes en el campo tradicional.

Abrir un ventanal corredizo con fuerza constante hasta el límite de su riel.

Fuente: https://www.ejemplos.co/20-ejemplos-de-trabajo-mecanico/#ixzz5csFVwAGg

I - Un cuerpo se desplaza 5 m al actuar sobre él una fuerza de 25 N . Calcula el trabajo realizado en los siguientes casos:

a) Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección y sentido.

b) Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección y sentido contrario

Datos F = 25N d = 5m T= ? T =(25N)( 5m) = 125 J

T=( -25N)( 5m) = -125 J

2-Encuentra el trabajo producido por un elevador electrohidráulico de vehículos que levanta autos con masa de 1200kg hasta una altura de 190cms.

Solución

M =1200kg h=d = 190 cms= 1.9 m T = ?

P= f = mg T = f *d

3) Para levantar una caja de 800g María produce un trabajo de 7.85J ¿A qué distancia levanto la caja?

4) Un lanzador de disco realiza un trabajo de 600J durante el lanzamiento .Si la fuerza del lanzador sobre el disco es de 500 N ¿Cuál es la distancia que recorrió el disco en dirección de la fuerza?

5) Encuentra el trabajo realizado por la Tierra sobre un juego de llaves de 300g que se deja caer libremente desde un techo a 4.6 m del suelo.

6) Sobre un cuerpo se ejerce un trabajo de 56J ,si recorre 210cms ¿Qué fuerza se aplicó sobre el cuerpo?

7) Una persona levanta una silla de peso 49 N hasta una altura de 0.75m¿Qué trabajo realiza?

¿Qué es Energía?

a) Un cuerpo en movimiento tiene energía, porque puede mover a otro al chocar contra él.

b) Un resorte comprimido tiene energía porque puede poner en movimiento un cuerpo.

c) La energía radiante del Sol produce, entre otros efectos, el calentamiento de los cuerpos y su visibilidad.

Por tanto Energía es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo.

Existen varios tipos de energía: Calorífica, Eléctrica, Química, Hidráulica, Eólica, Nuclear, Mecánica.

II -Energía Cinética es la que tiene todo cuerpo que se encuentra en movimiento. Su expresión matemática es Ec = m v2 m es la masa unidad kg, v la velocidad unidad m/s.

Ec la energía cinética unidad Joule 1J = 1kg m2 / s2

1-Calcule la energía cinética de una pelota de 600g que viaja a 6.2 m/s

M= 600 g = 0.6 kg v = 6.2 m/s Ec = m v2 = (0.5) (0.6) (6.2 m/s)2 =

2- Calcule la masa de un cuerpo cuya la velocidad es de 10m/s y su energía cinética es de 1000 J .

v = 10m/s Ec = 1000 J m =? M=2 Ec /v2

3- Determine la masa de un cuerpo de energía cinética es de 400J y lleva una velocidad de 30m/s.

4- Un cuerpo viaja a 7m/s si su masa es de 450 g ¿Cuál es su energía cinética?

5-Cual es la energía cinética de un cuerpo de masa es de 18 kg sabiendo que viaja a 25 kms/h.

III- Energía potencial gravitatoria: es la que tiene todo cuerpo en función de su posición respecto al piso. Es decir es atraído por la gravedad de la Tierra.

Su expresión matemática es EPg = mgh, m la masa, g la aceleración de la gravedad la altura sobre el suelo. Unidad Joule.

1-Una llave inglesa de 2600g se localiza a .95 m y 1.5 m respecto al piso. Calcule la energía potencial gravitatoria para cada caso.

m= 2600g = 2.6 kg g= 9.8 N/kg h1 = 0.95 m h2 =1.5 m

EPg = mgh = (2.6 kg) (9.8 N/kg)( 0.95 m ) =

= (2.6 kg) (9.8 N/kg)( 1.5 m ) =

2-Calcula la energía potencial de una piedra de 3.8 kg , si se eleva a 4.2m del piso.

3-¿A qué altura se debe encontrar una silla de5kg para que tenga una energía potencial de 90J.

4-Un libro de 1.6 kg se eleva a una altura de 1.6 m ¿Cuál es su energía potencial gravitatoria?

5-Una viga de 980N se eleva 15m, calcular:

-Que trabajo se realiza para elevar la viga

-Cuál es su energía potencial a esa altura

III Potencia Mecánica

La magnitud física que relaciona el trabajo efectuado por un cuerpo con el tiempo que emplea en realizar dicho trabajo.

La Potencia Mecánica, no es más que el cociente entre el trabajo que realiza un cuerpo y el tiempo que emplea en realizar dicho trabajo. P =

La potencia su unidad de medida es el Watt (w), donde un watt es la potencia que desarrolla un cuerpo en un segundo. 1w=1J/seg ; otra unidad de medida es el caballo de fuerza o Horse power, donde 1HP = 746 w.

