PRESENTACIÓN -...

49
PRESENTACIÓN Las últimas décadas han visto avances tecnológicos y científicos decididamente acelerados. En los últimos 30 años, el avance ha sido mayor que en los 400 años precedentes. En la actualidad, el ser humano necesita contar con una sólida formación científica para poder comprender el mundo que lo rodea. Esto le permitirá no solo obtener un mayor beneficio en el uso y aplicaciones de los aparatos e instrumentos tecnológicos de su entorno, sino además tomar mejores decisiones en beneficio de sí mismo, la sociedad y la naturaleza. Esta formación científica incluye el aprendizaje de física, disciplina considerada por muchos el pilar de la ciencia y la tecnología moderna. El estudio de la física en este nivel educativo les permite a los alumnos adquirir competencias orientadas en la resolución de problemas cotidianos y la comprensión racional de su entorno mediante el conocimiento y la aplicación de los métodos y procedimientos que emplean las ciencias naturales como la física. Motivo por el cual se ha elaborado la presente antología que pretende proporcionar a los estudiantes del curso de Física II, la oportunidad de demostrar que la física es una ciencia que ayuda a comprender los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor, responder a las características y niveles de conocimientos de los estudiantes de educación media superior, ayudar al alumno a entender el comportamiento real del universo y la posibilidad de vivir de manera diferente en el futuro, promover competencias que les permita a los alumnos aprender en forma autónoma a lo largo de su vida para desarrollar relaciones armónicas con quienes los rodean, así como participar eficazmente en los ámbitos social, profesional y por ultimo reafirmar la comprensión de los conceptos a través de la solución de un gran número de problemas cuidadosamente seleccionados, cubriendo así el temario de dicha materia, sin olvidar, por supuesto, la parte teórica, que permite llegar a un aprendizaje significativo. Espero que esta antología cumpla las expectativas y deseo que les sirva de guía para que el curso de física II, Sea satisfactorio para su intelecto y gratificante a la hora de recibir calificaciones y con esto lograr una experiencia agradable, la experiencia de hacer ciencia. ING. Oscar Rosas Ocampo

Transcript of PRESENTACIÓN -...

PRESENTACIÓN

Las últimas décadas han visto avances tecnológicos y científicos decididamente acelerados. En los últimos 30 años, el avance

ha sido mayor que en los 400 años precedentes.

En la actualidad, el ser humano necesita contar con una sólida formación científica para poder comprender el mundo que lo

rodea. Esto le permitirá no solo obtener un mayor beneficio en el uso y aplicaciones de los aparatos e instrumentos tecnológicos de su

entorno, sino además tomar mejores decisiones en beneficio de sí mismo, la sociedad y la naturaleza. Esta formación científica incluye

el aprendizaje de física, disciplina considerada por muchos el pilar de la ciencia y la tecnología moderna.

El estudio de la física en este nivel educativo les permite a los alumnos adquirir competencias orientadas en la resolución de

problemas cotidianos y la comprensión racional de su entorno mediante el conocimiento y la aplicación de los métodos y

procedimientos que emplean las ciencias naturales como la física.

Motivo por el cual se ha elaborado la presente antología que pretende proporcionar a los estudiantes del curso de Física II, la

oportunidad de demostrar que la física es una ciencia que ayuda a comprender los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor,

responder a las características y niveles de conocimientos de los estudiantes de educación media superior, ayudar al alumno a entender

el comportamiento real del universo y la posibilidad de vivir de manera diferente en el futuro, promover competencias que les permita

a los alumnos aprender en forma autónoma a lo largo de su vida para desarrollar relaciones armónicas con quienes los rodean, así

como participar eficazmente en los ámbitos social, profesional y por ultimo reafirmar la comprensión de los conceptos a través de la

solución de un gran número de problemas cuidadosamente seleccionados, cubriendo así el temario de dicha materia, sin olvidar, por

supuesto, la parte teórica, que permite llegar a un aprendizaje significativo.

Espero que esta antología cumpla las expectativas y deseo que les sirva de guía para que el curso de física II, Sea satisfactorio para su

intelecto y gratificante a la hora de recibir calificaciones y con esto lograr una experiencia agradable, la experiencia de hacer ciencia.

ING. Oscar Rosas Ocampo

UNIDAD I. ESTÁTICA

INTRODUCCIÓN

Cierra los puños de tus manos y extiende los dedos índices; sobre ellos apoya una regla de plástico (de 30 cm. aproximadamente) por sus

extremos. Ahora coloca sobre la regla otro cuerpo, por ejemplo un prisma de madera o una moneda; sopórtala con tus dedos índices, aprecia la

posición de los cuerpos y los apoyos. Puedes cambiar de posición los cuerpos y los apoyos. Reflexiona sobre lo que observas y anótalo. Para cada

caso elabora un diagrama indicando las posiciones de los cuerpos involucrados. Toma una cuerda o lazo y con la ayuda de otro compañero, tiren de

sus extremos en sentidos opuestos (como jugando a las vencidas).

¿Cómo se comportan los cuerpos involucrados si la fuerza que aplica tu compañero es mayor a la que tú aplicas?

¿Cómo se comportan los cuerpos si la fuerza que aplicas tú es mayor que la que aplica tu compañero?

¿Cómo se comportan los cuerpos si las fuerzas que aplican los dos son iguales?

¿Cómo se comportarían los cuerpos involucrados si las experiencias anteriores si se realizan sobre un barco que navega a velocidad constante?

Trivia

Siempre que cargamos un objeto pesado con una mano, como por ejemplo una cubeta llena de agua, ¿por qué tenemos la tendencia a estirar el

brazo contrario hacia un costado?

¿Cuál es el objetivo de separar los pies y flexionar las rodillas para evitar ser derribado?

¿En dónde se localiza el centro de gravedad de las personas?

¿En dónde se encuentra el centro de gravedad de una dona?

Imagina un plano inclinado; en él se encuentran dos copas de vidrio, una se encuentra vacía mientras que la otra tiene agua hasta el borde. ¿Cuál

de las copas es inestable y está a punto de caer?

¿Por qué una persona se proyecta hacia delante cuando se detiene sorpresivamente un auto?

Si dos personas con patines se encuentran sobre el hielo, se colocan de frente y dándose las manos y se empujan uno al otro, ¿Qué es lo que

ocurre?

PRÁCTICA I: CENTRO DE MASA, CENTRO DE GRAVEDAD Y CENTROIDE

OBJETIVOS

• Obtener los valores de las tensiones desconocidas aplicando la primera condición de equilibrio.

• Obtener los valores de las reacciones desconocidas aplicando la segunda condición de equilibrio.

• Determinar el centro de gravedad de algunos cuerpos geométricos de material uniforme, de formas irregulares y regulares, por

métodos experimentales.

