Física II Héctor Manuel Gómez Gutiérrez
FÃsica II
Física II Héctor Manuel Gómez Gutiérrez
$XVWUDOLD ȏ %UDVLO ȏ &RUHD ȏ (VSD³D ȏ (VWDGRV 8QLGRV ȏ -DSµQ ȏ 0«[LFR ȏ 5HLQR 8QLGR ȏ 6LQJDSXU
FÃsica II +«FWRU 0DQXHO *µPH] *XWL«UUH] Director Higher Education Latinoamérica 5HQ]R &DVDS¯D 9DOHQFLD Gerente editorial Latinoamérica -HV¼V 0DUHV &KDFµQ Editor Senior -DYLHU 5H\HV 0DUW¯QH] Coordinador de manufactura 5DIDHO 3«UH] *RQ]£OH] Diseño de portada %\ &RORU 6ROXFLRQHV *U£ȴFDV Imágenes de portada 6KXWWHUVWRFN &RPSRVLFLµQ WLSRJU£ȴFD (GLFLRQHV 29$
k ' 5 SRU &HQJDJH /HDUQLQJ (GLWRUHV 6 $ GH & 9 XQD &RPSD³¯D GH &HQJDJH /HDUQLQJ Î&#x2013;QF &DUUHWHUD 0«[LFR 7ROXFD Q¼P RÈ´FLQD &RO (O <DTXL 'HO &XDMLPDOSD & 3 &LXGDG GH 0«[LFR &HQJDJH /HDUQLQJp HV XQD PDUFD UHJLVWUDGD XVDGD EDMR SHUPLVR '(5(&+26 5(6(59$'26 1LQJXQD SDUWH GH HVWH WUDEDMR DPSDUDGR SRU OD /H\ )HGHUDO GHO 'HUHFKR GH $XWRU SRGU£ VHU UHSURGXFLGD WUDQVPLWLGD DOPDFHQDGD R XWLOL]DGD HQ FXDOTXLHU IRUPD R SRU FXDOTXLHU PHGLR \D VHD JU£ȴFR HOHFWUµQLFR R PHF£QLFR LQFOX\HQGR SHUR VLQ OLPLWDUVH D OR VLJXLHQWH IRWRFRSLDGR UHSURGXFFLµQ HVFDQHR GLJLWDOL]DFLµQ JUDEDFLµQ HQ DXGLR GLVWULEXFLµQ HQ LQWHUQHW GLVWULEXFLµQ HQ UHGHV GH LQIRUPDFLµQ R DOPDFHQDPLHQWR \ UHFRSLODFLµQ HQ VLVWHPDV GH LQIRUPDFLµQ D H[FHSFLµQ GH OR SHUPLWLGR HQ HO &DS¯WXOR Î&#x2013;Î&#x2013;Î&#x2013; $UW¯FXOR GH OD /H\ )HGHUDO GHO 'HUHFKR GH $XWRU VLQ HO FRQVHQWLPLHQWR SRU HVFULWR GH OD (GLWRULDO
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Impreso en México 1 2 3 4 5 6 7 22 21 20 19
CONTENIDO
Bloque I Fluidos ................................................................................................................
2
La forma en que se hacen las cosas es muy importante ..............................................................
4
1.1 Los estados de agregación presentes entre nosotros ...........................................................
8
1.2 Hidráulica .......................................................................................................................................
12
1.3 Propiedades del fluido .................................................................................................................
13
1.4 Hidrostática ....................................................................................................................................
20
1.5 Hidrodinámica ...............................................................................................................................
35
1.5.1 Ecuación de continuidad ...............................................................................................................
37
1.5.2 Ecuación de Bernoulli......................................................................................................................
38
Bloque II Termología ......................................................................................................... 44 Presentación del bloque...........................................................................................................................
45
La forma en que estoy aprendiendo física ¿es la correcta? .........................................................
46
2.1 Calor y temperatura .....................................................................................................................
49
2.2 Dilatación térmica.........................................................................................................................
58
2.2.1 Dilatación lineal.................................................................................................................................
59
2.2.2 Dilatación de área.............................................................................................................................
65
2.2.3 Dilatación cúbica ..............................................................................................................................
69
2.3 El calor .............................................................................................................................................