Ejemplos

a) Calcular la potencia de una grúa que es capaz de levantar 30 bultos de cemento hasta una altura de 10 metros en un tiempo de 2 segundos, si cada bulto tiene una masa de 50 kg.

 

Datos                           Fórmula                      

 

P = ¿                                      P = T/t = Fd/t

m = 30 x 50 kg

m = 1500 kg

h = 10 m

t = 2 seg

Solución: Para elevar los 30 bultos a velocidad constante, debe desarrollarse una fuerza igual a su peso, donde:

 

F = P = 1500 kg x 9.8 m/seg2. = 14 700 Newtons.

P = 14700 N x 10 m/2 seg = 73500 Watts

b) Se desea subir con una grúa un piano de 100 kg hasta un séptimo piso que se encuentra a una altura de 20 metros. La grúa tarda 4 segundos en subir el piano. Calcule la potencia de la grúa.

W = F ∙ d P = 19.600 / 4 = 4900 W

1. Cuál es la potencia mecánica de un motor que realiza un trabajo de 150000 J en 4 segundos? Expresar el resultado en watts y en caballos de fuerza. • Solución: • Datos: Fórmula • T= 150 000 J P= T • t= 4 s t P en W y hp?

2. Un motor de 10 hp se pone a funcionar durante 15 minutos. Qué cantidad de trabajo produce en joule? • Solución: Fórmula • Datos: P= T T=Pt P= 10 hp t t= 15 min. T=? En joule

3. Un motor cuya potencia es de 70 hp eleva una carga de 6 x 103 N a una altura de 60 m. ¿En qué tiempo la sube?

4. Una grúa eleva un bloque de 50 Kg a una altura de 8 metros en 4 segundos

a) Qué trabajo a realizado la grúa?

b) ¿Cuál es su potencia en KW?

Maquinas simples

La palanca, la polea, el plano inclinado, el torno, el tornillo, la cuña, etc, son ejemplos de máquinas simples, que de una forma u otra hemos utilizado en nuestra vida diaria.

Estas máquinas se utilizan para realizar un trabajo, para transmitir trabajo, para hacer más sencillo y provechoso el trabajo no para crearlo.

ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA SIMPLE

Las maquinas emplean en su funcionamiento, tres elementos fundamentales:

1-Punto de apoyo: es el punto sobre el cual se apoya o se mueve la máquina, también llamado fulcro, punto de eje o superficie sobre la cual se apoyan los dos próximos elementos.

2-Fuerza motriz o potencia (Fp): es la fuerza que se aplica para hacer funcionar la máquina.

3-Fuerza de resistencia (Fr): es la fuerza que hay que vencer para mover o deformar un cuerpo.

La palanca es una barra que puede girar sobre un punto de apoyo (fulcro). Dependiendo de la posición del punto de apoyo distinguiremos tres tipos de palancas: Palanca de primer género: cuando el punto de apoyo está entre la resistencia y la fuerza. Ejemplo: balancín, alicates, tijeras.

En todas las máquinas simples se cumple la ley llamada ley de las máquinas simples

Producto de una fuerza motriz por su brazo = producto de la fuerza resistente por su brazo.

Es decir, para poder aplicar menos fuerza, tiene que aumentar la distancia.

Fm bm = Fr br

Torno

Se denomina torno a un conjunto de máquinas y herramientas que permiten mecanizar, roscar, cortar, trapeciar, agujerear, cilindrar, desbastar y ranurar piezas de forma geométrica por revolución.

La fuerza motriz aplicada a la manivela de un torno multiplicada por su brazo es igual al producto de la fuerza resistente o carga con su brazo resistente (FM dm = Fr dr )

Plano inclinado

· En el plano inclinado se aplica una fuerza para vencer la resistencia vertical del peso del objeto a levantar. Dado el principio de conservación de la energía, cuanto más pequeño sea el ángulo del plano inclinado, más peso se podrá elevar con la misma fuerza aplicada, pero a cambio, la distancia a recorrer será mayor.

Fm L = Q h donde Fm es la fuerza motriz, L longitud del plano la carga y h la altura

LAS POLEAS:

Las poleas hacen posible que un hombre levante objetos de varias veces su propio peso. La misma acción de agacharse para levantar algo es incómoda y por cierto dificultosa si el objeto es pesado. Es mucho más fácil levantar el objeto tirando del cable de una polea. Así, los músculos del hombre funcionan más eficientemente y la posición erecta es ciertamente mucho más cómoda.

