Un proceso muy corriente: Medir

¿Qué son magnitudes ?

¿ Qué es medir ?

Unidades . Sistema Internacional ( S.I.) .

Múltiplos y submúltiplos .

Cuestiones y Problemas .

Magnitudes :

Cuando distintos observadores cuentan los cambios que experimentan algunos objetos o sus propiedades , es frecuente comprobar que algunas de ellas no son interpretadas (propiedades) o relatados (cambios ) de la misma forma por todos ellos . Son resultados subjetivos , dependen del observador.

Ej . La dificultad de un problema .

Si una propiedad , la dificultad , no se puede medir , no es una magnitud .

Y si la observación de un fenómeno , no da lugar a una información cuantitativa , dicha información será incompleta .

Así pues , llamaremos magnitudes , a las propiedades físicas que se pueden medir .

Es por lo tanto necesario saber relacionar los resultados de estas mediciones , así como operar con ellos . Las matemáticas son parte del lenguaje que necesitamos para comprender los fenómenos físicos .

Medir :

Es comparar una magnitud con otra , tomada de manera arbitraria como referencia , denominada patrón y expresar cuántas veces la contiene .

Al resultado de medir lo llamamos Medida .

Cuando medimos algo se debe hacer con gran cuidado, para evitar alterar el sistema que observamos . Por otro lado , no hemos de perder de vista que las medidas se realizan con algún tipo de error , debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor - errores experimentales - ; por eso , se ha de realizar la medida de forma que la alteración producida sea mucho menor que el error experimental que se pueda cometer .

Las medidas que se hacen a las magnitudes macroscópicas o a las magnitudes microscópicas requieren técnicas totalmente diferentes .

Unidades

Al patrón de medir le llamamos también Unidad de medida .

Debe cumplir estas condiciones :

1º .- Ser inalterable ,esto es , no ha de cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida .

2º .- Ser universal , es decir utilizada por todos los países .

3º .- Ha de ser fácilmente reproducible .

Reuniendo las unidades patrón que los científicos han estimado más convenientes , por razones que aquí no mencionaremos , se han creado los denominados Sistemas de Unidades .

Nos fijaremos en el llamado

Sistema Internacional ( S.I.)

Este nombre se adoptó en el año 1960 en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas , celebrada en París buscando en él un sistema universal , unificado y coherente que toma como

Magnitudes fundamentales :

Longitud , Masa , Tiempo ,

Intensidad de corriente eléctrica ,

Temperatura termodinámica ,

Cantidad de sustancia

Intensidad luminosa .

Toma además como magnitudes complementarias :

Angulo plano y

Angulo sólido .

Magnitud Nombre de la unidad Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad de corriente amperio A

Temperatura Kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad luminosa candela cd

Angulo plano radián rad

Angulo sólido estereorradián sr

Definición de las Unidades de medida .

metro : Distancia entre dos trazos realizados sobre una barra de platino e iridio que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París . En 1960 , se vuelva a definir como : 1.650.763 , 73 longitudes de onda de la luz anaranjada-rojiza emitida por el átomo de Kriptón 86 . Y se redefine en 1.983 como la longitud recorrida por la luz en el vacío en 1/ 299.792.458 segundos .

kilogramo : Es la masa de un cilindro de platino e iridio que se conserva en la oficina de Pesas y Medidas de París .

segundo : Se define a veces , aunque se sabe que no es un valor constante , como 1/86.400 del día solar medio , esto es , del tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta completa sobre su eje de rotación . La última definición , dada en 1967 , alude a la frecuencia de resonancia del átomo de cesio que es de 9.192.631.770 Hz.y dice que el segundo es , la duración de 9.192.631.770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles energéticos hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

amperio : Es la intensidad de una corriente eléctrica que al circular en el mismo sentido , por dos conductores paralelos infinitamente largos , situados en el vacío y a un metro de distancia , hace que se atraigan con una fuerza de 2. 10 -

7 Newtons , por cada metro de longitud .

Kelvin : La escala de temperaturas adoptada en 1960 en París , se basa en la temperatura del punto triple del agua 273,16 K . La temperatura de congelación del agua a presión normal , se tomó como 273,15 K . Desde este punto , hasta el que le corresponde a la ebullición del agua a dicha presión , se hacen 100 divisiones , grados Centígrados o Celsius , en honor al astrónomo sueco Anders Celsius que fue el que lo propuso en el siglo XVIII .

mol : Es la cantidad de sustancia que contiene tantas unidades elementales de materia ( átomos , moléculas , iones ...) como las que hay en 0,012 kg. de Carbono 12 (6,023 . 1023 ). Este número es el que conocemos como Número de Avogadro .

candela : Es la intensidad luminosa de una fuente que , en una dirección dada , emite una radiación monocromática de frecuencia 540 . 1012 Hz y su intensidad energética en esa dirección es 1/683 vatios / estereorradián .

radián : Es la medida de un ángulo plano central , comprendido entre dos radios , que abarcan un arco de longitud igual al radio con el que ha sido trazado .

estereorradián : Es el ángulo sólido que , con vértice en el centro de una esfera , abarca un área de la superficie esférica igual a la de un cuadrado que tiene por lado , el radio de la esfera .

El resto de las magnitudes -magnitudes derivadas - se miden en las unidades que resultan utilizando las 7 fundamentales y las 2 complementarias .

Hay algunas unidades que no pertenecen al S.I., cuyo uso está tan extendido , que no es recomendable abandonarlas .

Son las siguientes :

Magnitud Nombre de la Unidad Símbolo = Equivalencia

Masa tonelada t = 103 kg.

Tiempo

minuto

hora

día

min = 60 s

hora = 60 min

d = 24 h

Volumen litro l , L = 1 dm3

Angulo plano

grado

minuto

segundo

º

'

"

Múltiplos y submúltiplos .

Es frecuente que las unidades del S.I. resulten unas veces excesivamente grandes para medir determinadas magnitudes y otras , por el contrario , demasiado pequeñas . De ahí la necesidad de los múltiplos y los submúltiplos .

Prefijos literales y factor numérico

MúltiplosPrefijos Símbolo Equivalencia

exa E 1018

peta P 1015

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 10Submúltiplos

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro µ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

Magnitud física

(Redirigido desde Magnitudes físicas)Saltar a navegación, búsqueda

Se entiende por magnitud física toda aquella propiedad de los sistemas físicos susceptible de ser medida o estimada por unobservador o aparato de medida y, por tanto, expresada mediante unnúmero (o conjunto de ellos) y una unidad de medida, y con la cual se pueden establecer relaciones cuantitativas.

Se denomina medición a la técnica por medio de la cual se asigna un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad. Resulta fundamental establecer una única unidad de medida para una magnitud dada, de forma que pueda ser comprendida por la generalidad de las personas. La agrupación de unidades para las magnitudes físicas forma un sistema de unidades.

