PORTADA

Titulo: Investigación

Nombre de la escuela: CBTIS 243

Nombre de la alumna: Telma Regina Jiménez Anzueto

Nombre de la materia: física II

Tema del trabajo: Densidad, peso específico, Empuje,  Presión, Hidrostática

Nombre del facilitador de la materia: Ing. Maugro Josaim Gómez Roblero

Fecha de entrega: 18/septiembre/2015

INDICE

Introducción__________________________________1

Densidad____________________________________ 2-4

Peso especifico______________________________4-6

Empuje ____________________________________7-9

Hidrostática________________________________10-12

Presión____________________________________12-14

Conclusión__________________________________15

Referencias consultas__________________________16

INTRODUCCION

Dentro de esta investigación se verán cuatro temas diferentes y la definición de cada uno, que es y como lo vemos en nuestra vida diaria pero todo en relación a física

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DENSIDAD

En física y química, la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinadovolumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se

considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes   (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto,

siendo   la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:

La unidad es kg/m³ en el SI.

Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y mas

Densidad absoluta

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

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siendo  , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

Densidad relativa

La densidad del aire frente a la temperatura.

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

donde   es la densidad relativa,   es la densidad de la sustancia, y   es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Densidad media y densidad puntual

Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.

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Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción "infinitesimal" del sistema, y que vendrá definida por:

Sin embargo, debe tenerse que las hipótesis de la mecánica de medios continuos solo son válidas hasta escalas de  , ya que a escalas atómicas la densidad no está bien definida. Por ejemplo, el tamaño del núcleo atómico es cerca de   y en él se concentra la inmensa mayor parte de la masa atómica, por lo que su densidad (2,3·1017kg/m3) es muy superior a la de la materia ordinaria. Es decir, a escala atómica la densidad dista mucho de ser uniforme, ya que los átomos están esencialmente vacíos, con prácticamente toda la masa concentrada en el núcleo atómico.

Densidad aparente

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales de constitución heterogénea, y entre ellos, los porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia, de forma que la densidad total de un volumen del material es menor que la densidad del material poroso si se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La densidad aparente del suelo ( ) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante.

Donde:

WSS, Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante.

VS, Volumen original de la muestra de suelo.

Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el volumen.

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En construcción se considera la densidad aparente de elementos de obra, como por ejemplo de un muro de ladrillo, que contiene ladrillos, mortero de cemento o de yeso y huecos con aire (cuando el ladrillo es hueco o perforado).

PESO ESPECÍFICO

El peso es la fuerza que ejerce el planeta para atraer a los cuerpos. La magnitud de la fuerza en cuestión también se conoce como peso. Peso, por otra parte, se suele usar como sinónimo de masa, aunque este concepto nombra específicamente el nivel de materia del cuerpo (más allá de la fuerza gravitatoria).

Con esto en mente, podemos definir la noción de peso específico, que es el vínculo existente entre el peso de una cierta sustancia y el volumen correspondiente. Puede expresarse en newtons sobre metro cúbico (en el Sistema Internacional) o en kilopondios sobre metro cúbico (en el Sistema Técnico).

Es importante destacar que el kilopondio (también conocido como kilogramo-fuerza) es la fuerza que ejerce la gravedad del planeta Tierra sobre una masa de un kilogramo. Esto quiere decir que el valor del peso específico expresado en kilopondios sobre metro cúbico resulta equivalente al valor de la densidad (que se expresa en kilogramos sobre metro cúbico).

El peso específico, por lo tanto, es el peso de una sustancia por unidad de volumen. La densidad, por otra parte, refiere a la masa de una sustancia por unidad de volumen y se obtiene a través de la división de una masa conocida del material en cuestión por su volumen.

Si tomamos el caso del agua congelada, advertiremos que su peso específico es de 9170 newtons sobre metro cúbico, mientras que su densidad es de 0,917 kilogramos sobre metro cúbico.

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Si bien la densidad y el peso específico son conceptos diferentes, tienen una estrecha relación entre sí. Por ejemplo, si tomamos la fórmula del peso de un cuerpo (P = m . g, masa por aceleración de la gravedad) y la usamos para sustituir la variable p en la fórmula de peso específico (Pe = p / V, peso sobre volumen), obtenemos lo siguiente: Pe = m.g / V. Esto también puede expresarse como Pe = m/V .g y, dado que la densidad es la masa sobre el volumen, puede concluirse que el peso específico es igual a la densidad multiplicada por la aceleración de la gravedad: Pe = d . g.

Conocer el peso específico de un cuerpo puede ser muy importante a nivel industrial para determinar cuáles son las mejores condiciones para su procesamiento, por ejemplo. Todo dependerá de las características del producto que se planea obtener. Gracias a la determinación del peso específico, y también en algunos casos de la densidad, se puede obtener la mejor calidad física y fisiológica de ciertos productos, tales como el arroz, el vino (a través del análisis del mosto, ya que a mayor peso específico, mayor contenido de azúcar), las gemas y el cemento.

Peso específico relativo

Se denomina peso específico relativo de una sustancia dada es su peso unitario dividido por el peso unitario del agua cuando se destila a una temperatura de 4 °C. Este valor se usa para la predicción del peso unitario de un suelo, para realizar el análisis de hidrómetro y para el cálculo de la relación de vacíos de un suelo. Para los granos es el valor considerado promedio y por lo general sirve para llevar a cabo la clasificación de sus minerales. Cabe mencionar que este concepto también se denomina gravedad específica.

Cuando se desea determinar el peso específico relativo de un suelo se establecen dos procedimientos: uno para aquéllos que consisten de partículas más pequeñas de 5 milímetros; otro para los restantes. Por medio de un tamiz número 4 es posible realizar dicha clasificación, para aplicar el método que corresponda a cada muestra, luego de lo cual se deberá obtener el promedio ponderado de ambas.