1) ¿Cuál es el valor de la fuerza motora si esta se encuentra a 1,3 m del eje? Se considera el peso de la barra despreciable. [Datos:

b = 2,7m/ R = 200 N / a = 1,3 m

2) Una carreta de masa despreciable mide 1 m de largo y está cargando unos libros cuya masa es de 20 kg. ¿Cuál es la distancia que hay entre el punto de apoyo y la carga, si la fuerza aplicada sobre el estudiante es de 100 N?

3).Para salvar la altura de una escalera de 30 cm utilizamos una tabla a modo de rampa. ¿Qué fuerza habrá que hacer para subir una carretilla con 40 kg de masa si el tablón tiene una longitud de metro y medio.

4) Se desea subir un objeto de 3000 N de peso hasta una altura de1 metro sobre el suelo. Diseña un plano inclinado de manera que no se tenga que aplicar una fuerza superior a 500 N para moverlo.

5) Calcula la resistencia que podemos vencer en una palanca, sabiendo que la fuerza aplicada es de 25kgf, el brazo de potencia es de 1.2 dam y el brazo de resistencia mide 100 cm.

6) Un minero necesita levantar una roca que pesa 400 kg (fuerza) con una palanca cuyo brazo de palanca (a) mide 3 m, y el de resistencia (b) 70 cm, ¿ qué fuerza se necesita aplicar para mover la roca?

7) ¿Que longitud tiene el brazo de palanca (a) de una carretilla, si al aplicarle una fuerza de 4 kgf levanta una carga de 20 kgf de arena (R) y su brazo de palanca mide 0.20 m?

8) ¿Que fuerza necesita aplicar un individuo para subir un barril a un camión que pesa 150 N por un plano inclinado de 3 m de longitud, colocado a una altura de 1.5m

9) Haciendo uso de una polea, un adolescente levanta un objeto de 20kg de masa a una altura de 1.5 m respecto al suelo. Calcula:

-La fuerza motriz aplicada

-La magnitud de la fuerza resistente

-La magnitud de la fuerza motriz

-El trabajo motriz y el trabajo resistente realizado.

10- investiga 6 máquinas simples usadas en el hogar

Unidad IV

1-Estructura Molecular de las Sustancias

Si observas a tu alrededor nos encontramos con: arboles, animales, casas carros, aire,etc en Física se le llama Cuerpo.

1.1De lo que está constituido un cuerpo se conoce como sustancias o materia, ejemplo madera, hierro, plástico, vapor de agua, etc

Los estados de agregación de la sustancia son: Solido, Liquido, Gaseoso y Plasma.

Completa el cuadro con dos ejemplos de cada estado

Nombre del cuerpo

Sustancia de que está constituido

Estado agregativo en que se encuentra

1.2Propiedades generales de la sustancia

Existen propiedades generales como el volumen y la masa, pero es imposible identificar un cuerpo de otro.

Propiedades particulares de la sustancia en estado Solido: el color, olor, sabor, brillo, dureza, tenacidad, ductibilidad, etc.

Dureza propiedad de los cuerpos solidos a ser rayados ¿Cuál es el cuerpo que no puede ser rayado por otro?

Tenacidad: propiedad de los cuerpos a romperse o romperse.

Ductabilidad: propiedad que permite convertirlas en hilos.

Maleabilidad: propiedad que permite a los cuerpos a convertirse en lamina

i) Escribe tres caracterisca de cada estado agregativo tanto externa como interna

2- Moléculas y átomos

2.1Las partículas más pequeñas que existen y que conservan las misma propiedades de la sustanciase llaman Moléculas. Estas moléculas no es posible verlas a simple vista. En la actualidad son muy pocas las moléculas que han sido observadas.

Agrupación definida y ordenada de átomos que constituye la porción más pequeña de una sustancia pura y conserva todas sus propiedades.

"la molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno"

Si seguimos el proceso de división, nos encontramos que existen otras partículas aún más pequeñas llamados átomos, actualmente se han identificado alrededor de 105,los cuales iras identificando poco a poco con ayuda de la Química: sodio,cobre,oro,cloro,etc

El concepto de átomo de forma estricta es la partícula más pequeña en la que se puede dividir un elemento sin perder sus propiedades químicas. Inicialmente la palabra átomo, de origen griego, quiere decir “indivisible”. Hoy en día ya se conocen las partículas subatómicas de las que se compone un átomo y se sabe cómo un átomo puede ser fisionado. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO. ELECTRONES, PROTONES Y NEUTRONES

ELECTRONES: Los electrones son partículas sin prácticamente masa, y con carga negativa. Se mueven alrededor del núcleo.PROTONES: Los protones si tienen masa y se encuentran en el núcleo del átomo, junto a los neutrones. Los protones tienen carga positiva.NEUTRONES: Los neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, tienen la misma masa que los protones y no tienen carga.