Tabla de contenidos

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1   Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales 2   Sistema Internacional de Unidades

o 2.1   Unidades básicas o fundamentales del SI o 2.2   Magnitudes físicas derivadas

3   Véase también 4   Enlaces externos

Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales

Con respecto a la relación matemática existente entre las mediciones realizadas por diferentes observadores, que difieren según su grado de movimiento y/u orientación, las magnitudes en física se clasifican en:

Magnitudes escalares, son magnitudes caracterizadas por un valor fijo independiente del observador y carecen de dirección y sentido, como por ejemplo, la masa. En física clásica la masa, la energía, la temperatura o la densidad de un cuerpo son magnitudes escalares ya que contienen un valor fijo para todos los observadores (en cambio en teoría de la relatividad la energía o la temperatura dependen del observador y por tanto no son escalares).

Magnitudes vectoriales, son magnitudes que cuentan con: cantidad, dirección y sentido como, por ejemplo, la velocidad, la fuerza, la aceleración, etc. Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada una de las componentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan relaciones detransformación vectorial. En mecánica clásica también el campo eléctrostático se considera un vector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético, debe ser tratada como parte de unamagnitud tensorial.

Magnitudes tensoriales, que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación.

De acuerdo con el tipo de magnitud debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador conocidas las de otro cuya orientacióny estado de movimiento respecto al primero sean conocidos.

Sistema Internacional de Unidades

Artículo principal: Sistema Internacional de Unidades

El Sistema Internacional de Unidades se basa en dos tipos de magnitudes físicas, las siete que toma como fundamentales (longitud,tiempo, masa, intensidad de corriente eléctrica, temperatura,cantidad de sustancia e intensidad luminosa) y las derivadas, que son las restantes y que pueden ser expresadas con una combinación matemática de las anteriores.

Unidades básicas o fundamentales del SIArtículo principal: Unidades básicas del SI

Longitud: metro (m). El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este patrón fue establecido en año de 1983.

Tiempo: segundo (s). El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental delcesio-133. Este patrón fue establecido en el año de 1967.

Masa: kilogramo (kg). El kilogramo es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año de 1887.

Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A). El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.

Temperatura: kelvin (K). El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.

Cantidad de sustancia: mol (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono-12.

Intensidad luminosa: candela (cd). La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watios porestereorradián.

Magnitudes físicas derivadasArtículo principal: Unidades derivadas del SI

Una vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar como combinación de las primeras.

Unidades derivadas frecuentes son superficie, volumen, velocidad,aceleración, densidad, frecuencia, fuerza, presión, trabajo, calor,potencia, carga eléctrica, diferencia de potencial, etcétera.

CINEMÁTICA 

Definición. — La cinemática (kinema, movimiento) es la parte de la Mecánica que estudia el movimiento en sí; prescindiendo de sus causas y de la masa del móvil.

Movimiento. — Se dice que un cuerpo está en movimiento cuando ocupa sucesivamente posiciones distintas con respecto a otro que se considera como fijo. El cuerpo que se mueve se denomina móvil.

En un movimiento debe considerarse:

El espacio que recorre el móvil.El tiempo que tarda en recorrer ese espacio.La velocidad del movimiento, es decir, el espacio recorrido en la unidad de tiempo.La trayectoria es la unión de las sucesivas posiciones ocupadas en el espacio por el cuerpo, que se mueve. Puede ser rectilínea (piedra que cae libremente), circular (punto de una circunferencia que gira alrededor de su certro), elíptica (revolución de la tierra alrededor del sol),periódica (péndulo de un reloj), etc.

El movimiento es absoluto cuando los puntos de referencia son fijos, y es relativo si dichos puntos se mueven.Ya que todos los cuerpos se mueven, el movimiento absoluto no existe; pero sobre la tierra se puede considerar como absoluto elmovimiento de un tren, y como relativo, el de un viajero que camina en el tren en marcha.El movimiento de los árboles que parecen alejarse del tren es un movimiento aparente.MOVIMIENTO UNIFORMEMovimiento uniforme. — Un movimiento es uniforme cuando el móvil recorre espacios iguales en tiempos iguales.

Se llama velocidad del movimiento uniforme el cociente entre el espacio recorrido y el tiempo empleado en recorrerlo. Por ejemplo, el sonido y la luz se propagan con un movimiento uniforme: el sonido, con una velocidad de 340 metros por segundo, y la luz, con una velocidad de 300.000. kilómetros por segundo.

Las leyes del movimiento uniforme son:1º) En el movimiento uniforme la velocidad es constante.2º) Los espacios recorridos son proporcionales a los tiempos empleados en recorrerlos.

Siendo constante la velocidad, es fácil calcular el espacio recorrido por un cuerpo animado de un movimiento uniforme. Designando con e el espacio, con t el tiempo y con v la velocidad, tendremos:

v = e/t (velocidad = espacio recorrido sobre tiempo)Esta fórmula nos permite, asimismo, calcular el tiempo o el espacio:

e = v t (espacio recorrido = velocidad por tiempo)t = e/v (tiempo empleado espacio sobre velocidad)

MOVIMIENTO VARIADO

Definición. — El movimiento es variado cuando la velocidad no es constante.

Solamente estudiaremos el movimiento uniformemente variado.

Movimiento uniformemente variado. —El movimiento es uniformemente variado cuando la velocidad varía decantidades iguales en tiempos igualesPuede ser:

1. uniformemente acelerado2. uniformemente retardado

Si. la velocidad aumenta (en la unidad de tiempo), el movimiento es uniformemente acelerado. Ejemplo: una piedra que cae.Si la velocidad disminuye, el movimiento es uniformemente retardado. Ejemplo: una piedra arrojada de abajo arriba.AceleraciónLlámese aceleración a la variación de la velocidad durante launidad de tiempo. Puede ser positiva o negativa.

a= Vf-VoEn resumen: el movimiento uniformemente variado se caracteriza por tener aceleración constante.

Leyes del movimiento uniformemente variado:1º) el espacio crece proporcionalmente al cuadrado del tiempo empleado en recorrerlo

e=at2/22 La velocidad crece proporcionalmente al tiempo.

v=V0 + atPlano inclinado de Galileo. — Galileo hacía rodar una bpla metálica por una canaleta hecha a lo largo de una viga que podía inclinarse máso menos con relación al horizonte (fig. 73).A medida que el ángulo, con el horizonte es menor, se hace más lenta la caída de la bola y es más fácil estudiar el movimiento de caída.Resultados: En cualquier inclinación del plano notó Galileo que los espacios recorridos en 1, 2, 3, 4 unidades de tiempo son proporcionales a los números 1, 4, 9, 16..., es decir a los cuadrados ‘de los tiempos empleados en recorrerlos (2 ley).Además, si se invierte el plano conservando la misma inclinación y a continuación del número O se coloca un plano horizontal, se suprime así la acción de la gravedad (fig. 74), y los cuerpos,

después de haber rodado en el plano inclinado con movimiento uniformemente acelerado, siguen con movimiento uniforme, en el plano horizontal.