• Determinar el centro de gravedad de cuerpos planos, geométricos y uniformes, y comprobar que se localiza en el centro geométrico.

• Calcular las coordenadas del centroide de figuras planas irregulares,

Aplicando el teorema de Varignon.

• Comprobar que los puntos encontrados experimentalmente y analíticamente, coinciden equilibrando dichos cuerpos.

MATERIAL Y EQUIPO

Soporte universal

Varilla de 60 cm.

Espiga con nuez y varilla sostén

Plomada con hilo o similar

Cuerpos planos homogéneos, regulares e irregulares

Regla para equilibrio

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Para cuerpos y figuras regulares, localiza el centroide como se indica en las siguientes figuras:

Cuadrado Triángulo equilátero

Triángulo rectángulo Circunferencia

FIGURAS PLANAS IRREGULARES

Se suspende la figura de puntos diferentes y con una plomada del mismo punto de suspensión, trazar una línea sobre el hilo, donde se crucen las

líneas, el punto de intersección determina el centroide de la figura.

MÉTODO ANALÍTICO

• Se dibuja la figura en un sistema de ejes cartesianos en el primer cuadrante.

• Se divide la figura en áreas regulares con centroides conocidos.

• Se calculan las áreas de cada una de las figuras divididas.

• Se determinan las coordenadas x y y de los centroides de cada área.

• Se calcula el momento de cada área con respecto a los ejes coordenados.

• Por el teorema de Varignon, las coordenadas del centroide serán:

Xc = (X1A1 + X2A2 + ... + XnAn) / AT

Xc = Xn An / AT

Yc = (Y1A1 + Y2A2 + ... + YnAn) / AT

Yc = Yn An / AT

EXPERIMENTO 1

Monta una regla sobre el soporte. Determina experimentalmente el centro de gravedad acomodándole el dispositivo provisto hasta lograr el

Equilibrio. Realiza un análisis en base a los conceptos previos y da una explicación del fenómeno. EXPERIMENTO 2

En una hoja de papel cuadriculado, dibuja una figura como se te indique por el profesor y determina el centroide analíticamente, llenando la

siguiente tabla:

COORDENADAS DEL CENTROIDE

Figura A Área A X Y X A Y A Coordenadas

del centroide

1 XC

2 YC

3

AT XnAn

XC

YnAn

YC

EXPERIMENTO 3

Comprobar prácticamente la precisión de la localización del centro de gravedad, colocando un cuerpo de tal forma que al quedar sobre una punta,

ésta coincida con el centro de gravedad y el cuerpo quede en equilibrio.

Reflexiona

I. ¿Cuáles son tus conclusiones de los experimentos?

II. El punto donde se considera concentrado el peso de un cuerpo se denomina:

III. El punto donde se considera concentrada el área de un cuerpo se denomina:

IV. ¿Coincide el punto cuyas coordenadas se determinaron por el método de Varignon con el determinado experimentalmente?

V. ¿Por qué al suspender un cuerpo de puntos diferentes, se localiza el centro de gravedad?

VI. ¿En dónde se localiza el centroide en las figuras regulares?

VII. ¿Qué le sucede al eje que sujeta a una polea, si está mal calculado el centro de gravedad?

VIII. ¿Qué finalidad se logra al determinar el centro de gravedad en las llantas de un auto?

IX. ¿En qué juegos infantiles se aplican los conocimientos adquiridos?

X. ¿Qué le sucede a un vehículo si el centro de gravedad se encuentra a una altura considerable del piso al tomar las curvas?

XI. ¿Dónde se aplica el centro de masa, el centroide y el centro de gravedad en una industria?

AUTOEVALUACION.

RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:

1. Define qué es el equilibrio.

2. ¿Cuáles son las condiciones para el equilibrio translacional?

3. ¿Cuáles son las condiciones para el equilibrio rotacional?

4. ¿Qué es un centroide?

5. ¿Qué es una torca?

6. Describe cómo se define el signo de una torca para fuerzas coplanares.

7. ¿Qué es el centro de masa de un cuerpo?

8. ¿Cuál es la diferencia entre centro de masa y centro de gravedad?

RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS:

1. El paquete de la figura tiene un peso de 10N. Dibuje el diagrama de cuerpo libre del paquete de la cuerda BD y del anillo en B.

2. Encuentra la resultante del siguiente sistema de fuerzas, sabiendo que:

F1 : 200 N = 45 º

F2 : 300 N = 120 º

F3 : 150 N = 210 º

3. Encuentra la resultante del siguiente sistema de fuerzas concurrentes y coplanares por el método analítico del triángulo, sabiendo que:

R = -F1 + F2

F1 =480N <160º

F2 =250N <80º

4. Un cuerpo de 100N se encuentra suspendido por medio de 2 cuerdas. Determina la tensión en cada una de ellas.

5. Determine las reacciones en los apoyos del siguiente sistema de fuerzas que se encuentran sobre una viga, considerando el peso de la misma sin

valor.

6. Determine el centroide de la siguiente figura:

7. Una regla graduada de un metro de largo queda en equilibrio si se coloca sobre un eje en la marca de los 50 cm. Si se le colocan encima dos

monedas en la marca de los 12 cm., la regla se equilibra al colocarla sobre la marca de los 45.5 cm. Si la masa de cada moneda es de 5 gramos,

¿cuál es la masa de la regla?

8. El andamio de la figura mide 3 m de largo y tiene una masa uniforme de 20 kg. Un albañil de 80 kg está parado a 1 m de uno de los extremos, y

un bulto de 25 kg de cemento está a 50 cm. del otro extremo. Calcular las dos fuerzas de resistencia ejercidas por los soportes del andamio.

9. El andamio de la figura mide 3 m de largo y tiene una masa uniforme de 20 kg. Un albañil de 80 kg está parado a 1 m de uno de los extremos, y

un bulto de 25 kg de cemento está a 50 cm. del otro extremo. Calcular las dos fuerzas de resistencia ejercidas por los soportes del andamio.

10. La viga de la figura mide 6 m de largo y tiene una masa uniforme de 20 kg. Está articulada en la pared mediante una bisagra y sujeta por una

cuerda en el otro extremo. De este último extremo cuelga un peso de 80 N. Si la tensión máxima que soporta la cuerda es de 900 N, calcular la

máxima sustancia que puede caminar sobre la viga un hombre de 70 kg a partir de la pared, de manera que la cuerda no se rompa.

11. Una escalera uniforme de 6 m y 20 kg, se apoya sobre una pared vertical. Si el coeficiente de fricción entre la escalera y el piso y entre la

escalera y la pared es, u = 0.73, encontrar el ángulo más pequeño para el cual la escalera no se resbala.