76
2.3.1 El calor o calor sensible .................................................................................................................
77
2.3.2 Calor latente .......................................................................................................................................
83
2.3.3 Transferencia de calor .....................................................................................................................
89
vi
Física II
Bloque III Electricidad ........................................................................................................ 96 COMPRENDE LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD..............................................................................
98
La forma en que estoy aprendiendo física mejora .......................................................................
98
3.1 Electrostática ................................................................................................................................. 101 3.1.1 La carga eléctrica ..............................................................................................................................
101
3.1.2 Ley de las cargas eléctricas ...........................................................................................................
102
Método de inducción ........................................................................................................................................ Método de frotamiento .................................................................................................................................... Método de contacto .......................................................................................................................................... Tipos de materiales ............................................................................................................................................
102 103 103 104
3.1.3 Ley de Coulomb ................................................................................................................................
108
3.1.4 Campo eléctrico ................................................................................................................................
117
3.1.5 Potencial eléctrico ............................................................................................................................
125
3.2 Electrodinámica............................................................................................................................. 136 3.2.1 Corriente eléctrica ............................................................................................................................
136
3.2.2 Ley de Ohm.........................................................................................................................................
139
3.2.3 Elementos de un circuito eléctrico .............................................................................................
140
3.2.4 Conexiones de un circuito eléctrico (serie y paralelo) ........................................................
142
Circuitos en serie ................................................................................................................................................. Circuitos en paralelo ..........................................................................................................................................
142 143
Bibliografía ........................................................................................................................................... 156 Páginas web sugeridas ....................................................................................................................... 157 Glosario ................................................................................................................................................. 158
INTRODUCCIÓN
Como estudiante, en este curso aprenderás dos tipos de competencias: las disciplinares, que se relacionan propiamente con Física II, y las genéricas, que se relacionan con tu desarrollo personal y social. Las competencias disciplinares son competencias del saber conocer y del saber hacer, en este caso, saber conocer y saber hacer sobre física II. Las competencias genéricas son competencias del saber ser y del saber convivir, es decir, en tanto conoces y realizas las actividades que te permitirán dominar la Física. También mejoras como persona, y tu forma de convivir genera cada vez más valor para quienes te rodean. Así que, en este proceso, además de aprender física, conseguirás ser mejor persona y profundizarás otras oportunidades para convivir. Las competencias genéricas, al igual que las disciplinares, deben evaluarse. Si no se evaluaran, estarían siendo condenadas primero al descuido y, finalmente, al abandono del fortalecimiento sistemático de tu ser y del despliegue de tus habilidades sociales. El curso de Física II está conformado por tres bloques. Al inicio de cada uno de ellos se presentan las competencias disciplinares correspondientes. De igual manera, se propone una organización didáctica para facilitar la promoción, adquisición y evaluación de las competencias genéricas para dicho curso, siguiendo un conjunto de actividades que se convertirán en tu portafolio de evidencias para el desarrollo de los productos finales. El mundo de la física es tal que el descubrimiento, la innovación y la inventiva nos han llevado a lograr los alcances tecnológicos que vemos en la actualidad, como los teléfonos celulares, las computadoras y las tabletas electrónicas, las cuales han sido una evolución de la física, combinada con otras ciencias, como la robótica, la mecánica y la electrónica. Todas ellas con un mismo fin, que es el progreso y la subsistencia de la Humanidad. En este libro el estudio de la física inicia con el bloque referente a los fluidos, en el cual comprenderás la importancia de las sustancias y sus propiedades. Analizaremos la razón por la que el agua llega a nuestros tinacos por una diferencia de presión, de manera que en ocasiones no se requiere una bomba. Asimismo, vislumbraremos los principios y sus descubrimientos más relevantes respecto al estudio de los fluidos, tanto en reposo, estudiando sus propiedades, como en movimiento, donde trabajaremos las leyes que los rigen, al desplazarse en tuberías o ductos. En el bloque II comprenderás la importancia de la temperatura; el hecho de cómo afecta a las estructuras, provocando una dilatación, cuando la temperatura aumenta, y una contracción, cuando la temperatura disminuye, lo que deben calcular los ingenieros, por ejemplo, en la construcción de vías de tren. Asimismo, abordaremos el estudio del calor, su forma de propagación y la importancia del mismo en los cambios de estado, para culminar en el proceso de equilibrio térmico, en el que se hace una breve introducción a la ley cero de la termodinámica. Finalmente, en el bloque III trabajarás con los fenómenos relativos a la electricidad, desde sus precursores, como Coulomb, hasta el flujo de las cargas eléctricas en circuitos, pasando por las resistencias que hacen que el flujo de electricidad, llamado corriente eléctrica, sea más fácil de entender en su contexto de aplicación. Es crucial para tu formación complementar con investigación adicional lo que se presenta en el libro, ya que el hecho de acrecentar tu conocimiento contribuye a adquirir habilidades que con la práctica se convertirán en destrezas y, al combinarse, tendrás competencias para el dominio de la Física. Te deseo el mayor de los éxitos en este curso.