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EMPUJE

“Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo”.

Arquímedes

El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto por el matemático y filósofo griego Arquímedes. La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio. El concepto clave de este principio es el ‘empuje’, que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.

El principio de Arquímedes permite determinar la densidad de un objeto cuya forma es tan irregular que su volumen no puede medirse directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el agua, la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen del objeto, si éste está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto

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Principio de Arquímedes

Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje. El empuje es igual al peso del fluido desplazado. Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente —desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque

La fórmula para calcular el empuje es la siguiente:

 

Donde:

E=empuje                                                                                                                                            r= densidad de la sustancia que provoca el empuje(kg/m

3)                                                                                                             g= aceleración de la gravedad                                                                                                         v= volumen de la sustancia que recibe el empuje(m

3)              

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Las unidades resultantes son N.

El empuje es una fuerza y todas las fuerzas son medidas en Newtons

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HIDROSTÁTICA

Habrás oído muchas veces que la presión puede matar a un submarinista o romper un submarino, pero ¿por qué ocurre esto? Cuando un cuerpo se encuentra en el interior de un fluido (sea este líquido o gas) experimenta fuerzas en toda su superficie, estas fuerzas son siempre perpendiculares a la superficie del cuerpo. Como sobre el cuerpo sumergido actúa una fuerza por superficie entonces está actuando una presión.

La mayoría de los materiales presentes en la Tierra se encuentran en estado de fluido, ya sea en forma de líquidos o de gases. No sólo aparecen en dicho estado las sustancias que componen la atmósfera y la hidrosfera (océanos, mares, aguas continentales), sino también buena parte del interior terrestre. Por ello, el estudio de las presiones y propiedades hidrostáticas e hidrodinámicas tiene gran valor en el marco del conocimiento del planeta.Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

Los fluidos

Se denomina fluido a toda sustancia que tiene capacidad de fluir. En esta categoría se encuadran los líquidos y los gases, que se diferencian entre sí por el valor de su densidad, que es mayor en los primeros. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa:

La densidad es un valor escalar y sus unidades son kg/m3 en el Sistema Internacional.

Propiedades de los fluidos

Los gases y los líquidos comparten algunas propiedades comunes. Sin embargo, entre estas dos clases de fluidos existen también notables diferencias:

Los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene, mientras que los líquidos adoptan la forma de éste pero no ocupan la totalidad del volumen.

Los gases son compresibles, por lo que su volumen y densidad varían según la presión; los líquidos tienen volumen y densidad constantes para una cierta temperatura (son incompresibles).

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Las moléculas de los gases no interaccionan físicamente entre sí, al contrario que las de los líquidos; el principal efecto de esta interacción es la viscosidad.

Presión hidrostática

Dado un fluido en equilibrio, donde todos sus puntos tienen idénticos valores de temperatura y otras propiedades, el valor de la presión que ejerce el peso del fluido sobre una superficie dada es:

 siendo p la presión hidrostática, r la densidad del fluido, g la aceleración de la gravedad y h la altura de la superficie del fluido. Es decir, la presión hidrostática es independiente del líquido, y sólo es función de la altura que se considere.Por tanto, la diferencia de presión entre dos puntos A y B cualesquiera del fluido viene dada por la expresión:

La diferencia de presión hidrostática entre dos puntos de un fluido sólo depende de la diferencia de altura que existe entre ellos.Empuje de los cuerpos sumergidos (Fuerza Boyante)La presión que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene y la frontera de los cuerpos sumergidos en él produce en éstos una fuerza ascensional llamada empuje o fuerza boyante.Por lo tanto, en un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas de sentido contrario: el peso descendente y la fuerza ascendente.

 Si la fuerza boyante es mayor que el peso, el cuerpo sale a flote; en caso contrario, se hunde.

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PRESIÓN

.

La presión (símbolo p)1 2 es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denominapascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²). En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde   es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:

donde:

, es la fuerza por unidad de superficie.

, es el vector normal a la superficie.

, es el área total de la superficie S.

Presión absoluta y relativa

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica,

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denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge opresión manométrica.

Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (Pa) más la presión manométrica (Pm) (presión que se mide con el manómetro).

Presión hidrostática e hidrodinámica

En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debe especificarse a cual de las dos se está refiriendo una cierta medida de presión.

Presión de un gas

En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas:

Para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.

La presión puede calcularse entonces como

 (gas ideal)

Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de calcular la presión de un gas sino porque relaciona una variable macroscópica observable, la presión, con la energía cinética promedio por molécula, 1/2 mvrms², que es una magnitud microscópica no observable directamente. Nótese que el producto de la presión por el volumen del recipiente es dos tercios de la energía cinética total de las moléculas de gas contenidas.

Propiedades de la presión en un medio fluido

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Manómetro.

1. La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción y reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción.

2. La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto solo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal.

3. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.

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CONCLUSIÓN

Como alumna trabajando con esta investigación llegue a la conclusión de que todos los temas están relacionados a física y como se aplican en nuestra vida diaria, que no todo tema es como nosotros pensamos si no que en física tiene otro significado

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REFERENCIAS CONSULTADAS

-Definición de peso específico - Qué es, Significado y Concepto http://definicion.de/peso-especifico/#ixzz3m2Q2Bajm

-//es.wikipedia.org/wiki/Presión

-//es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://fisica2debachilleres.blogspot.mx/2011/07/empuje.html

//booknotesfisicoani.wordpress.com/fisica-hidrostatica-concepto-y-aplicaciones/

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