Entre cada una de las moléculas de cualquier sustancia existen espacios vacíos a los cuales se les denomina espacios intermoleculares.

Las moléculas en el interior de la sustancia interactúan también con fuerzas atractivas y repulsivas.

Realice las siguientes actividades en equipo de tres alumnos

i-En un vaso de gerber, vierta agua hasta un poco arriba de su cuello, introduzca tres canicas o chibolas.

· ¿Qué sucedió con el nivel del agua? Anota

· El volumen de agua desalojada por las chibolas

· El volumen de las chibolas.

a) Tome una jeringa empuje el émbolo hasta el final; selle su orificio de salida; hale su émbolo y explique ¿Por qué cuándo sueltas el émbolo éste vuelve a bajar? Explica lo ocurrido

b) ¿Qué es una molécula?

c) ¿Cuáles son las partículas fundamentales del átomo?

3-Movimiento Browniano

En 1812Brown realizó un experimento, con ayuda de un microscopio examino granos de polen triturados y suspendidos en agua y observó que los granos de polen se movían caóticamente sobre el agua y este no cesaba nunca.

Este movimiento es transmitido a todas las partículas de polen que se encuentran suspendidas en agua, el Movimiento Browniano vino a demostrar la existencia del movimiento molecular el cual no cesa nunca. Mientras mayor sea la velocidad con que se desplaza las moléculas en el interior de una sustancia, mayor será la temperatura que el cuerpo posea.

Realice la siguiente actividad: Utilice un gotero y deposite con sumo cuidado en el fondo de un vaso de vidrio que contenga agua, una gota de anelina; observa por cuatro días el vaso, explique según la estructura molecular de la sustancia, porque se tiñe el agua, sin agitar el agua.

Unidad V

1-Los líquidos ejercen presión

Como sabemos la presión no es más que la fuerza que ejerce determinado cuerpo sobre un área determinada, y se calcula: p = , donde F es la fuerza, A el área o superficie, p la presión unidad N /m2 .

Donde la presión atmosférica es aquella presión donde la atmósfera ejerce en todas direcciones sobre los cuerpos que están dentro de ella, por ejemplo nosotros en la tierra

Mientras más alejados (altura) del nivel del mar estemos, menor será la cantidad de presión que ejerza la atmósfera sobre nosotros, a diferencia de que si estuviéramos cercanos al mar, donde la presión alcanzaría su máximo de:

1- ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?

Para ello vamos a tomar nuestros datos que el problema nos provee, por ejemplo nos da una fuerza de 120 N, y a su vez un área de 0.040  , por lo que tenemos:

?

Reemplazando estos datos en nuestra fórmula tenemos:

Por lo que obtenemos un total de 3000 pascales de presión ejercidas sobre la superficie

2.- Una persona de 84 kg se para sobre la losa de una casa que tiene por superficie 225 metros cuadrados. ¿Cuál será la presión que esta persona ejerce sobre la losa?

En este caso tenemos nos hace falta encontrar una fuerza, puesto que no nos la proporciona el problema, sin embargo podemos hallarla de una manera muy sencilla p = mg = (84 kg)(9.8N/kg)=

3.- La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1 x10^5 Pa . ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 50 cm x 75 cm?

4- Una caja de 30 kg está apoyada sobre una de sus caras, que tiene 40 cm de ancho y 50 cm de largo. ¿Qué presión ejerce la caja sobre el suelo?

5- Un hombre de 70 kg de masa está parado y apoyado en sus dos pies. La superficie de apoyo de cada zapato es de 200 cm2 ¿Cuál será la presión, expresada en Pascales, ejercida sobre el suelo?

2- Presión Hidrostática

Los líquidos debido a su peso ejercen presión sobre las paredes del recipiente en donde se encuentran contenidos, aumentando la presión con la profundidad del líquido. Esta presión ejercida siempre es perpendicular. A esto se le llama Presión Hidrostática

El manómetro es el instrumento que se utiliza para medir la presión en líquidos y gases.

2.1 Principio de Pascal

El filósofo, matemático y físico Blaise Pascal, nacido el 19 de junio de 1623 en Francia y fallecido el 19 de agosto de 1662, realizó importantes aportes a la ciencia. Uno de sus enunciados más famosos se conoce como principio de Pascal y hace referencia a que la presión que ejerce un fluido que está en equilibrio y que no puede comprimirse, alojado en un envase cuyas paredes no se deforman, se transmite con idéntica intensidad en todos los puntos de dicho fluido y hacia cualquier dirección.

La presión que ejerce un líquido en su interior debido a su peso, depende directamente de su altura o profundidad.

P= g h donde es la densidad propia de cada líquido la aceleración de la gravedad y h la altura o profundidad del liquido

1¿Cuál es la presión que soporta un buzo sumergido a 10 metros de profundidad en el mar?