ACERCA DEL AUTOR
Héctor Manuel Gómez Gutiérrez Nació en la ciudad de Guadalajara, Jalisco. Realizó sus estudios universitarios en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente (ITESO), obteniendo el título de Ingeniero Químico. Realizó sus estudios de Postgrado en la Universidad de Guadalajara en el Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI), obteniendo el grado de Maestro en Ciencias en Física. Finalizó su formación como educador al estudiar su Doctorado en Educación en la Universidad Hispánica de México. Actualmente continúa con su formación tomando un segundo Doctorado en Socioformación y Sociedad del Conocimiento en el Centro Universitario CIFE. Ha tomado diversos diplomados en el ámbito educativo, computacional, de coaching y desarrollo humano en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM Campus Guadalajara), en la Universidad Panamericana, en la Universidad de Artes Digitales (UAD), al igual que en el ITESO. Desde 2002 ha sido profesor de Ciencias Físico-Matemáticas en el Colegio Salesiano Anáhuac Garibaldi, donde fue presidente de la Academia de Ciencias Exactas en diversas ocasiones. En 2003 comenzó a dar clase en el ITESO coordinando las materias de Química 1 y Química 2 en el bachillerato. De 2005 a 2009 impartió clases en el Colegio Enrique de Ossó, en bachillerato UNAM y Bachillerato General. En 2005 comenzó a dar clase en la Universidad Tecnológica de México (UNITEC) ahora Universidad del Valle de México (Campus Zapopan) a diversas ingenierías. En el 2009 comenzó a dar clase en la Universidad de Artes Digitales (UAD) impartiendo clases en el ámbito físico y matemático. En 2011 comenzó a dar clases en el Centro de Enseñanza Técnica Industrial (CETI) tanto a nivel tecnólogo como ingenierías. En el 2011 se integró al Departamento de Matemáticas y Física del ITESO, así como al Departamento de Procesos Tecnológicos e Industriales, volviéndose profesor titular en el año 2017. A finales del 2017 comenzó a participar como asesor virtual en la Universidad Virtual del Estado de Guanajuato (UVEG), en donde acompañó a profesores de nuevo ingreso a la educación básica en su proceso de formación como docentes. Durante el año 2017 comenzó a formar parte del Cuerpo Académico de la Ingeniería en Desarrollo de Videojuegos (CAIDV). Finalmente retomó las clases en el bachillerato en el Colegio Liceo del Valle a principios de 2018, continuando con sus demás universidades.
FÃsica II
BLOQUE 2
Propósito del bloque Aplica las propiedades y principales teoremas de los fluidos para analizarlos en estado de reposo y movimiento, reflexionando críticamente sobre su funcionamiento en fenómenos diversos y el impacto que han tenido dentro de su entorno.
© Pitcha Torranin/Shutterstock.com
I
Fluidos
Competencias por desarrollar En este primer bloque vamos a desarrollar dos desempe├▒os fundamentales: t IdentiямБcar y relacionar los estados de la materia con sus propiedades. t Argumentar el impacto de la din├бmica de ямВuidos en el dise├▒o de obras
hidr├бulicas como presas, canales, plantas de tratamiento de aguas, drenajes, tuber├нas en el hogar y en otros ediямБcios, etc├йtera.