12. Un cuerpo de 0.6 toneladas, se encuentra suspendido por medio de dos cuerdas como se ve en la figura. Determine la tensión en cada una de

ellas.

13. Un puntal uniforme de 450 N de peso y 7.5 m de longitud está sostenido por un cable. El puntal se apoya en la pared y el cable forma un ángulo

de 300 con respecto al puntal, que está en posición horizontal. Si se cuelga del extremo derecho una carga de 2,200 N, ¿cuál es la tensión en el

cable?, ¿cuáles son las componentes horizontal y vertical de la fuerza ejercida por el pivote?

14. Una pelota de 100N cuelga de una cuerda unida a otras dos cuerdas que están sostenidas sobre una viga horizontal formando ángulos de 600 y

450 respectivamente. Calcule las tensiones que cuelgan de la viga.

MAQUINAS SIMPLES

Coloquialmente llamamos trabajo a cualquier actividad realizada que nos cueste algún tipo de esfuerzo. Por ejemplo el decir tengo mucho trabajo

en la oficina” se refiere a una gran cantidad de actividades pendientes, las cuales pueden no tener relación con la física.

Sin embargo en física el trabajo se define como el producto escalar del vector desplazamiento por el vector fuerza. La magnitud de este se

puede escribir como:

W = F.dcos

Realiza la siguiente actividad referente a maquinas simples:

PRACTICA 2. MAQUINAS SIMPLES MATERIAL

Experimento 1.

Experimento 2

1 flexómetro

1 dinamómetro

1 transportador

1 plano inclinado variable

1 bloque de madera

1 Flexómetro

1 Dinamómetro

1 paquete de monedas de 300 gr. de masa

aproximadamente.

2 poleas dobles chicas

1 cutter

1 diurex o maskin tape

Hilo cáñamo

Preguntas guía

Mencione 5 artefactos mecánicos que estén basados en el tornillo.

Mencionen 5 aplicaciones de los sistemas de poleas.

EXPERIMENTO 1

1.- Jalen el bloque de madera con el dinamómetro a velocidad constante sobre el plano inclinado una distancia de 50 cm.

2.- Registren el valor del ángulo y la fuerza.

3.- Con los valores de distancia y fuerza, calcular el trabajo realizado. El ángulo al que se coloca el plano inclinado no se debe de tomar en cuenta

para calcular el trabajo.

4.- Cambien el ángulo y jalen nuevamente el bloque, a velocidad constante.

5.- Repitan el procedimiento anterior para 5 ángulos diferentes.

6.- Ordenen los datos de acuerdo a la siguiente tabla:

Ángulo

[º]

Distancia

[m]

Fuerza

[N]

Trabajo

[J]

7.- comparen los valore del trabajo para los diferentes ángulos. ¿Qué se puede decir de tal comparación?

EXPERIMENTO 2.

Sistema de poleas.

1. Sujeten una polea a un punto fijo del techo.

2. armen cada uno de los siguientes sistemas. En todos los casos usen un paquete de monedas de 300 gr. Aproximadamente.

3. Coloques el punto de amarre de la pesa con el cordón al mismo nivel del punto de amarre del dinamómetro (solo para 1,3 y 4).

4. Jalen verticalmente hacia abajo con el dinamómetro y midan la fuerza registrada en el dinamómetro, la longitud que ascendió el paquete

de monedas y la longitud que avanzó el dinamómetro, así para cada sistema. Con los datos obtenidos calculen el trabajo de entrada, el de

salida y la eficiencia para cada sistema.

5. Se espera idealmente que si se tienen dos poleas, la fuerza invertida para subir el paquete sea dos veces menor que con una polea, si se

tienen tres poleas, la fuerza disminuirá tres veces y así sucesivamente. ¿Se cumple esto? Argumente de acuerdo a lo observado.

UNIDAD II. La Materia y sus Propiedades.

INTRODUCCIÓN

¿Que pesa más, un kilo de plomo o un kilo de algodón?

¿Que pesa más, un balón de fútbol inflado o desinflado?

¿Por qué hay objetos pequeños que pesan más que otros objetos más grandes?

Cuando intentamos describir el comportamiento de cualquier sistema físico, resultan de especial interés dos magnitudes físicas que son la masa y

la fuerza. Nos preguntamos, por ejemplo, qué le ocurre a un líquido cuando sobre él actúa cierta fuerza, o qué fuerzas sentimos cuando estamos

inmersos en un fluido, o qué tanto pesa un líquido o un gas. En todos estos casos estamos hablando directa o indirectamente de fuerza y de masa.

Existen otras dos magnitudes físicas que en cierta forma sustituyen a la masa y a la fuerza: se trata de la densidad y la presión. Esto se debe a

que por ejemplo en los fluidos se tiene en general una gran extensión, y nos interesa averiguar el comportamiento local del fluido. Por ejemplo, si

nos referimos al mar, por lo general no nos interesa saber la masa total del mar, sino cuanta masa hay en cierta región, por ejemplo en una unidad

de volumen; o bien, si nos interesa saber las fuerzas que un líquido ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene, resulta útil pensar en

la fuerza ejercida sobre cada centímetro cuadrado de superficie. De esta manera, si estamos en Acapulco en la playa y nos interesa averiguar si

cierto objeto va a flotar, (además de hacerlo experimentalmente y ya), no es necesario saber la masa de agua del Océano Pacífico, sino que basta

con saber la densidad del agua de mar en Acapulco. Esto da origen a los conceptos de densidad y presión, que están íntimamente relacionados con

la masa y la fuerza respectivamente. Con lo anterior no debe pensarse que los conceptos de densidad y presión son exclusivos de los fluidos. Se

utilizan también para los sólidos, pero es cierto que son especialmente útiles en los fluidos. ¿Por qué hay cuchillos que cortan mejor que otros?,

¿Por qué unas cucharas recuperan su forma después de que las doblas y otras quedan deformes?

¿Por qué se dobla un trampolín cuando un clavadista camina sobre él?

La respuesta a estas preguntas está en las propiedades físicas de los materiales con los que están hechos el cuchillo, la cuchara y el trampolín. De

hecho, en la naturaleza no existen los cuerpos perfectamente rígidos. Cualquier cuerpo sufre una deformación cuando se somete a la acción de

fuerzas; lo que sucede es que en muchas ocasiones estas deformaciones pueden ser tan pequeñas que nos resultan imperceptibles. Para muchas

aplicaciones tecnológicas e incluso en muchas ramas de la ciencia, el estudio de la relación entre las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y los

cambios resultantes en su configuración son de gran importancia. Un ejemplo muy importante es el diseño de estructuras. Un ingeniero debe ser

muy cuidadoso en el estudio y el manejo de los efectos del peso de los autos y camiones que pasarán sobre un puente y sobre la configuración de

los materiales que usará para construirlo. Un ingeniero de sonido necesita decidir los materiales que usará al diseñar una sala de conciertos de

manera que pueda evitar la formación de eco dentro de la misma. Pero el diseño de estructuras no es la única área en la que el estudio de las

deformaciones de los cuerpos bajo el efecto de diferentes fuerzas es importante. Un médico, por ejemplo, requiere tomar decisiones acerca de

la tensión que usará para tratar la lesión de un futbolista, o el peso que una persona puede soportar durante una terapia muscular; los físicos se

interesan en las posibilidades de

1. Se tienen dos piezas cúbicas macizas hechas de la misma madera. Una de ellas tiene 2 cm. de lado y la otra 4 cm. de lado. ¿Qué tanto más

masiva es una que la otra?