Datos: Densidad del agua de mar = 1,025 kg/L. Presión atmosférica 101325 Pa.

P= g h =( 1025kg/m3 )(9.8N/kg)(10m)

2- Calcula la presión que soporta un submarino que navega a 150 m de profundidad si la densidad del agua es 1030 kg/ m3

3-Si la altura del agua dentro de una bañera es de 25 cm y el tapón de la misma tiene un radio de 2 cm, calcula:

a)     La superficie del tapón.

b)     La presión que soporta el tapón.

c)     La fuerza mínima que hay que ejercer para quitar el tapón. Dato: densidad del agua= 1000 kg/m

4) Halle la presión ejercida por una columna de mercurio de 80cms de alto, exprésela en N/m2, atm y Pa .

Otro de los ejemplos que podemos encontrar sin duda, es sobre la prensa hidráulica: este dispositivo emplea el principio de Pascal para su funcionamiento, está formado por dos recipientes cilíndricos comunicados, estos recipientes contienen un fluido, la sección transversal de uno de ellos por lo general es mayor que el otro, cada recipiente tiene un émbolo.

El Principio de Pascal nos sirve fundamentalmente para levantar pesos muy grandes con muy poca fuerza, como se demuestra en las prensas hidráulicas, elevadores, frenos…etc. En el sector de la maquinaria industrial el Principio De Pascal se utiliza muchísimo. Veamos la explicación de todo esto con un ejemplo.

Si se ejerce una presión P1 en el émbolo más pequeño, se obtiene una presión P2 en el émbolo mayor, de tal forma que P1 = P2.

Entonces su fórmula sería:

Fuerza aplicada en el émbolo menor, unidad N Fuerza en el émbolo mayor, unidad N

Área del émbolo menor, unidad m2 Área del émbolo mayor, unidad m2

1- En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 40 cm, y el émbolo menor de 2.3 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque de 50,000 N?

Datos A = 40 cms = 0.4 m a= 2.3 cms = 0.023 m f =? F =50,000 N

f = a F /A f = (0.00041m2 ) (50000 N )/ (0.1256m2) =

2-Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora hidráulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeño circular de 8 cm de radio. Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño.

3-Con una prensa hidráulica, se quiere levantar un coche de masa 1250 kg. Si la superficie del émbolo menor es de 15 cm2 y la del émbolo mayor de 3 m2. Calcula la fuerza que debe aplicarse.

4- Los émbolos de una prensa hidráulica tienen 25 cm2 y 150 cm2. Si se aplica una fuerza de 100 N en el émbolo pequeño, ¿Cuál será la fuerza que se ejercerá sobre el mayor?

5-El área del émbolo pequeño en una maquina hidráulica es de 6cms2 y el área del émbolo grande es 60 cms2 ¿Qué peso se puede levantar en el émbolo grande si se aplica en el émbolo pequeño una fuerza de 30N?

6-El área émbolo pequeño de una maquina hidráulica es de 8cms2 y el área del émbolo mayor es 80cms2 ¿Qué peso se puede levantar en el émbolo grande , si en el émbolo pequeño se ejerce una fuerza de : a) 20 N b) 60 N c) 35 N

7-¿Qué es Presión? Y en unidades se mide

8-¿Debido a que ejercen presión los líquidos y como es ésta debido a su profundidad?

9- Investiga: a) ¿Qué son vasos comunicantes?

b) ¿En qué consiste el fenómeno de la Paradoja Hidrostática?

10-Si en el pistón mayor de una maquina hidráulica se coloca un camión de 4500 kg, si en el émbolo mayor el área es de 2m2 y el menor de 0.45 m2¿Qué fuerza se debe aplicar en el émbolo menor, para levantar el camión?

2.2 Principio de Arquímedes

Fuerza de Empuje (fe)

Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir  cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba

El principio de Arquímedes nos explica, porque flotan o se hunden los cuerpos sumergidos parcial o totalmente en un líquido.

A la fuerza dirigida en forma vertical de abajo hacia arriba que experimenta un cuerpo sumergido sumergidos parcial o totalmente en el interior de un líquido, se le llama fuerza de empuje.

Cuerpos sumergidos

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico, que es igual a su peso dividido por su volumen.

Entonces, se pueden producir tres casos:

1. si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

2. si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

3. Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido

Con un caso práctico: ¿por qué los barcos no se hunden?

Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote.

Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es de peso específico mayor al del agua y se hunde ( un pedazo de hierro en el agua se va al fondo ), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que éste se mantenga a flote.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

“Todo cuerpo sumergido en un fluido (líquido o gas). Experimenta una fuerza vertical y hacia arriba – fuerza de empuje (E)- cuyo módulo es igual al peso del volumen de fluido que desaloja.