Consecuencia: Siendo cierta esta ley, cualquiera que sea la pendiente del plano inclinado, deducía Galileo que debía serlo también para la caída vertical o .caída libre.

3 Ley: En el vacío todos los cuerpos caen con igual aceleración.

Se verifica esta 3 ley con eltubo de Newton (ver explicación más adelante).

LEYES DE LA CAÍDA DE LOS CUERPOSAceleración de la gravedad. — Es la aceleración debida a la atracción que ejerce la tierra sobre los cuerpos. Se designa con la letra g. Varía según las latitudes.

En el vacío todos los cuerpos caen con igual aceleración. Esta ley se demuestra con el tubo de Newton y con el martillo de agua.

El martillo de agua es un tubo de vidrio de paredes resistentes, de unos 50 centímetros de largo, en el que se ha introducido aguahasta la mitad. Antes de cerrarlo se hace el vacío en el resto del tubo. Al darle vuelta rápidamente se oye como un martillazo, porque todas las moléculas caen a la vez.

También se puede demostrar esa ley con un disco de madera o de metal y un disco de papel algo más pequeño; haciendo caer por separado los dos discos, el de papel emplea más tiempo para llegar al suelo. Si ponemos el disco de papel sobre el disco de madera o de metal, vemos que llegan perfectamente juntos .

DINAMICA

La dinámica es el estudio de las relaciones entre las fuerzas y el movimiento que producen.

Estudia el movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas. Las descripciones del movimiento comienzan con una definición cuidadosa de magnitudes como el desplazamiento,

el tiempo, la velocidad, la aceleración, la masa y la fuerza. Isaac Newton demostró que la velocidad de los objetos que caen aumenta continuamente durante su caída. Esta aceleración es la misma para objetos pesados o ligeros, siempre que no se tenga en cuenta la resistencia del aire (rozamiento). Newton mejoró este análisis al definir la fuerza y la masa, y relacionarlas con la aceleración.

Concepto de masa. — La masa de un cuerpo es la cantidad de materia que hay en ese cuerpo

Leyes del Movimiento

Las leyes del movimiento son aquellas tres famosas leyes que Isaac Newton formulo, estas leyes son las siguientes.

La Primera Ley: Principio de la inercia y sus consecuencias(Newton).

Un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento, continuará en movimiento con una velocidad constante (es decir, velocidad constante en línea recta) a menos que experimente una fuerza externa neta.

En términos más sencillos, cuando una fuerza neta sobre un cuerpo es cero (SF=0), su aceleración es cero (a = 0).

Esta ley, conocida como la ley de inercia, define un conjunto especial de marcos (sistemas) de referencia denominados marcos inerciales. Un marco inercial de referencia es un marco no acelerado. Cualquiermarco de referencia que se mueve con velocidad constante respecto de un marco inercial es por sí mismo inercial.

1. Un cuerpo en reposo no puede por sí solo ponerse en movimiento; luego, todo cuerpo en movimiento recibe o recibió la impulsión de una causa externa (fuerza).2. Un cuerpo en movimiento no puede modificar por sí mismo su velocidad ni la dirección de su movimiento; su movimiento es rectilíneoy uniforme, si no interviene una causa externa que lo modifica. Luego, toda variación en la velocidad o en la dirección de un movimiento debe atribuirse a la acción de una causa ajena, es decir, a una fuerza que lo solicita.Inversamente toda fuerza que obra sobre un punto en movimientomodifica este movimiento, es decir, le comunica a cada instante una aceleración.

Masa inercial.

Si se intentara cambiar la velocidad de un objeto, éste se opondrá a dicho cambio. La inercia es sencillamente una propiedad de un objeto individual; se trata de una medida de la respuesta de un objeto a una fuerza externa.

La masa se usa para medir la inercia. Cuando mayor es la masa de un cuerpo, tanto menor es la aceleración de ese cuerpo (cambio en su estado de movimiento) bajo la acción de una fuerza aplicada.

Luego, podemos definir “inercia”:

Inercia, — La inercia es la propiedad que tiene un cuerpo de no poder cambiar, por sí mismo, su estado de reposo o de movimiento.

Se distingue la inercia de los cuerpos en reposo y la de los cuerposen movimiento.

Ejemplo de inercia de reposo: Si se tira bruscamente de un plato que contenga agua, ésta caerá por el lado opuesto, en el lugar que ocupaba el plato antes del movimiento.

Si se pone un vehículo bruscamente en marcha, los ocupantes tienden a caer hacia atrás: los pies se adelantan, junto con el piso, pero la cabeza se queda en el mismo lugar.

Si se coloca sobre un vaso una tarjeta con una moneda encima, al tirarde la tarjeta con rapidez, la moneda caerá en el vaso: vale decir que se en reposo en el lugar donde estaba antes, pero, como le falta el apoyo, cae en el vaso.

Ejemplos de inercia de movimiento:

Los viajeros caerán hacia adelante al pararse bruscamente el vehículo: los pies se paran, pero la cabeza sigue su movimiento.

Para afirmar en el mango de madera el hierro d un martillo, se golpea - contra el suelo dicho mango, que se para en contacto con el suelo, pero el hierro sigue en su movimiento y progresa en las fibras de la madera.

Es peligroso apearse sin precaución de un coche en movimiento, pues cuando los pies toquen el suelo y se paren, la parte superior del cuerpo seguirá el movimiento con la velocidad que antes tenía, yendo uno a dar en el suelo con una fuerza tanto más grande cuanto más rápido fuere el movimiento.

Cuando una piedra cae de lo alto del mástil de un navío en marcha, dicha piedra viene a tocar el pie del mástil, porque no cesa, al caer, de participar del movimiento del navío.

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Segunda Ley: principio de la aceleración de la masa

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional masa.

Concepto de masa. — La masa de un cuerpo es la cantidad de materia que hay en ese cuerpo. Es también la cantidad de inercia o la cantidad de resistencia a las variaciones de velocidad que ofrece el cuerpo.Las cantidades de materia de los diversos cuerpos son proporcionales a los pesos que tienen estos cuerpos en un mismo lugar. De modo que la masa de un cuerpo estará medida por la magnitud de fuerzanecesaria para imprimirle una velocidad determinada en un tiempo dado.

Principio de masa. — Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, éste se desplaza con un movimiento uniformemente acelerado.

1º La aceleración adquirida es tanto mayor, cuanto más eficaz es la fuerza.Ej.: Un motor de ocho caballos comunicará a un coche una velocidad doble que un motor de cuatro caballos.