2. La densidad relativa de un cuerpo es 2.3 y su masa es de 6.9 kg. Calcula su volumen.

3. Una cubeta cilíndrica de 15 cm. de radio y 20 cm. de altura está totalmente llena de un líquido. La masa de la cubeta vacía es de 2 kg y llena es

de 28 kg. Encuentra la densidad del líquido y exprésala en g/cm3 y en kg/m3.

4. Una tabla de madera de 2 m de largo, 40 cm. de ancho y 5 mm de grosor tiene una densidad relativa de 0.8. Encuentra su masa en kg.

5. Un meteorito esférico de 0.5 km de radio cae a la Tierra y los científicos determinan que su densidad media es de 4.5 g/cm3. Encuentra la

masa del meteorito.

6. Explica la diferencia entre un golpe de karate y uno de box en términos del esfuerzo y la tensión.

7. Un resorte se estira 4 cm. cuando cuelga una carga de 10N. ¿Cuánto se estirara si se agrega un resorte idéntico que también sostenga a la

carga. No tomes en cuenta los pesos de los resortes.

8. Si cierto resorte se estira 4 cm. Cuando se cuelga una carga de 10N, ¿Cuánto se estirara si se corta a la mitad y se le cuelga 10N?

9. Determinar el modulo de elasticidad de un resorte si al recibir un esfuerzo de 450N se deforma 35 cm.

10. Calcule la carga máxima que se le puede aplicar a un alambre de acero templado de 1.8 cm. De diámetro para rebasar su límite elástico;

determine el alargamiento que sufrirá si se le aplica la carga máxima calculada y tiene una longitud inicial de 1.2m. (modulo de young 20 x 1010

N/m2 y limite elástico 5 x 108 N/m2).

AUTOEVALUACION

¿Qué sucede con el volumen de un pan cuando se comprime?¿Con la masa?¿Con la densidad?

¿Qué es mas denso algo que su densidad es de 1000 Kg./m3 o algo cuya densidad es de 1 gr./cm3? Define tu respuesta.

¿Por qué decimos que un resorte es elástico?

Supón que perforas agujeros horizontales en la rama de un árbol ¿Dónde se debilitarán menos los agujeros a la rama, en la parte superior,

en la parte media o en la parte inferior?

¿Por qué es mas fácil que un pollo pique su cascaron desde el interior para salir, que otro pollo pique desde afuera?

¿Qué es la capa neutra en una viga que sostiene una carga?

Cuando se sumerge mucho, una ballena se comprime en forma apreciable debido a la presión del agua que lo rodea. ¿Qué sucede con la

densidad de la ballena?

¿Por qué un resorte colgante se estira mas arriba que abajo?

Si el resorte anterior soporta un gran peso cambia su esquema.

UNIDAD III. FLUIDOS EN REPOSO Y MOVIMIENTO

HIDROSTATICA

A diferencia de un sólido un líquido puede fluir. Las moléculas que forman un liquido están confinadas a posiciones fijas, como en los sólidos, sino

que se pueden mover libremente de una posición a otra deslizándose entre si. Mientras que un sólido conserva una forma determinada, un líquido

toma la forma del recipiente que lo contiene. Las moléculas de un líquido están cerca unas de otras, y resisten mucho las fuerzas de compresión.

Los líquidos, como los sólidos, son difíciles de comprimir.

Explica las características de los líquidos:

Viscosidad

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Tensión Superficial

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Cohesión

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Adherencia

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Capilaridad

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Define los siguientes conceptos:

Densidad:

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Peso Especifico:

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Presión:

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

TENSIÓN SUPERFICIAL.

Objetivo: Identificar el fenómeno de tensión superficial en diferentes líquidos.

Materiales: Preguntas para reflexionar:

Botellas de boca pequeña Cuándo observas un mosquito en el agua, ¿Se hunde?

Colador

Si agregas alfileres a un vaso de cristal lleno de agua ¿Este se derramara?

Sustancias:

Agua

Aceite

Alcohol de caña

En la superficie de un líquido, las fuerzas que mantienen unidas a las moléculas producen un fenómeno que sugiere la existencia de una membrana

estirada en la superficie del líquido, que lo obliga a ocupar un volumen tan pequeño como sea posible. Este fenómeno se denomina tensión

superficial y lo habrás observado cuando un mosquito se posa en el agua sin hundirse o cuando una aguja de acero flota en la superficie del agua, a

pesar de que el acero es varias veces más denso que el agua.

PROCEDIMIENTO:

1.- llena la botella con agua corriente hasta ¾ de su capacidad.

2.- Inviértela sobre el colador

3.- Observa que sucede con el agua

4.- Repite el experimento con aceite y alcohol con botellas de diferentes formas.

Anota tus observaciones en el siguiente cuadro:

SUSTANCIAS OBSERVACIONES

AGUA

ACEITE

ALCOHOL

BOTELLAS DE DIFERENTES FORMAS

CUESTIONARIO

¿Cómo se llama la fuerza que origina la tensión superficial?

¿Se puede apreciar que sustancias tienen mayor tensión superficial? ¿Por que?

Si varía el tamaño del colador, ¿Habrá diferencias en los resultados observados?

Menciona 5 fenómenos en los que se aprecie la tensión superficial:

¿Cómo se puede romper la tensión superficial en el agua?

INTRODUCCION

La presión en un líquido es directamente

proporcional a la profundidad y al peso

específico del mismo. El empuje de abajo

hacia arriba, experimentado por un cuerpo

que se sumerge en un líquido, es igual al peso

del líquido que desaloja. Considerando el

principio de Arquímedes, un cuerpo

sumergido en un líquido está sometido

básicamente a dos fuerzas: la de su peso y la

del empuje hacia arriba que ejerce el líquido

sobre él. De acuerdo con lo establecido: un

cuerpo flota cuando su peso es menor al

empuje que recibe el líquido donde se

sumerge totalmente, y se hunde si su peso es

mayor al empuje hacia arriba que recibe el

líquido donde se encuentra y, por ultimo un

cuerpo se mantiene en equilibrio cuando su

peso y el de empuje que recibe son iguales.