E = V sumergido · líquido · g

Ejemplos

1- Un objeto de 300 N de peso real, sumergido en un líquido, tiene un peso aparente de 200 N. Sabiendo que la densidad del objeto es de 6000 kg/m3, calcula:

a) El volumen del objeto

b) La densidad del  líquido

2- Un objeto que se halla totalmente sumergido en un recipiente con agua, tiene un volumen de 3 dm3 y una densidad de 50000 kg/m3. Calcula:

a) Su peso real

b) Su peso aparente

c) El empuje que experimenta

3- Un objeto con un volumen de 200 cm3 y 50 N de peso, pesa 30 N cuando se introduce en un líquido:

a) Calcula la densidad del líquido

b) Calcula la densidad del objeto

4- Determina si flota o si se hunde en mercurio, un objeto de plomo de 150 cm 3 de volumen y 1.7 kg de masa. Dato: la densidad del mercurio es 136000 kg/m3

Unidad VI

1- Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los recipientes que las contienen. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

-Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven las moléculas.-Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.-Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.-Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

Existen diversas leyes que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas.

Infla chimbombas de diferente tamaño, luego suelte el borde de la chimbomba ¿Cuál se desinflo primero?¿porque?

Sabiendo que 1m3 de aire pesa 13N, determine ¿Cuánto pesa 12 m3?

2-La Presión Atmosférica

1. Fuerza que ejerce un gas, un líquido o un sólido sobre una superficie.

"la unidad que mide la presión es el pascal; las calderas de vapor aprovechan la presión del vapor como fuerza motriz"

Presión atmosférica Presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie de la Tierra. “la presión atmosférica se mide en milibares; las depresiones son áreas de baja presión atmosférica que atraen a los vientos".

Cuanto mayor es la altura, menor es la presión atmosférica y cuanto menor es la altura y más se acerque a nivel del mar, mayor será la presión.

Aparatos de medida de la presión atmosférica:

La presión atmosférica se mide con un aparato llamado barómetro, que fue creado en 1643 por el físico y matemático Evangelista Torricelli.

El barómetro de mercurio consiste en un tubo de vidrio de 850 mm de altura, cerrado por la parte superior y abierto por la parte inferior. Este tubo está lleno de mercurio y va situado sobre un recipiente abierto también lleno de mercurio. A nivel del mar, el nivel de mercurio del interior del tubo baja hasta una altura de unos 760 mm, dejando un vacío en su parte superior.

El barómetro aneroide no lleva mercurio y es el que se utiliza en navegación. Consiste en una caja metálica, también llamada cápsula de vidi, en la que se ha hecho parcialmente el vacío. Esta caja se contrae con el aumento o disminución de la presión ejercida sobre ella, transmitiendo sus movimientos a una aguja que es la que nos indica el valor de la presión atmosférica sobre una superficie graduada.

Unidades de presión y equivalencias:

Baria = La presión que ejerce la fuerza de un DINA por cm2

Bar = Un bar es equivalente a 1.000.000 de barias.

Milibar = Unidad de presión equivalente a una milésima parte de un bar y equivalente a 1000 barias.Convencionalmente se ha adoptado los 760 mm como “presión normal”, siendo esta medida tomada a nivel del mar, a una temperatura de 0°C y a una latitud de 45°.

760 mm = 1.013,2 mb = 1013,2 hPa = 1 atmósfera

1-Calcular el valor para la presión atmosférica de una persona que vive en una ciudad a 1.000m de altitud sobre el nivel del mar. Suponer homogénea la atmósfera. Densidad del aire= 1'2 kg/m3 La presión que ejercen 1000 m de atmósfera será:

A nivel del mar, la presión atmosférica es la equivalente a 760 mmHg es decir:

Por lo tanto, la presión atmosférica en la ciudad será la diferencia entre el nivel del mar y la debida a 1000 m de atmósfera, es decir:

2-¿Que altura tendrá la columna de mercurio de Torricelli, un día con buen tiempo en el que la presión atmosférica es 1020 mb? Datos Pat = 1020 mb Resolución

Si sabemos que la presión atmosférica es 1020 mb, para conocer cual sería la altura de la columna de mercurio, basta con transformar las unidades a mmHg. 1 mmHg es equivalente a 133.3 Pa y 1 mb son 100 Pa, por tanto: 1 mb = 100 Pa1 mmHg = 133.3 Pa ⇒1 Pa = 1133mmHg

Luego para pasar nuestros 1020 mb a mmHg: Pat = 1020 mb ⋅ 100 Pa/mb ⇒Pat = 102000 Pa ⋅ 1133.3mmHg/Pa⇒Pat =765.2 mmHg

Si la presión es 765.2 mmHg quiere decir que la altura del mercurio alcanzará 765.2 mm.