2° La aceleración que determina también será tanto mayor, cuando menor sea la masa del cuerpo.Ej.: Un mismo motor aplicado a coches de distinto peso comunicará más velocidad al coche liviano que al coche pesado.

Estos dos principios pueden ser resumidos en una sola fórmula, que es el principio de masa enunciado por Newton.La aceleración que determina en un cuerpo la acción de una fuerza es tanto mayor, cuanto mayor es la intensidad de la fuerza y menor es la masa del cuerpo.

Relación entre la fuerza, la masa y la aceleración

Masa y peso. — No hay que confundir masa con peso.

Mientras la masa de un cuerpo, como acabamos de ver, es la resistencia a la acción de una fuerza, la cual es invariable en cualquier lugar, el peso es la atracción que la Tierra ejerce sobre el mismo.

La atracción varía de un lugar a otro, depende de la latitud y altitud de dicho lugar. En efecto, un litro de agua, por ejemplo,

a 45º de latitud y al nivel del mar, pesaría 1000 gr.;

en el Ecuador 997 gr.,

en el polo 1002 gr.;

a una altura de 3.200 m. sobre el nivel del mar, 999 gr.

Sin embargo, en esas diversas situaciones la masa permanece constante.

Relación entre la masa, el peso y la aceleración

En el caso de la caída libre de un cuerpo, la fuerza que imprime le aceleración de la gravedad es el propio peso del cuerpo que cae.

De modo que si en las fórmulas anteriores reemplazamos la fuerza Fpor el peso P y la aceleración a por la aceleración g de la gravedad, tenemos:

La masa es la relación constante que existe entre el peso P de un cuerpo y la aceleración g que le comunica la acción de la gravedad.

La Tercera Ley: Acción y reacción

Establece que si dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida sobre el cuerpo 1 por el cuerpo 2 es igual y opuesta a la fuerza ejercida sobre el cuerpo 2 por el 1:

Esta ley, es equivalente a establecer que las fuerzas ocurren siempre en pares o que no puede existir una fuerza aislada individual. La fuerza que el cuerpo 1 ejerce sobre el cuerpo 2 se conoce como fuerza de acción, en tanto que la fuerza que el cuerpo 2 ejerce sobre el cuerpo 1 recibe el nombre de fuerza de reacción. En realidad, cualquier fuerza puede marcarse como de acción y de reacción. La fuerza de acción es igual en magnitud a la de reacción y opuesta en dirección.

Acción y reacción

Si apoyamos la mano sobre la mesa, notamos que la mesa ejerce una presión igual sobre la mano.

Ocurre lo mismo al disparar un arma de fuego, se recibe una reacción sobre el cuerpo con la misma intensidad del disparo

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

Movimiento circular uniforme. — Un móvil, que se mueve siempreen el mismo sentido, está animado de un movimiento circular uniforme cuando su trayectoria es una circunferencia, y cuando los arcos recorridos son proporcionales a los tiempos empleados en recorrerlos.

FUERZA CENTRÍFUGA Y CENTRÍPETA

Centrífuga. — La fuerza centrífuga es la reacción que un cuerpo opone a las fuerzas que tienden a darle un movimiento curvilíneo. Ella es la que echa el barro de las ruedas de los coches cuando giran con velocidad.Si se hace girar una piedra m, con una honda (fig. 78), la fuerza centrifuga tiende la cuerda y ejerce una tracción sobre la mano. Si se suelta una de las dos cuerdas de la honda, la piedra seguirá la dirección mn.

La fuerza mn se llama fuerza centrífuga

 La fuerza centrífuga es proporcional a la masa M del cuerpo.

Aplicaciones de la fuerza centrífuga. — Se emplea la fuerza centrífuga:

1º Para secar la ropa, extraer la miel de los panales, etc.2º Para regularizar la velocidad de las máquinas.3º En Las bombas centrífugas: en el cuerpo de bomba circular que está en el agua giran con gran velocidad unas paletas, produciendo el escape tangencial del agua por un tubo de elevación.4º En ciertos ventiladores.5º En las curvas la vía férrea tiene el riel exterior más elevado, para que la f. e. no haga descarrilar el tren. El caballo que describe una curva muy pronunciada se inclina hacia el interior para resistir la f. e. que lo empuja hacia el exterior, lo mismo sucede con el ciclista.

Fuerza centrípeta. — La fuerza centrípeta es una fuerza contraria e igual a la fuerza centrífuga: mientras la centrífuga solicita el móvil en dirección radial, la centrípeta lo atrae constantemente hacia el centro de curvatura.

En el dibujo la fuerza mo es la fuerza centrípeta

TRABAJO MECANICO

TRABAJO DE LAS FUERZAS

Trabajo. — Trabajo mecánico es la acción de una fuerza que traslada su punto de aplicación.

Ejemplos. — Un hombre que sube un baúl y un caballo que arrastra un coche ejecutan un trabajo.

La producción de un trabajo supone siempre la intervención de dos factores: fuerza y espacio.Cuando se sostiene un cuerpo con la mano, se ejerce una fuerza perono hay trabajo mecánico. Para producir un trabajo mecánico, es necesario bajar o subir el cuerpo, es decir, desplazar el punto donde actúa la fuerza de nuestro brazo.

Trabajo motor y trabajo resistente.Se produce un trabajo motor cuando el desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza se hace en el mismo sentido en que actúa ésta.El trabajo motor se llama también trabajo útil o positivo y la fuerza útilfuerza motriz.Se tiene un trabajo resistente cuando el desplazamiento se efectúa en sentido contrario a la fuerza.Dicho trabajo se llama también trabajo negativo y la fuerza que lo produce se denomina resistencia.Explicación. — Al levantar una piedra con la mano, la fuerza del brazo realiza un trabajo motor, mientras que la del peso de la piedra, aplicada a su centro de gravedad, produce un trabajo resistente, por ser el desplazamiento de la fuerza del peso de la piedra hacia abajo contrario al de la piedra que se desplaza hacia arriba.

VALOR DEL TRABAJOEl valor del trabajo realizado por una fuerza es el producto del camino que recorre su punto de aplicación, por la proyección de la fuerza sobre el camino.

En la figura 80 se representa la fuerza F, cuyo punto de aplicación se traslada de A a B. Siendo F’ la proyección de esa fuerza sobre el camino, el valor del trabajo queda representado por:

En la figura 81 se indica una fuerza que realiza un trabajo negativo. 

T=F'x e

Cuando la fuerza coincide en dirección con el camino, el trabajo, en valor absoluto, está dadopor el producto de la fuerza por el camino recorrido (fig. 82).

 T=F x e

Si se traslada el punto de aplicación de una fuerza perpendicularmente asi misma el trabajo es nulo (la proyección vale cero) (fig. 82 bis).