Conocimientos
Habilidades
Actitudes
t
1SPQJFEBEFT HFOFSBMFT EF MPT nVJEPT
t
t
t
)JESPTU├ИUJDB 1SFTJ├ШO 1SJODJQJP EF 1BTDBM 1SJODJQJP EF "SRV├УNFEFT
t
)JESPEJO├ИNJDB (BTUP 'MVKP &DVBDJ├ШO EF DPOUJOVJEBE 5FPSFNB EF #FSOPVMMJ 5FPSFNB EF 5PSSJDFMMJ
t
t
t t
*EFOUJmDB MBT DBSBDUFS├УTUJDBT Z QSPQJFEBEFT EF MPT nVJEPT %JGFSFODJB MB EFOTJEBE EF EJWFSTPT NBUFSJBMFT DPNQBSBOEP TV DPODFOUSBDJ├ШO EF NBTB FO VO NJTNP WPMVNFO 3FDPOPDF RVF DVBMRVJFS nVJEP QSPEVDF QSFTJ├ШO ZB TFB FO FTUBEP EF SFQPTP P NPWJNJFOUP &YQMJDB MPT QSJODJQJPT EF "SRV├УNFEFT Z 1BTDBM FO EJWFSTPT GFO├ШNFOPT "OBMJ[B FM NPWJNJFOUP EF nVJEPT B USBW├ПT EF MB FDVBDJ├ШO EF DPOUJOVJEBE UFPSFNBT EF #FSOPVMMJ Z 5PSSJDFMMJ
t t
&TDVDIB Z SFTQFUB EJGFSFOUFT QVOUPT EF WJTUB QSPNPWJFOEP FM CJFO DPN├ЮO 3FTVFMWF TJUVBDJPOFT EF GPSNB DSFBUJWB 'BWPSFDF VO QFOTBNJFOUP DS├УUJDP BOUF MBT BDDJPOFT IVNBOBT EF JNQBDUP
Aprendizajes esperados t t
$PNQSVFCB MBT QSPQJFEBEFT EF MPT nVJEPT QSFTFOUFT FO TV FOUPSOP JOTUBMBDJPOFT BQBSBUPT IFSSBNJFOUBT FUD SFnFYJPOBOEP EF NBOFSB DS├УUJDB TPCSF TV JNQBDUP UBOUP FO FM BNCJFOUF DPNP FO TV DBMJEBE EF WJEB "QMJDB MPT QSJODJQJPT EF MPT nVJEPT FO FTUBEP EF SFQPTP P NPWJNJFOUP SFTPMWJFOEP EF NBOFSB DSFBUJWB QSPCMFNBT TPCSF GFO├ШNFOPT RVF PDVSSFO FO TV FOUPSOP
Para ello: t Analizaremos las características fundamentales de los fluidos en
reposo y movimiento por medio de las teorías, principios y modelos matemáticos y los aplicaremos en situaciones cotidianas. t Utilizaremos los conceptos de la hidráulica para explicar los principios
de Pascal y de Arquímedes en situaciones cotidianas.
La forma en que se hacen las cosas es muy importante Es importante que lo haga, pero aún más importante es la forma en que lo haga pues esto determina mis hábitos, y de mí depende elegir y desarrollar hábitos que me hagan mejor y más fuerte o dejarme llevar por hábitos que me hagan débil y a la larga me destruyan. Por lo anterior, aprovecharé este primer bloque para mejorar mis desempeños en todos los aspectos, princialmente:
Con las actividades, contenidos, ejercicios y evaluaciones de este bloque 4.1
Expresar ideas y conceptos mediante 6.1 representaciones lingüísticas, matemáticas y gráficas. Aplicar las diferentes instrucciones del docente, aprovechar para mejorar el dominio que tengo sobre mis emociones, sentimientos y conductas porque fortaleceré 7.1 los hábitos de:
5.1
5.2
5.6
Seguir instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cada uno de los pasos que contribuya al alcance de algún objetivo (meta).
8.2
Ordenar información de acuerdo con categorías, jerarquías y relaciones, tanto en mi cuaderno como en los trabajos que se me indiquen. 8.3 Utilizar las tecnologías de información y comunicación para procesar e interpretar información.
Elegir las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discriminar entre ellas de acuerdo con su relevancia y confiabilidad. Además de lo anterior, en este bloque me aseguraré de mejorar mis hábitos para: Definir metas y dar seguimiento a mis propios procesos de construcción del conocimiento. Aportar mis puntos de vista con apertura y considerar los de otras personas de manera reflexiva. Y si me dan la oportunidad de trabajar en equipo: Asumir una actitud constructiva aportando los conocimientos y habilidades con los que cuente en ese momento.