OBJETIVO: Demostrar experimentalmente la propiedad

de la densidad en los líquidos y cómo ésta influye para que

algunos líquidos sean más ligeros que otros (Principio de

Arquímedes). Asimismo, verificar cómo la fuerza de

empuje ejercida en el seno de un líquido se realiza

dependiendo del peso del objeto y de la fuerza que ejerce

hacia arriba el líquido donde se encuentra.

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

DENSIDAD

MATERIAL:

1 Frasco de 500 ml Alcohol

1 Jeringa de 5 ml Aceite vegetal comestible

1 Agitador de vidrio Colorante vegetal que se

1 Probeta graduada agregará al aceite (opcional)

Agua

PROCEDIMIENTO:

1.- Mezcla

perfectamente en un

frasco de 500 ml de

capacidad, 60 por ciento

de agua (300 ml) con 40

por ciento de alcohol

(200ml)

2.- llena una jeringa con aceite e

introduce la aguja de ésta hasta el

centro del frasco que contiene el

líquido e inyecta el contenido con

mucha precaución para que el

aceite no se disperse. Se deberá

ir formando una esfera perfecta

en el centro del vaso. Si deseas

una esfera grande, será necesario

agregar mas aceite poco a poco.

3.- si la esfera formada no

esta en el centro del

frasco, se puede agregar

mas agua para que suba, o

más alcohol para que baje.

También es posible darle

color si al aceite antes d

introducirlo al líquido para

que se pueda observar con

mayor claridad y el

experimento resulte mas

vistoso.

Explica lo observado y ¿porque?

AUTOEVALUACIÓN:

1. ¿Qué es la densidad?

2. ¿Qué tipo de propiedad se está demostrando?

3. ¿En qué consiste el principio de Arquímedes?

4. ¿Por qué el aceite adquiere la forma esférica?

5. ¿Qué sucede si el aceite sube hasta la superficie?

Resuelve los siguientes problemas:

1500 kg de plomo ocupan un volumen de 0.13274 m3. ¿Cuánto vale su densidad?

¿Cuál es la masa y el peso de 10 litros de mercurio? Dato: ρ = 11300kg/m3

Calcular el peso especifico del oro, cuya densidad es de 19300 kg/m3

¿Qué volumen en metros cúbicos y litros ocuparán 1000 kg de alcohol con una densidad de 790 kg/m3

Cuál es la presión que se aplica sobre un líquido encerrado en un tanque, por medio de un pistón que tiene un área de 0.02 m2 y aplica una

fuerza de 100 N

Calcular el área sobre la cual debe aplicarse una fuerza de 150 N para que exista una presión de 2000 N/m2

Determine la presión hidrostática que existirá en una prensa hidráulica a una profundidad de 3 y 6 m respectivamente. Dato: ρh2o =

1000kg/m3

¿Cuál será la presión hidrostática en el fondo de un barril que tiene 0.9 m de profundidad y está lleno de gasolina cuya densidad es de

680 kg/m3

Al medir la presión manométrica con un manómetro de tubo abierto se registró una diferencia de alturas de 7cm de Hg. Cuál es el valor

de la presión absoluta en:

a) mm de Hg

b) cm. de Hg

c) N/m2

Calcular la fuerza que se aplica en un émbolo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de área, si en el émbolo mayor con un área de

150cm2 se produce una fuerza de 10 500N.

Un prisma rectangular de cobre, de base igual a 36 cm2 y una altura de 10 cm., se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un

recipiente que contiene alcohol.

a) ¿Que volumen de alcohol desaloja?

b) ¿Qué empuje recibe?

c) ¿Cuál es el peso aparente del prisma debido al empuje, si su peso real es de 31.36 N?

Dato: ρ alcohol = 790 kg/m3

ACTIVIDAD 3

PRESION HIDROSTATICA

OBJETIVO:

Calcular la carga de agua que soporta un objeto que se encuentra

en el fondo de un recipiente.

MATERIALES SUSTANCIAS

1 buzo de plástico Agua

1 recipiente de plástico

Transparente

1 regla

PREGUNTAS PARA REFLEXIONAR

¿Qué sensación siente una persona cuando se sumerge hasta el fondo de una

alberca?_____________________________________________________________________________________________________

_____ _____________________________________________________________________________________________________

¿A que cargas o pesos crees que este sujeta la persona en el fondo de la

alberca?_____________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________

En un fluido no puede ejercerse una fuerza tangencial. La única fuerza que puede recibir un fluido ha de ser perpendicular a su superficie. Por

consiguiente, las paredes del recipiente que contienen dicho fluido imprimen una fuerza perpendicular contra éste. La fuerza total recibida por el

fluido depende del área total sobre la que actúa. De manera que la fuerza total se encuentra multiplicando la fuerza perpendicular por el número

de unidades de área. A esta fuerza por unidad de área perpendicular a la superficie se llama presión hidrostática. También se tiene que la presión

a una profundidad h está dada por:

Ph = g h P = Pa + g h

1.

Llena con agua el recipiente de plástico

Transparente hasta tres

Cuartas partes de su capacidad.

2.

Coloca el buzo de plástico en el fondo del

Recipiente.

3.

Mide la altura que hay entre la cabeza del

Buzo y el nivel del líquido.

Observa la ecuación de la presión.

¿Cuál es la única variable de la cual depende la presión hidrostática?

PROCEDIMIENTO

Anota esta altura en la tabla.

Para comentar en grupo: ¿cómo supones que funcionan los

frenos de un automóvil?

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL PRINCIPIO DE PASCAL

Comprobar como se puede aumentar la fuerza mediante un

sistema hidráulico para satisfacer necesidades de trabajo.

OBJETIVO:

MATERIALES:

Una jeringa de 3 ml (A1)

Una jeringa de 20 ml ( A2)

Una manguera transparente

Un objeto de 500 gr.

SUSTANCIAS:

Aceite para muebles rojo

(80 ml aproximadamente)

Puntos para reflexionar en equipo

Si dos tubos verticales de diferente sección transversal se comunican entre sí y se llenan parcialmente

con un líquido, de modo que presenten dos superficies libres al mismo nivel, la aplicación de una presión

adicional a una de ellas se transmite sin pérdida a la otra. Este enunciado se conoce como Principio de

Pascal.

Este Principio se utiliza en muchos aparatos, incluyendo los frenos hidráulicos de los automóviles

modernos. Las aplicaciones del Principio de Pascal son evidentes. La prensa hidráulica funciona porque

tiene dos cilindros de áreas diferentes conectadas entre sí. En el caso de los frenos de un automóvil, la

presión que se ejerce en un cilindro lleno de líquido al oprimir el pedal se transmite por medio de tubos a

pistones de mayor área para acumular grandes fuerzas de frenado.