FUERZA

Fuerza. Se define como toda causa capaz de impedir ,provocar o modificar un movimiento. La modificación del movimiento puede consistir en un cambio de velocidad o de dirección.Vector. El vector de una fuerza es un segmento de recta que indica una dirección y unsentido, definido por una flecha en uno de sus extremos.

Un vector tiene cuatro elementos: Origen, dirección sentido y magnitud.Elementos de una fuerza

Una fuerza consta de cuatro elementos a saber:1.Punto de aplicación: Lugar o punto material donde se aplica la fuerza.2. Dirección. Es la recta según la cual tiende la fuerza a trasladar su punto de aplicación.3. Sentido. Es uno de los dos puntos posibles de seguir en la misma dirección, marcado por una flecha.4. Intensidad o magnitud. Es la medida de su eficacia.

Dinamómetro. Es un instrumento que aprovecha la deformación de los cuerpos para medir la fuerza que le es aplicada.

Estudio de las Fuerzas.El estudio de las fuerzas constituye la parte de la física llamada Mecánica. Y comprende:a) La Estática o estudio de las fuerzas en equilibrio independientemente del movimiento que puedan causar.b) La Cinemática que estudie el movimiento con independencia de su causa, o sea de la acción de las fuerzas.c) La Dinámica que estudie el movimiento refiriéndolo a su causa, o sea, a la fuerza.

Principio de la estática.• Toda fuerza se equilibre con otra de igual intensidad y dirección, perode sentido contrario

Los efectos de una fuerza no cambian cuando su punto de aplicación se traslada en su rectade acción.Ejemplo si a la fuerza F le agregamos la fuerza A y otra de igual dirección e intensidad pero de sentido contrario Blos efectos de la fuerza F no varia.Sistema de fuerzas, Es el conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Resultante de varias fuerzas. Es la fuerza capaz de remplazadas a todas.Resultante de varias fuerzas que actúan sobre un punto y en la misma dirección. Dicha resultante es igual a la suma algebraica de dichas fuerzasA=5Kg; B=2Kg; C=3Kg

Los sistemas de fuerzas se clasifican en:

Colineales. Son las que actúan en una misma dirección.

Paralelas. Son aquellas cuyas direcciones son paralelas.

Concurrentes o angulares. Cuando las líneas de acción convergen en un solo punto formando ángulos.

Sistemas colineales

La resultante en estos sistemas se obtiene sumando algebráicamente los componentes.

Ejemplo:

La resultante del siguiente sistema será

Fuerzas ConcurrentesSe dice que das fuerzas son concurrentes cuando sus direcciones se cortan en un punto.

La Resultante de dos fuerzas concurrentes as igual , en dirección sentido e intensidad a la diagonal del paralelogramo formado por las dos fuerzas.El valor de la resultante se hallará midiendo gráficamente la longitud de la misma. La resultante de varias fuerzas concurrentes será:

El valor de la resultante será el hallado par medición. Fuerzas Paralelas en un mismo sentido.

Fuerzas paralelas en igual sentido

Das fuerzas paralelas de igual sentido pero distinto punto de aplicación, dan una resultante de igual sentido e igual e la suma de las dos. El punto de aplicación se encontrará desplazado hacia la mayor.Fuerzas Paralelas en sentido contrario Das fuerzas paralelas, desiguales y en sentido contrario dará una resultante igual a su diferencia y actuará en sentido igual a la mayorde dichas fuerza. Y el punto de aplicación se hallará del lado externo de la mayor de estas.Gravedad. Es la fuerza que atrae todos los cuerpos hacia el centro de la tierra.

Peso de un cuerpo. Es la resultante de as las fuerzas que ejercen sobre un cuerpoP = m x gg = 9,8

Equilibrio de los cuerpos. Es el estado de reposos de los cuerpos. Un cuerpo está en equilibrio cuando en su centro de gravedad está aplicada una fuerza igual y opuesta a su peso.

El equilibrio es estable si el cuerpo siendo apartada de su posición de equilibrio, vuelve a su

posición anterior.Ej: El péndulo, un cuadro colgado.

El equilibrio es inestable, si el cuerpo, al ser apartado de su posición de equilibrio, no vuelve a su posición anterior, por efecto de la gravedad.Ej. :Un prisma con la base hacia arribaEl equilibrio es Indiferente si el cuerpo siendo movido queda en equilibrio en cualquier posición.Ej. : una rueda en su eje.

Fuerzas elásticas o de deformaciónCuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, uno de los efectos posibles es una deformación.Si se aplican respectivas fuerzas sobre un resorte y plastilina, ambos cuerpos se deforman.Pero, al dejar de aplicar la fuerza, el resorte vuelve a su posición normal; pero la plastilina no.Los cuerpos que como el resorte vuelven a su posición normal, se los llaman cuerpos elásticos.Dinamómetro.Utilizando esta propiedad del resorte se aprovechó para construir un aparato capaz de medir fuerzas. Básicamente esun resorte de acero suspendido por un extremo, y por el otro se suspende el cuerpo que se quiere medir la fuerza.Posee una escala graduada que da valores expresados en N (Newton)o en Kg (fuerza).1Kg=98N 1N=0.102KgCuando se intenta mover un cuerpo que está en contacto con otro, una fuerza tiende a impedirlo. Dicha fuerza sellama fuerza de rozamiento, entre los cuerpos. El rozamiento, generalmente, actúa corno una fuerzaaplicada en sentido opuesto a la velocidad de un objeto. En el caso de deslizamiento en seco, cuando no existelubricación, la fuerza de rozamiento es casi independiente de la velocidad.Cuando mayor es la fuerza que aplasta un cuerpo con otro, mayor será la fricción o fuerza de rozamiento. Para que el cuerpo entre en movimiento la fuerza F deberá vencer la fuerza de rozamiento R .Un plano inclinado es cualquier superficie plana que forma un ángulo con la horizontal. Es posible que un cuerpo colocado en unplano inclinado, no se deslice, esto es posible por las fuerza de rozamiento

LA ENERGÍA

Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.

La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

La energía se presenta en muchas formas, aunque por regla general las energías que más consumimos son de dos tipos, la química y la eléctrica.

La energía química es la que hace funcionar nuestros coches, motos, camiones, barcos y aviones, y la extraemos de combustibles fósiles como el petróleo, el gas o el carbón, o bien fabricando combustibles a partir de otras energías.

La energía eléctrica es la que consumimos en casa y nos llega a través de una red eléctrica que cubre casi todo el planeta. Para producir esa energía existen centrales que la fabrican a partir de combustibles fósiles, energía solar, hidráulica, eólica, térmica, atómica, etc.

Vemos pues que si bien la Naturaleza crea muchos tipos distintos de energía, nosotros las usamos todas de unas pocas formas distintas, y si al encender una bombilla durante una hora consumimos 100 watios, nadie nos puede asegurar de dónde han salido esos watios, si de un generador termosolar, una central nuclear, un generador eólico o una central hidroeléctrica.