3-A cuanta altura tendrías que ascender para que la presión atmosférica descienda 5 mmHg?(daire = 1.3 kg/m3; g=9.8 m/s2 ) 

4-Calcular el valor para la presión atmosférica de una persona que vive en una ciudad a 1.000m de altitud sobre el nivel del mar. Suponer homogénea la atmósfera. Densidad del aire= 1'2 kg/m3

5-Expresa en atmósferas y en Pascales una presión de 1000 mb.

6-¿Qué es presión atmosférica?

7-¿En qué unidades se mide la presión atmosférica?

8-¿Por qué los pasajeros de un avión sienten dolor de oído cuando éste desciende bruscamente?

9-Investiga cuatro aparatos que funcionan debido al presencia de la presión atmosférica.

Unidad VII

Elementos de Óptica

1- La luz

Sabemos que de todos nuestros sentidos, la vista es la que más nos ayuda para apreciar y conocer todo cuando existe a nuestro alrededor.

La importancia de la luz para todos los seres vivos y para el hombre en particular, queda puesta de manifiesto en el simple hecho de que todo el organismo humano se encuentra preparado para desempeñarse correctamente durante las horas del día. Desde la capacidad de nuestros ojos para captar la luz hasta la natural inclinación del cerebro a dirigir el descanso hacia las horas de la noche, se vislumbra que la luz es un regulador de la actividad humana implícito en nuestros propios genes.

Entre los seres vivos, la luz representa la fuente de energía por excelencia. Su importancia se percibe en la capacidad de los vegetales, las algas y algunos microorganismos para convertir la energía lumínica procedente del sol en energía química. Este proceso se conoce como fotosíntesis.

La óptica es la rama de la física que analiza las características y las propiedades de la luz, estudiando cómo se comporta y se manifiesta.

1.2 Existen fuentes luminosas provistas por la propia naturaleza, como el Sol, que es una fuente primaria ya que posee luz propia o la Luna, que es una fuente secundaria pues refleja la luz del Sol; y otras de tipo artificial, de creación humana como una lámpara eléctrica, una linterna o una vela.

1- Fuentes naturales: creadas por la naturaleza, por ejemplo, las estrellas o un pez abisal:

2- Fuentes artificiales: creadas por el hombre, por ejemplo, un farol o una pantalla de televisión:

3- Las fuentes luminosas también se pueden clasificar según como se produce la emisión en:

a) Fuentes incandescentes: son aquellas que emiten luz y calor, por ejemplo, el sol o una lámpara:

b) Fuentes luminiscentes: son aquellas que emiten

c) luz sin emisión de calor, por ejemplo,

Propagación rectilínea de la luz. ... La luz es una radiación que se propaga por medio de ondas, y las que se pueden propagar en el vacío se llaman ondas electromagnéticas, es decir que la luz es una radiación electromagnética.

La luz es una radiación que se propaga por medio de ondas, y las que se pueden propagar en el vacío se llaman ondas electromagnéticas, es decir que la luz es una radiación electromagnética.  Estas ondas, pueden propagarse en el vacío a la velocidad de 300000 km por segundo, lo que se conoce como “velocidad de la luz en el vacío”.

Algunas propiedades son:

–          Se refleja cuando llega a una superficie reflectante

–          Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro (refracción)

–          Se propaga en línea recta.

Medio

Velocidad kms/ h

Vacío

Aíre

Agua

Diamante

300,000

299,7000

199,000

124,400

1.3 Cuerpos ante la luz

Los cuerpos se comportan de manera diferente cuando la luz los ilumina. Según dejen pasar o no la luz los cuerpos pueden ser:

    Transparentes.Dejan pasar casi totalmente la luz que les llega. A través de ellos podemos observar los objetos que se encuentran detrás.

Ejemplos: el agua pura y el vidrio

  Translúcidos.Dejan pasar solo una pequeña parte de la luz que les llega. No podemos ver con claridad los objetos que están situados detrás de ellos.

Ejemplos: el vibrio esmerilado y el papel de seda.     Opacos.No dejan pasar la luz que les llega. No podemos ver los objetos que hay detrás de ellos.

Ejemplos: madera, metal o mármol

Propiedades de la luz

Algunas propiedades de la luz dependen del tipo de fuente luminosa que las emita, como el color, la intensidad, etc.. Sin embargo, existen otras propiedades como la reflexión y la refracción, que son comunes a todos los tipos de la luz.

      La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando choca contra un cuerpo.

Los espejos son cuerpos opacos, con una superficie lisa y pulimentada, capaces de reflejar la luz que reciben. Los espejos pueden ser planos o esféricos. Los planos forman imágenes igual de grandes que los objetos que las originan, mientras que los espejos esféricos forman imágenes distorsionadas.