MEDICIONES, CALCULOS Y TABLAS.

Área del émbolo de

la jeringa chica

A1 =

m

Área del émbolo de

la jeringa grande

A2 =

m

Fuerza aplicada en

la jeringa chica

F1 = (m1) (g) = ( Kg) (9.8 m/s2)

F1 =

N =

Fuerza de

equilibrio

F2 =

PROCEDIMIENTO

1.- Mide el área de los émbolos

de las jeringas (A1 y A2).

2.- Construye el siguiente

Dispositivo con las dos

jeringas y con la manguera de

hule llena de aceite rojo.

3.- Coloca un peso de 500 g sobre

la jeringa chica (m1)

4.- Observa si el émbolo de la

jeringa grande se

eleva (fuerza de equilibrio: f2)

Cuestionario:

¿Concuerda el resultado del experimento con el Principio de Pascal?

¿Por qué?

¿Por qué cuando existe una fuga de líquido en un pistón de un freno hidráulico dejan de funcionar los otros tres pistones?

Anota otras tres aplicaciones del Principio de Pascal.

¿Qué significa la ventaja mecánica de una máquina?

Divide F2 entre F1 y con ello obtendrás la ventaja mecánica. Anota el resultado.

Escribe lo que hayas aprendido en esta práctica:

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

MATERIALES: SUSTANCIAS:

2 vasos de vidrio transparente Agua

Probeta de 100 ml Sal de mesa

Objeto que flote en el agua 2 huevos crudos

1 vaso de precipitado de 500 ml

Dinamómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES

OBJETIVO: Comprobar

cuantitativa y cualitativamente el principio de Arquímedes

PUNTOS PARA REFLEXIONAR:

Si sumergieras un huevo en un vaso con agua

pura y otro en un vaso con agua salada ¿que

crees que ocurriría?

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Es bien sabido que los cuerpos cuya densidad

relativa es menor que la unidad flotan en el agua.

Esto nos remite al importante concepto de flotación.

Éste se explica a partir del principio de Arquímedes,

el cual postula que si el peso de un cuerpo es menor

al del fluido que lo desplaza al sumergirse, el cuerpo

flotará en el fluido y se hundirá si es más pesado. En

realidad el principio de Arquímedes enuncia la

siguiente conclusión “Todo cuerpo sumergido en un

fluido está sometido a una fuerza igual al peso del

fluido desalojado”. En este principio se basa el

funcionamiento de un tipo de hidrómetro empleado

en los talleres eléctricos para determinar el peso

específico de las baterías de los automóviles. Un

flotador se hunde o no hasta cierta señal,

dependiendo del peso especifico de la solución en la

que flota. Así puede determinarse el grado de carga

eléctrica de la batería, pues depende del peso

específico de la solución.

EXPERIMENTO A

- Llena el vaso de vidrio con

agua hasta tres cuartas

partes de su capacidad.

- Introduce en él un huevo

crudo. ¿Crees que se hundirá

o flotará? Observa y anota

en la tabla correspondiente

EXPERIMENTO C

Llena un vaso de Introduce un objeto que flote,

precipitado de 500 ml el cual estará sujeto a un

con agua. dinamómetro que marcará la

fuerza aparente. .

Coloca una probeta Lee la cantidad de agua que se

de 100 ml debajo del depositó en la probeta al agregar vertedero el objeto (v).

.

1. 2.

1 3 4 2

EXPERIMENTO B

1 Llena otro vaso con agua

hasta tres cuartas partes de

su capacidad.

2.Disuelve en el agua

doce cucharadas de

sal de mesa.

3.Introduce el otro huevo en

este vaso. ¿Crees que se

hundirá o que flotará?

Observa y anota en la

tabla correspondiente. ¿Qué le pasa al huevo

CUESTIONARIO:

Explica porque los resultados de los experimentos A y B son diferentes:

¿Qué es la fuerza aparente?

¿Por qué quienes se ahogan primero se hunden y después de pocos días flotan?

¿Cómo emerge y sumerge un submarino?

¿Por qué permanece sumergido un submarino a una profundidad fija?

MEDICIONES, CALCULOS y TABLAS

¿Qué le pasa al huevo en el Experimento A? ¿Qué le pasa al huevo en el Experimento B? Cantidad de agua recolectada en la probeta del experimento C Fuerza de empuje

ml m3

W = vρ g =

W = ( m3) ( Kg/m3) (9.8 m/s2) W = N

HIDRODINAMICA

Define los siguientes conceptos y cual es su representación matemática:

Gasto:_______________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Flujo:_______________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

Ecuación de

continuidad:___________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

¿Qué es un tubo de Pitot y un tubo de Venturi?

____________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________

¿Cómo se aplica el principio de Bernoulli al vuelo de los aviones?

¿Por qué una pelota que gira tiene trayectoria curva en el aire?

¿Por qué los barcos que pasan uno junto al otro en mar abierto corren el riesgo de sufrir una colisión lateral?

RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS REFERENTES AL TEOREMA DE BERNOULLI. Y TORICELLI

Calcular el gasto de agua por una tubería, así como el flujo, al circular 4m3 en 0.5 minutos. Dato: ρh2o = 1000kg/m3

Para llenar un tanque de almacenamiento de gasolina envió un gasto de 0.1 m3/s durante un tiempo de 200 s. ¿Qué volumen tiene el

tanque?

Calcular el tiempo que tardara en llenarse una alberca, cuya capacidad es de 400 m3 si se alimenta recibiendo un gasto de 10l/s. Dar la

respuesta en minutos y horas.

Determine el gasto de petróleo crudo que circula por una tubería de área igual a 0.05 m2 de su sección transversal y la velocidad de

liquido es de 2 m/s.

¿Cuál es el gasto de agua en una tubería que tiene un diámetro de 3.81 cm., cuando la velocidad del líquido es de 1.8 m/s

Calcular el diámetro que debe tener una tubería para que el gasto sea de 0.02 m3/s a una velocidad de 1.5 m/s

Por una tubería de 5.08 cm. De diámetro, circula agua a una velocidad de 1.6 m/s. Calcular la velocidad que llevará el agua, al pasar por un

estrechamiento de la tubería donde el diámetro es de 4 cm.

Determine la velocidad con la que sale un líquido por un orificio localizado a una profundidad de 2.6m en un tanque de almacenamiento.

Para medir la velocidad de la corriente en un río se introduce en un tubo de Pitot, la altura a la que llega el agua dentro del tubo es de 0.2

m ¿A qué velocidad va la corriente?