Aunque en último término, todos esos tipos de energía han tenido un mismo origen: El Sol.

El Sol calienta grandes masas de aire produciendo vientos que generan energía eólica.

Evapora el agua de los mares para formar nubes que, al condensarse en las montañas generan ríos que son embalsados para producir energía hidroeléctrica.

Hace que las plantas conviertan materia mineral extraída del suelo por las raíces en materia viva, capaz de formar leña, carbón y petróleos.

Incluso la energía atómica tiene su origen en el Sol, si pensamos que todos los elementos existentes más pesados que el hidrógeno, el uranio entre ellos, han tenido su origen en el interior de una estrella, no nuestro Sol precisamente, pero quizás un abuelo del Sol que nació, brilló durante mucho tiempo y explotó para que de sus cenizas, y de otros muchos soles destruidos, se formasen nuevos soles, pero esta vez con planetas sólidos que pudiesen albergar vida.

Definición. La energía es la capacidad que tiene un cuerpo de efectuar un trabajo

Hay dos clases de energía: potencial y cinética

FORMAS DE ENERGÍA

La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:

Energía mecánica Ej. músculo- mecánica en general

Energía térmica (termodinámica) Ej. pasaje de calor

Energía eléctrica (electricidad) Ej. pila

Energía radiante (radiación) Ej. Estufa

Energía lumínica (radiación) Ej. Luz natural y artificial

Energía química (reacciones químicas) Ej. La pila, la combustión

Energía atómica ( nuclear) Ej. Fusión y fisión

Energía elástica Ej. La cuerda de un reloj

Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma total permanece constante

FUENTES DE ENERGÍA

1 - Fuentes de energía renovables:

Energía eólica Energía geotérmica Energía hidráulica Energía mareomotriz Energía solar Biomasa Gradiente térmico oceánico Emergía de las olas Residuos sólidos urbanos

2 - Fuentes de energía no renovable:

Energía nuclear Carbón Gas natural Petróleo

Las fuentes renovables

Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes.

No contaminantes:

El Sol: energía solar.

El viento: energía eólica.

Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica.

Los mares y océanos: energía mareomotriz.

El calor de la Tierra: energía geotérmica.

Las contaminantes (que son las realmente renovables, es decir, que se renuevan) se obtienen a partir de la materia orgánica o biomasa, y se pueden utilizar directamente como combustible (madera u otra materia vegetal sólida), bien convertida en bioetanol o biogás mediante procesos de fermentación orgánica o en biodiésel.

Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten dióxido de carbono, gas de efecto invernadero, y a menudo son aún más contaminantes puesto que la combustión no es tan limpia, emitiendo hollines y otras partículas sólidas. Sin embargo se encuadran dentro de las energías renovables porque el dióxido de carbono emitido será utilizado por la siguiente generación de materia orgánica.

También se puede obtener energía a partir de los residuos sólidos urbanos.

Evolución histórica

Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.

Con el invento de la máquina de vapor por James Watt, se van abandonando estas formas de aprovechamiento, por considerarse inestables en el tiempo y caprichosas y se utilizan cada vez más los motores térmicos y eléctricos, en una época en que el todavía relativamente escaso consumo, no hacía prever un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales que más tarde se presentaron.

Hacia la década de años 1970 las energías renovables se consideraron una alternativa a las energías tradicionales, tanto por su disponibilidad presente y futura garantizada (a diferencia de los combustibles fósiles que precisan miles de años para su formación) como por su menor impacto ambiental en el caso de las energías limpias, y por esta razón fueron llamadas energías alternativas. Actualmente muchas de estas energías son una realidad, no una alternativa, por lo que el nombre de alternativas ya no debe emplearse.

Según la Comisión Nacional de Energía española, la venta anual de energía del Régimen Especial se ha multiplicado por más de 10 en España, a la vez que sus precios se han rebajado un 11 %.

En España las energías renovables supusieron en el año 2005 un 5,9% del total de energía primaria, un 1,2% es eólica, un 1,1% hidroeléctrica, un 2,9 biomasa y el 0,7% otras. La energía eólica es la que más crece.

Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes (renovables) y temporales (agotables). En principio, las fuentes permanentes son las que tienen origen solar, de hecho, se sabe que el Sol permanecerá por más tiempo que la Tierra. Aun así, el concepto de renovabilidad depende de la escala de tiempo que se utilice y del ritmo de uso de los recursos.

Así, los combustibles fósiles se consideran fuentes no renovables ya que la tasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso.

Energía fósil

Los combustibles fósiles se pueden utilizar en forma sólida (carbón) o gaseosa (gas natural). Son acumulaciones de seres vivos que vivieron hace millones de años. En el caso del carbón se trata de bosques de zonas pantanosas, y en el caso del petróleo y el gas natural de grandes masas de plancton marino acumuladas en el fondo del mar. En ambos casos la materia orgánica se descompuso parcialmente por falta de oxígeno, de forma que quedaron almacenadas moléculas con enlaces de alta energía.

Energía hidráulica

La energía potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas aprovechan energía de los ríos para poner en funcionamiento unas turbinas que arrastran un generador eléctrico.

Energía de la biomasa

La biomasa, desde el punto de vista energético, se considera como el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, que es susceptible de ser utilizada con finalidades energéticas. Incluye también los materiales procedentes de la transformación natural o artificial de la materia orgánica.

La biomasa se puede producir o se puede obtener a partir de subproductos o residuos. Algunos argumentan que producir biomasa necesitaría muchas plantaciones que habría que quitar a cultivos para alimentos o acaparar más terreno salvaje.

Biomasa cultivada y agrícola:

Orujos Paja Cardo Árboles Maíz

Biomasa a partir de residuos:

Alpechín, residuo del proceso de elaboración de aceite de oliva Cáscaras de frutos secos Restos de carpintería Restos de podas, siegas y limpieza de montes Aserrín Otros residuos de industria alimentaria. Si contiene humedad, el residuo se

seca

Residuos ganaderos:

Purines Excrementos del ganado

Energía solar

La captación de la radiación solar sirve tanto para transformar la energía solar en calor (térmica), como para generar electricidad (fotovoltaica). Se puede diferenciar entre activa y pasiva o bien directa o indirecta

Energía geotérmica

Parte del calor interno de la Tierra (5.000ºC) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar turbinas eléctricas o para calentar.

Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarios. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor

Energía nuclear

El núcleo atómico de elementos pesados como el uranio, puede ser desintegrado (fisión nuclear) y liberar energía radiante y cinética. Las centrales termonucleares aprovechan esta energía para producir electricidad mediante turbinas de vapor de agua.