Espejo cóncavo Espejo convexo

  Espejo convexo

  La refracción es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo, cuando pasa del aire al agua.

La refracción de la luz sirve para ver los objetos con un tamaño diferente del real. Esto se consigue con el uso de lentes.Las lentes son cuerpos trasparentes con la superficie curva que refractan la luz. Pueden ser:

Los objetos absorben y reflejan la luz de forma distinta dependiendo de sus características físicas, como su forma o composición…etc. El color que percibimos de un objeto es el rayo de luz que rechaza. Nosotros captamos esos “rebotes” con diferentes longitudes de onda, por medio de los ojos gracias a su estructura.

Es el cambio de dirección, en el mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes: 1a. ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal, se encuentran en un mismo plano

En el diagrama de arriba, el rayo que se aproxima al espejo es el rayo incidente (I) y el que deja el espejo es el rayo reflejado (R). En el punto de incidencia donde el rayo llega al espejo, trazamos una línea perpendicular a la superficie (N) que se conoce como normal. La primera ley de reflexión nos dice que tanto la normal como los rayos, incidente y reflejado, están en el mismo plano. El ángulo entre el rayo incidente y la normal se llama ángulo de incidencia Øi. Mientras que el ángulo entre el rayo reflejado y la normal se llama ángulo de reflexión Ør. La segunda ley de reflexión establece que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Esto es justamente Io que pasa: para ver un objeto reflejado, nuestro ojo debe estar en la línea visual, con el fin de que se cumpla la ley de reflexión. Si nuestra línea de visión no forma un ángulo igual al de incidencia, no podríamos ver ninguna imagen en el espejo.

El rayo de Luz incidente, el rayo reflejado y la recta imaginaria conocida normal, se encuentran ubicados en un mismo plano, el cual es siempre perpendicular al plano formado por el espejo.

El ángulo de incidencia mide lo mismo que el ángulo de reflexión

Es decir i=r.

Un rayo de luz incide sobre un espejo horizontal formando un ángulo de 50º con la normal. Sabiendo que a la derecha de dicho espejo se sitúa otro con el que forma un ángulo de 130º, determina la dirección del rayo después de reflejarse en este segundo espejo.

Teniendo en cuenta que el ángulo incidente y el ángulo reflejado son el mismo (ley de reflexión), que las normales forman 90º con cada uno de los espejos, y que la suma de ángulos de un triángulo (rectángulo o no) es 180º, podemos realizar el siguiente dibujo, que contiene la dirección del rayo reflejado en el segundo espejo.

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro se produce un cambio en su dirección debido a la distinta velocidad de propagación que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se le llama refracción.

Medio material

Velocidad de la luz (km/s)

Vacío

300000

Aire

299910

Agua

225564

Etanol

220588

Cuarzo

205479

Vidrio crown

197368

Vidrio flint

186335

Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío entre la que tiene en un medio transparente obtenemos un valor que llamamos índice de refracción de ese medio.

n: índice de refracción c: velocidad de la luz en el vacío v: velocidad de la luz en el medio material

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción

Medio

Índice de refracción

Vacío

Aire

Agua

Cuarzo

Cristal

Alcohol

Diamante

1

1.003

1.33

1.54

1.602

1.36

2.42

Tipos de reflexión de la luz

Existen varios tipos de reflexión: directa, difusa o selectiva.

La Reflexión directa o especular de la luz sucede cuando los ángulos que los dos rayos determinan con la superficie son iguales. La reflexión es más perfecta cuanto más pulida está la superficie. Este tipo de reflexión es la que suele ocurrir con los espejos planos, ya que reflejan la misma luz que incide sobre ellos.

La Reflexión difusa se da cuando la superficie refleja la luz por igual en todas las direcciones. Los reflejos difusos tienen el mismo brillo y no dependen del ángulo desde el que se visualicen. Este tipo de reflexión se da cuando el haz de luz incide sobre una superficie irregular o áspera.

1.4 Espejos planos

Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior) .

Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionad

La imagen formada en un espejo plano es virtual, directa y de igual tamaño que el objeto.

1) Frente a un espejo plano se coloca un objeto de 5 cm de altura. ¿A qué distancia se formará la imagen si el cuerpo está a 18 cm del espejo?

2) Si se coloca un objeto a 25 cm de un espejo plano, ¿a qué distancia se formará la imagen y de qué tamaño será?

3) Un objeto está a 1 cm de distancia de un espejo plano, éste se aleja 0,5 m, ¿cuánto se mueve la imagen?

Bibliografía y

1- Oscar Meynard

2- Fuente: https://www.ejemplos.co/que-es-el-metodo-cientifico-y-cuales-son-sus-pasos/#ixzz5elCBlI00