En la parte mas ancha de un tubo de Ventura hay un diámetro de 10.16 cm. y una presión de 3 x 104 N/m2. en el estrechamiento del tubo,

el diámetro mide 5.08 cm. y tiene una presión de 1.9 x 104 N/m2.

a) ¿cuál es la velocidad del agua que fluye a través de la tubería?

b) ¿Cuál es el gasto?

c) ¿Cuál es el flujo?

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL PRINCIPIO DE BERNOULLI

OBJETIVO: Demostrar el

principio de Bernoulli

MATERIAL:

Cinta adhesiva

Tijeras

Popote

Cono de papel

(para tomar agua)

Pelota de unicel

de 3 cm. de

diámetro

PROCEDIMIENTO:

1.- Corta el popote por la mitad, toma el

cono de papel y con las tijeras has un

pequeño orificio en el vértice, de tal manera

que el popote pueda pasar a través de él de

manera apretada.

2.- Pasa el popote por el orificio de tal

manera que dentro del cono solo que de

medio centímetro.

3.- Pega el popote al cono con cinta

adhesiva. Ahora toma la pelota y colócala

dentro del cono. Después voltea esta

estructura. ¿Qué pasa con la pelota?

¡Se cae la pelota!

¿Qué pasa si soplas a través del popote y sueltas la pelota?

¿A qué atribuyes lo ocurrido?

¿Qué pasará con la presión del aire cuando su velocidad es pequeña?

¿Qué pasa si dejas de soplar?

Explica lo ocurrido en la actividad y lo que

aprendiste de ella.

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

MATERIALES: SUATANCIAS:

Cubeta de 19.3 litros con conexión a manguera 18 litros de agua

Recipiente de agua con capacidad aproximada

de un galón

Vernier

Cinta métrica

Mesa o banco de 70 cm de altura

Cronómetro

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL PRINCIPIO DE TORICELLI OBJETIVO: Calcular la velocidad de

un chorro de agua y el gasto que sale

de un orificio del fondo de un

recipiente a 70 cm de altura sobre el

piso.

El Principio de Torricelli establece: “La velocidad con la

que sale un líquido por el orificio de un recipiente es igual a

la que adquiriría un cuerpo que se dejara caer libremente

desde la superficie libre del líquido hasta el nivel del

orificio”. Este principio fue desarrollado con base en el

Teorema de Bernoulli, y su ecuación es la siguiente:

CUESTIONARIO:

As escuchado la historia del niño holandés que salvo a su pueblo tapando con un dedo un agujero que descubrió en dique: ¿Cómo hizo el niñito para aguantar la presión del Mar del Norte? ¿Qué pasaría con la velocidad del chorro de agua si no se mantiene el nivel del agua constante? ¿La cantidad de gasto teórico fue igual al gasto experimental? Explica por qué. Investiga en qué procesos industriales se aplica el Principio de Torricelli.

Gravedad g = 9.8 m/seg2

Altura de la columna

de agua en la cubeta

h = m

Velocidad de agua v = 2gh

v = m/s

Área de conexión a

mangueras

A = m2

Gasto teórico Q = A v = ( m2) ( m/s)

Q = m3/s

Conversión de m3/s a

Lt/min

Q = A v = lt/min

Comprobación de la

Cantidad de gasto

Volumen que se depositó en un

minuto

Gasto Experimental V = lt

t min

PROCEDIMIENTO:

1. En la cubeta haz un orificio del tamaño de

la conexión a la manguera

(aproximadamente 1 cm2) e insértale la

conexión lo más cercana posible del fondo.

2. Coloca la cubeta sobre la mesa o banco, la

cual debe estar sobre el piso.

3. Tapa el orificio y llena la cubeta con 18

litros de agua.

4. Mide la altura de la columna de agua.

5. En el piso coloca un recipiente para recibir

el agua que cae del orificio.

6. Manteniendo el nivel del agua, destapa el

orifico y deja salir el chorro de agua.

7. Para comprobar la cantidad de gasto mide

el volumen que se deposita en el recipiente

2 en un determinado tiempo.

TABLA DE CÁLCULOS Y MEDICIONES

UNIDAD IV

TERMOLOGIA

4.1 TERMOMETRÍA

INTRODUCCION

La sensación de calor o de frío está estrechamente relacionada con nuestra vida cotidiana, sin embargo, el calor es algo más que

eso. En el siglo XVIII los físicos lo consideraban como un fluido invisible sin sabor, olor ni peso; lo llamaban calórico y de él solo conocían

sus efectos: cuanto más caliente estaba un cuerpo, más fluido o calórico tenía. Cuando el calórico fluía en una sustancia, ésta se expandía

debido a que ocupaba un lugar en el espacio, y cuando el calórico salía la sustancia se enfriaba se contraía. Finalmente, consideraron que el

calórico no podía ser creado ni destruido, razón por la cual no era posible formarlo a partir de alguna cosa ni podía ser destruido por otra.

A finales del siglo XVIII Benjamín Thompson descubrió, al barrenar un cañón, que la fricción produce calor. Más adelante, Joule

demostró que cuando se proporciona energía, ya se por fricción, corriente eléctrica, radiación o cualquier otro medio, para producir trabajo

mecánico, éste puede ser transformado en una cantidad equivalente de calor. Con estas investigaciones se desechó la Teoría del Calórico

para explicar qué era el calor, Actualmente, se interpreta al calor como una energía en tránsito que fluye de cuerpos a mayor

temperatura a los de menor temperatura.

Cuando tocamos un cuerpo lo podemos sentir caliente o frío según la temperatura que tenga, así como la capacidad para conducir

calor. Nuestro organismo no detecta la temperatura, sino pérdidas o ganancias de calor. Si sentimos que un cuerpo está muy frío es por que

nuestro organismo le está transmitiendo mucho calor.

La temperatura es una cantidad física que indica qué tan caliente o fría está una sustancia y se mide con un termómetro. Al

suministrarle calor a una sustancia, no sólo se eleva la temperatura, también se producen alteraciones en varias de sus propiedades. Por

tanto, al variar la temperatura, las sustancias se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia y si se trata de un gas, su presión

varía.

Ilustra cuales son las escalas utilizadas en Celsius, Kelvin y Fahrenheit.

A continuación escribe cuales son las expresiones utilizadas en la conversión de temperaturas entre una escala y otra.

Realiza las siguientes conversiones según se pida:

50ºC a K

120ºC a K

380 k a ºC

210 k a ºC

60ºC aºF

98ºC a ºF

50ºF a ºC

130ºF a ºC

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

DILATACIÓN LINEAL

MATERIALES: 1m de alambre delgado de cobre 1 tuerca 1 regla graduada 1 soporte rectangular Vela y cerillos

Objetivo: Determinar de que

manera el tamaño de los cuerpos se

ve afectado por los cambios de

temperatura.