Energía gravitacional. Energía mareomotriz

La atracción del Sol y la Luna que origina las mareas puede ser aprovechada para generar electricidad.

La energía mareomotriz se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la Luna, la Tierra y el Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.

Energía eólica

Es la que se obtiene por medio del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire.

Si bien los parques eólicos son relativamente recientes, iniciando a popularizarse en las décadas de los 80 - 90, desde hace mucho tiempo la energía eólica se ha utilizado en otras aplicaciones, como: moler granos o bombear agua, basta recordar los ya famosos molinos de viento en las andanzas de Don Quijote

HIDROSTÁTICA

Concepto de presión

Fuerza y presiónDefinición. — La presión es la razón de una fuerza a la superficie sobre la cual se ejerce esta fuerza. Sea un cuerpo A (fig. 85-1) que ejerce sobre un plano una fuerza vertical igual a su peso, 50 Kg. por ejemplo. Si la superficie de la base de dicho cuerpo mide 10 cm2, el peso se repartirá igualmente en toda ella en forma tal que a cada cm2corresponderán

50— = 5 Kg.10

En este caso se dirá que el cuerpo A ejerce sobre el plano una presión de 5Kg. / cm2

En el ejemplo citado vemos que por un lado se trata de una fuerza representada por el peso del cuerpo igual a 50 Kg. y por el otro de una presión igual a 5 Kg./ cm2. Ahora bien, si damos vuelta al cuerpo (fig. 85-2) de manera que descanse por una sus caras laterales, igual, porejemplo/ a 25 cm2, el peso o la fuerza no cambiará, seguirá siempre igual a 50 Kg.; pero la presión se volverá igual a = 2 Kg./cm.2

Prácticamente la presión es la fuerza que actúa por Unidad de superficie, o sea:

P =F/S

La presión es directamente proporción a la fuerza e inversamente proporcional a la superficie.

Aplicaciones. — La penetración de un clavo en la madera en una pared, será tanto más fácil cuanto menor sea la superficie ofrecida por su punta.El uso de esquíes, en las montañas, que permiten repartir el peso del cuerpo de una persona en una superficie mayor que las plantas de los pies.

HIDROSTÁTICA

Definición. — La hidrostática es el estudio de ciertas propiedades de los líquidos en equilibrio:

Tiene por objeto principal el estudio de las presiones que ejercen los líquidos sobre las paredes de los vasos que los encierran y sobre los cuerpos sumergidos en ellos.Sabemos que:

P =F/S

Ejemplo: Si una superficie de 10 cm2 soporta la fuerza de 50 Kg.la presión de superficie será:

P = 50 Kg / 10 cm2= 5 kgs/ cm2

Diferencia fundamental entre los sólidos y los fluidos.

a) El sólido ideal es un cuerpo indeformable por la acción de las fuerzas externas, es decir: tienen un volumen constante y una forma invariable.Los sólidos reales como la madera, el hierro, la piedra, etc., no poseen en absoluto la invariabilidad del volumen ni de la formaporque se contraen con el frío y se dilatan con el calor y sufren deformaciones por la acción de fuerzas externas.En el estado sólido, las fuerzas intermoleculares producen una gran cohesión que se opone a la deformación y a la ruptura.b) Los fluidos (fluere, correr) son los cuerpos no sólidos, es decir loslíquidos y los gases. Los líquidos, por efecto de la gravedad pueden derramarse; los gases por su fuerza expansiva tienden a escapar de los recipientes.

Transmisión de la presión. — Si se ejerce una determinada fuerza sobre la superficie de un sólido, dicha fuerza se transmite íntegramente y en un sólo sentido. Por el contrario, si la fuerza se ejerce sobre la superficie libre de un líquido en reposo; lo que se va a transmitir será la presión y se hará en todo sentido y en todos los puntos ya sea en el seno del líquido como en las paredes del recipiente (véase el Principio de Pascal).RESUMIENDO: Los sólidos transmiten fuerzas; los líquidos presiones.Ejemplo:

En cambio si tenemos:

Si sobre el émbolo A’ (de 1 cm2 de sup.) ejercemos una fuerza de 5 Kg., la presión p será:

P = 5 Kg / 1 cm2 = 5 kgs/ cm2

En el émbolo B’ se soportará la misma presión pero como la superficie es de 5 cm2 se tendrá allí una fuerza total de 25 Kg. pues

F= P x S = 5kg / cm2x 5 cm2 = 25 Kg

PRINCIPIO DE PASCAL. — TRANSMISION DE PRESION

Enunciado. — Toda presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en reposo se transmite íntegramente y en todo sentido, a todos los puntos de masa del líquido y de las paredes del recipiente.

Sean los dos vasos comunicantes cerrados por los émbolos B y A (fig. 86). B tiene una superficie 25 veces mayor que A. Si ponemos un kilo sobre el émbolo A tendremos que poner 25 K sobre el émbolo B para impedir que suba (se prescinde de los roces).

Además, la presión se transmite en todo sentido.

Experimento. — Sea un vaso de forma cualquiera (fig. 87), cuyas paredes contengan aberturas de igual extensión y cerradas por émbolos movibles de 1 cm2

 de superficie. Supongamos que este vaso esté exactamente lleno de un líquido, que, para el rigor de la demostración, admitiremos como incomprensible y sin peso. Si sobre el émbolo superior ejercemos una presión cualquiera, de 2 Kg. por ejemplo, esta presión se transmite instantáneamente, y sin perder nada de su valor, a la pared interna de los otros émbolos. Cada uno de estos émbolos recibirá, por lo tanto, de dentro a fuera, y perpendicularmente a su superficie, la presión de 2 Kg. y será menester aplicar al exterior una fuerza de 2 Kg., cuando menos, a cada uno de los émbolos para que no salgan al exterior.Lo mismo sucederá con cada porción de las paredes del vaso, de superficie igual a la del émbolo, y también por cada porción, igual en la masa del líquido.

Efecto de la presión sobre un punto de la pared lateral de un recipiente

VASOS COMUNICANTES Y APLICACIONES

Vasos comunicantes. — Se llaman vasos comunicantes a un conjunto de vasos unidos entre sí por su parte inferior. Para qué un líquido homogéneo esté en equilibrio en varios vasos comunicantes es indispensable que los niveles de este líquido, en los diversos vasos, estén en el mismo plano horizontal.

LA PRENSA HIDRÁULICA

Se compone de dos recipientes de diferente ancho, comunicados por la base. Cada uno de ellos posee un émbolo, que permite ejercer presión sobre el líquido. Aplicando una fuerza hacia abajo en el émbolo pequeño, se ejerce una presión en el líquido que se transmite al émbolo del recipiente grande. Como este émbolo posee mayor superficie, la fuerza que aparece en él, hacia arriba, es mayor que la que se aplicó al émbolo pequeño. Este tipo de dispositivos sirven como amplificadores de fuerza.