$POTJEFSBS QVOUPT EF WJTUB EF PUSPT Z BQPSUBS MPT QSPQJPT &MFHJS GVFOUFT EF JOGPSNBDJPO 6UJMJ[BS UFDOPMPHÓBT
%FmOJS NFUBT
0SEFOBS JOGPSNBDJØO 4FHVJS JOTUSVDDJPOFT Z QSPDFEJNJFOUPT %BS TFHVJNJFOUP B NJT QSPDFTPT EF DPOTUSVDDJØO EFM DPOPDJNJFOUP &YQSFTBS JEFBT Z DPODFQUPT "TVNJS VOB BDUJUVE DPOTUSVDUJWB TJFNQSF
Hidráulica )JESPTUÈUJDB
)JESPEJOÈNJDB
1SPQJFEBEFT GÓTJDBT
-FZFT GVOEBNFOUBMFT
%FOTJEBE
1SJODJQJP EF 1BTDBM
7JTDPTJEBE 1FTP FTQFDÓmDP 5FOTJØO TVQFSmDJBM $BQJMBSJEBE $PIFTJØO "EIFTJØO 1SFTJØO
1SJODJQJP EF "SRVÓNJEFT
&DVBDJØO EF DPOUJOVJEBE
&DVBDJØO EF #FSOPVMMJ
5JQPT EF nVKP
Mi competencia inicial &O FTUB TFDDJÃ&#x2DC;O BOBMJ[BSFNPT FM DPNQPSUBNJFOUP EF VOB TVTUBODJB DPO SFTQFDUP B MP RVF TBCFNPT EF FMMB DBCF TFÃ&#x2014;BMBS RVF BM SFGFSJSOPT B VOB TVTUBODJB OP TJHOJmDB RVF WBNPT B SFBMJ[BS QPDJPOFT DPO NVDIP IVNP DPNP FO MBT QFMÃ&#x201C;DVMBT EF TVTQFOTP TJOP RVF BOBMJ[BSFNPT Ã&#x17E;OJDBNFOUF DBSBDUFSÃ&#x201C;TUJDBT RVF QPEFNPT OPUBS B TJNQMF WJTUB
© Andreus/Dreamstime.com
© Alessandro Dâ&#x20AC;&#x2122;esposito/Dreamstime.com
© Karen Hoar/Dreamstime.com
© Selim Muhlis Kurucaoglu/ Dreamstime.com
%FTDSJCF FO FM SFDVBESP EF MB EFSFDIB B NBOFSB EF MJTUBEP MBT DBSBDUFSÃ&#x201C;TUJDBT RVF MPHSBT QFSDJCJS SFTQFDUP EF MBT JNÃ&#x2C6;HFOFT RVF TF FODVFOUSBO B MB J[RVJFSEB
Bloque I Fluidos
" QBSUJS EF MP RVF TBCFT DPNQBSUF DPO BMHÞO DPNQB×FSP UVT DPNFOUBSJPT Z SFEBDUB VOB DPODMVTJØO mOBM DPO SFTQFDUP B MPT NBUFSJBMFT P TVTUBODJBT BOUFSJPSFT TJO IBCFS MFÓEP MPT UFNBT TVCTFDVFOUFT EFTQVÏT EF BOBMJ[BSMPT SFHSFTB B UV DPODMVTJØO JOJDJBM Z DPNQBSB MP RVF TBCÓBT DPOUSB MP RVF TBCFT 42" SQA
"OUFT
%FTQVÏT
¿Qué sé?
¿Qué quiero saber?
¿Qué aprendí?
7
FĂsica II
Saberes requeridos Para desarrollar la competencia disciplinar en la actividad 1.
1.1 Los estados de agregaciĂłn presentes entre nosotros
Š Yap Kee Chan/ Dreamstime.com
En la naturaleza la materia se encuentra presente en diversos estados de agregaciĂłn, es decir en diversas formas, tal como lo notaste en la actividad anterior. Los principales estados estĂĄn divididos en tres categorĂas, como se muestra en el siguiente diagrama.