PUNTOS PARA REFLEXIONAR:

Habrás notado que en tiempo de calor los anillos que usas en tus dedos te aprietan o ya no te quedan, y en tiempo de frío te

vuelven a quedar o te quedan flojos. Analiza y responde en equipo las siguientes preguntas relacionadas con el fenómeno

citado:

___________________________________________________________________________________________

¿Influirá el cambio de temperatura?

¿Ocurrirá lo mismo en diferentes materiales?

¿Qué pasa con la energía en este fenómeno?

¿Qué dimensiones se modifican?

___________________________________________________________________________________________

PROCEDIMIENTO:

1.- Amarra el alambre de cobre al soporte, a una altura

tal que la vela pueda calentarlo (ver figura A).

2.- Cuelga la tuerca a la mitad del alambre

3.- Mide la altura del alambre en el punto en que la tuerca

está unida a él (h1). Anota el dato en la tabla.

4.- Encienda la vela y comienza a calentar la tuerca.

5.- Después de un rato, mide la altura en que la tuerca

está unida al alambre (h2). Anota el dato en la tabla.

6.- Cuando el alambre se enfrié, vuelve a medir la altura

(h3).

MODELO

El efecto más común que produce un cambio de temperatura

sobre los cuerpos es una modificación en su tamaño. Con

pocas excepciones, todas las sustancias o materiales

aumentan su tamaño cuando la temperatura aumenta. Los

átomos en un sólido se mantienen unidos en un arreglo regular

debido a la acción de fuerzas eléctricas. A cualquier

temperatura los átomos vibran con cierta frecuencia y

amplitud. De ahí que si la temperatura aumenta suceda lo

mismo con la amplitud de la vibración atómica, dando como

resultado un cambio que modifica todas las dimensiones

del sólido. El cambio en alguna dimensión del sólido se

llama dilatación lineal. El cambio proporcional en longitud

está dado por los siguientes términos:

En donde es la constante de proporcionalidad y se llama

coeficiente de dilatación lineal y es específico de cada

material. Con base en las respuestas que obtuviste con tus

compañeros, y siguiendo el modelo que proporciona la física,

trataremos de comprobar experimentalmente el efecto del

cambio de temperatura en el tamaño de los cuerpos.

CUESTIONARIO:

¿A qué se debe la diferencia de alturas después de calentar el alambre?

¿Qué pasa cuando se enfría el alambre? y ¿qué relación tiene este hecho con h3?

Un vaso de vidrio Pyrex se rompe más difícilmente, cuando se calienta, que un vaso de vidrio ordinario.

¿Cómo se relaciona este fenómeno con los coeficientes de dilatación de estos dos materiales?

Investiga la aplicación de la dilatación lineal en banda bimetálica:

¿En qué podrías aplicar el concepto de dilatación lineal?

4.2 CALORIMETRIA

A continuación realiza un mapa mental de las formas de propagación del calor.

Investigar cuales son las expresiones matemáticas de calor latente, calor especifico y calor latente para poder realiza los siguientes problemas

referentes a esos conceptos.

¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 12 kg para que eleve su temperatura de 22º C a 90º C?

600 gr. de hierro se encuentran a una temperatura de 20º C. ¿Cuál será la temperatura final si le suministran 8000 calorías?

¿Qué cantidad de calor necesitan 60 gr. De agua para que su temperatura aumente de 25º C a 100º C?

Determine las calorías requeridas por una barra de cobre de 2.5 Kg. para que su temperatura aumente de 12ºC a 300ªC:

Determine el calor específico de una muestra metálica de 400 gr. Si al suministrarle 620 calorías aumentó su temperatura de 15ºC a 65ºC. (Buscar

de que sustancia se trata en cuadro de calores específicos)

2 kg. De agua se enfrían de 100ºC a 15ºC ¿Qué cantidad de calor cedieron al ambiente?

Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar de 100 gr. De hielo a – 15ºC en agua a 0ºC:

Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr. De hielo a -10ºC en vapor a 130ºC:

4.3 TERMODINÁMICA

La Termodinámica es la rama de la física que se encarga del estudio de la transformación del calor en trabajo y viceversa.

Realiza un cuadro conceptual de un sistema termodinámico:

Enuncia la primera Ley de la Termodinámica y si expresión matemática.

_______________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________

RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS:

A un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro con émbolo, se le suministran 200 calorías y realiza un trabajo de 300

joules. ¿Cuál es la variación de la energía interna del sistema expresada en joules?

Determine la variación en la energía interna de un sistema al recibir 500 calorías y realiza un trabajo de 800 joules.

A un gas encerrado en un cilindro hermético, se le suministran 40 calorías, ¿Cuál es la variación de su energía interna?

Sobre un sistema se realiza un trabajo equivalente a 1000 joules y se le suministran 600 cal. Calcular cuál es la variación de su

energía interna.

Un gas es encerrado en un cilindro hermético y se le suministran 100 cal. Calcular:

a) ¿Cuál es la variación de su energía interna?

b) ¿Realiza trabajo?

Un sistema varía su energía interna en 300 J al efectuarse un trabajo de -700 J. determinar la cantidad de calor que se transfiere

en el proceso, señalando si lo cedió o lo absorbió el sistema.

Determine la variación de energía interna de un sistema cuando sobre él se realiza un trabajo de 50 J, liberando 20 cal al

ambiente.

Define la segunda ley de la termodinámica:

_______________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________

Definición de la tercera ley de Termodinámica:

_______________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________

Definición de Eficiencia en Máquinas térmicas:

_______________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________

Realiza un mapa mental de la clasificación de Máquinas Térmicas:

Realiza los siguientes problemas:

Determina la eficiencia de una máquina térmica que recibe 6.9 x 106 cal, realizando un trabajo de 8.98 X 106 J

Determina en joules el trabajo producido por una máquina térmica con una eficiencia de 20% cuando se le suministran 8.7 x 105

A una máquina térmica se le suministran 2.5 x 10 4 cal de las cuales 1.58 x 104 cal se disipan en la atmósfera.

Calcular:

a) ¿Cuál es su eficiencia?

b) ¿Qué cantidad de trabajo produce en joules?

Calcular la eficiencia máxima de una máquina térmica que utiliza vapor a 450ºC y lo expulsa a 197ºC

Determinar la temperatura en ºC de la fuente fría en una máquina térmica que trabaja con una eficiencia de 25% y su temperatura

en la fuente caliente es de 390ºC.

En una máquina térmica se emplea vapor producido por la caldera a 240ºC, mismo que después de ser utilizado para realizar trabajo

es expulsado al ambiente a una temperatura de 110ºC. Calcular la eficiencia máxima de la máquina expresada en porcentaje.

Calcular en joules el trabajo que producirá una máquina térmica cuya eficiencia es del 22%, al suministrarle 4.5