Los FRENOS HIDRÁULICOS

Al presionar el pedal de freno, se ejerce una presión sobre el líquido la que se transmite hasta los dispositivos que accionan los frenos de las ruedas.

El TANQUE DE AGUA

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDESEnunciado. — Todo cuerpo sumergido en un líquido en reposo recibe un empuje vertical de abajo arriba igual al peso del líquido desalojado.

Demostración experimental.La llamada “balanza hidrostática” es una balanza de dos platillos, de los que se pueden colgar diferentes cuerpos y ser sumergidos en líquidos, para así medir el empuje que reciben. Para realizar esta experiencia hay que disponer de un juego de cilindros, uno cerrado que entra exactamente en el otro que es abierto. Se equilibra la balanza con los cilindros colgando de uno de los platillos. El cilindro abierto (A) está vacío. Luego, se sumerge totalmente el cilindro cerrado (C) en un líquido. Se observa que la balanza se desequilibra debido al empuje que recibe el cilindro sumergido. Se llena el cilindro abierto con el mismo tipo de líquido en el que el otro cilindro se mantiene sumergido. Se observa que la balanza se vuelve a equilibrar. Esto es porque el peso del líquido contenido en el cilindro superior compensa el empuje que recibe el cilindro inferior .El principio de Arquímedes queda comprobado.

FLOTACIÓN

Al introducir un cuerpo en un líquido pueden presentarse tres casos:

1- Si el peso del cuerpo es superior al del líquido desalojado, el cuerpo se hunde. Ej.: el hierro, el cobre, el plomo en el agua.

2- Si el peso del cuerpo es igual al peso del líquido desalojado, el cuerpo queda en suspensión en el líquido. Ej.: un pez inmóvil entre dos aguas.

3- Si el peso del cuerpo .es inferior al del líquido desalojado, el cuerpo flota. Ej.: el corcho y la madera en el agua; el hierro en el mercurio.

Se realizan experimentalmente esos tres casos con el ludión. EL ludión  una figurilla de vidrio o de esmalte, colgada de un pequeño globo B, que contiene aire y un poco de agua y una probeta llena de agua herméticamente cerrada con una membrana. Una presión ejercida en ésta hace penetrar, por el agujerito, una pequeña cantidad de agua en el globo; aumentando así el peso del aparato, el ludión se hunde. Si se deja de ejercer la presión, el aire del globo expulsa el agua que ha penetrado y vuelve a flotar

Pueden realizarse también los tres casos anteriores por medio de un mismo cuerpo sólido (un huevo por ej.) sumergido en líquidos de distinta densidad (agua salada por Ej.) (fig. 104).

Cuerpos flotantes. — Un cuerpo flota en la superficie de un líquido cuando desaloja un volumen de líquido de un peso mayor al suyo.

Para hacer flotar un cuerpo más denso que el agua basta, pues, darle una forma que le permita desalojar un peso de agua mayor al suyo propio (buques, boyas metálicas).

Para que un cuerpo flote el empuje debe ser igual al peso de un cuerpo

E=P

AREOMETROS. — DENSIMETROS

Definición. — Los areómetros son flotadores lastrados que se componen de un vástago graduado, ensanchado en su parte inferior, la cual remata por una ampolla conteniendo mercurio o perdigones. El lastre permite sumergirse verticalmente (fig. 107

Los densímetros son areómetros cuya graduación indica directamente, en el punto de enrase, la densidad del líquido en que están sumergidos

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

La atmósfera es la capa de aire que rodea la tierra. Se admite generalmente que llega a un espesor de 70 a 100 Km. El peso de los gases que componen la

atmósfera produce sobre los cuerpos inmersos en ella una presión denominada presión atmosférica.

Se demuestra la existencia de la presión atmosférica con los experimentos de la lluvia de mercurio, del rompevejigas y de los hemisferios de Magdeburgo.

Lluvia de mercurio (fig. 118).— Estando el tubo T tapado en su extremidad superior con un disco de madera E ahuecado en forma de cubeta, la cual se llena de mercurio, se lo coloca sobre la platina de la máquina neumática y se hace el vacío.

El mercurio, comprimido por, la presión atmosférica exterior, que no está más equilibrada por la presión interior, atraviesa el disco y cae en el interior bajo la forma de gotitas finísimas y brillantes (Lluvia de Diana).

Este experimento también demuestra la porosidad de los cuerpos.

Rompevejigas (fig. 119). —Un tubo ancho de vidrio, colocado sobre la platina de la máquina neumática, está tapado, en su parte superior con una vejiga. Cuando se hace el vacío en el cilindro, la presión atmosférica exterior que no esta más equilibrada por la presión interior, deprime la membrana y acaba por romperla con estrépito.

Hemisferios de Magdeburgo (fig. 120). — Esos hemisferios son fáciles de separar cuando la presión atmosférica se ejerce en su interior; pero si  se hace el vacío en ellos, es necesario un esfuerzo considerable para separarlos.

Si el vacío es completo, como la presión atmosférica exterior  no está más equilibrada por la presión igual y opuesta del interior, para separar los hemisferios, al suponer su diámetro igual a 20 cm., habrá que hacer un esfuerzo de: 324,50 Kg.

Otro experimento sobre presión atmosférica (fig. 121). — Se llena completamente de agua un vaso de mesa; luego se aplica en la superficie del líquido una hoja de papel que no deje aire entre ella y el líquido. Invirtiendo el

vaso y manteniendo la hoja con la mano, la cual se retira después con precaución, se observa que no cae el agua. Está sostenida por la presión atmosférica que se ejerce de abajo arriba, y que resulta superior al peso del agua. La hoja de papel sirve, tan sólo, para impedir que la entrada del aire divida la masa líquida.

EXPERIMENTO DE TORRICELLI

Medida de la presión atmosférica. Para medir la presión atmosférica se toma un tubo de vidrio de un metro de largo, cerrado en una extremidad y lleno de mercurio. Se tapa la extremidad  abierta con el dedo (fig. 122-1) y se le da vuelta en una cubeta de mercurio; al sacar el dedo, el líquido contenido baja hasta equilibrar la presión  unos76 cm.(760mm) encima del nivel del mercurio en la cubeta (fig. 122-2)

De no existir la presión atmosférica indicada por las dos flechitas, sobre la superficie del mercurio de la cubeta, según el principio de los vasos comunicantes, el mercurio del tubo caería hasta alcanzar el mismo nivel que el de la cubeta.

 

APLICACIONES DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA:

Barómetros. — Los barómetros son instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica.

Barómetro de cubeta. — El barómetro de cubeta ordinario es un simple tubo de Torricelli con su cubeta (fig. 123) aplicado sobre una tabla provista de una escala graduada, cuyo cero corresponde al nivel del mercurio en la cubeta.