Estados de agregaciĂłn
-Ă&#x201C;RVJEP
(BTFPTP
Š Starfotograf/ Dreamstime.com
4Ă&#x2DC;MJEP
Š (null) (null)/ Dreamstime.com
8
DEFINICIĂ&#x201C;N 4F MF MMBNB FTUBEP EF BHSFHBDJĂ&#x2DC;O EF MB NBUFSJB B MB GPSNB FO MB RVF MB NJTNB TF QSFTFOUB FO VO BNCJFOUF EFUFSNJOBEP -PT USFT QSJODJQBMFT FTUBEPT TPO B SĂłlido: FTUBEP EF BHSFHBDJĂ&#x2DC;O RVF TF DBSBDUFSJ[B QPS MB PQPTJDJĂ&#x2DC;O Z SFTJTUFODJB BM DBNCJP EF GPSNB Z WPMVNFO C LĂquido: FTUBEP EF BHSFHBDJĂ&#x2DC;O EF MB NBUFSJB FO GPSNB EF nVJEP BMUBNFOUF JODPNQSFTJCMF BEFNĂ&#x2C6;T FT FM Ă&#x17E;OJDP FTUBEP EF BHSFHBDJĂ&#x2DC;O DPO VO WPMVNFO EFmOJEP RVF OP DVFOUB DPO VOB GPSNB mKB FTUBCMFDJEB UPNB MB GPSNB EFM SFDJQJFOUF RVF MP DPOUJFOF D Gaseoso: FTUBEP EF BHSFHBDJĂ&#x2DC;O RVF TF DPNQPOF HFOFSBMNFOUF QPS NPMĂ?DVMBT RVF OP FTUĂ&#x2C6;O VOJEBT Z RVF QSFTFOUBO QPDB GVFS[B EF BUSBDDJĂ&#x2DC;O FOUSF TĂ&#x201C; QSPWPDBOEP RVF OP TF UFOHB OJ GPSNB OJ WPMVNFO EFmOJEP Z RVF TF QVFEBO FYQBOEJS IBTUB MMFOBS FM SFDJQJFOUF RVF MBT DPOUJFOF
El primero es el estado sĂłlido, mismo con el que estamos en contacto a diario, de hecho nosotros mismos somos un estado sĂłlido, las manos, la piel, en sĂ el cuerpo entero es un sĂłlido. Los sĂłlidos se caracterizan por tener una forma y volumen definidos, en general, no se pueden comprimir a presiones normales, ya que si un cuerpo es expuesto a presiones o velocidades extremas, puede modificar su forma por estos excesos, por supuesto, refiriĂŠndonos a excesos relacionados con la fĂsica moderna, donde la velocidad se asemeje a la velocidad de la luz, es decir 300 000 km/s.
Bloque I Fluidos
La materia, que es el tema de estudio principal de la fĂsica, presenta diferentes propiedades, unas que dependen de la cantidad de materia (generales) y otras que no (especĂficas). Las propiedades generales de la materia se dice que dependen de la cantidad de materia porque se miden con base en la cantidad de ĂŠsta, un ejemplo muy importante es el peso, en FĂsica I determinamos que el peso de un cuerpo es la fuerza de atracciĂłn gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los cuerpos hacia su centro; siendo un mĂşltiplo directo de la masa del cuerpo por la aceleraciĂłn de la gravedad. W
mg
De aquĂ se puede notar la dependencia del peso de la masa, ya que cambia directamente con ella. Las propiedades especĂficas son independientes de la cantidad de materia, pues a pesar de la cantidad que sea, siempre serĂĄ la misma, un ejemplo muy importante de ella es la densidad. DEFINICIĂ&#x201C;N Densidad: FT MB SFMBDJĂ&#x2DC;O RVF TF QSFTFOUB FOUSF MB NBTB EF VO DVFSQP Z FM WPMVNFO RVF PDVQB FM NJTNP .BUFNĂ&#x2C6;UJDBNFOUF TF SFQSFTFOUB DPNP m v
Aparentemente podrĂa decirse que depende de la cantidad de materia, pero no es asĂ, ya que depende de la relaciĂłn de dos cantidades que cambian proporcionalmente entre sĂ; es decir, que si cambia la masa, cambia el volumen y, sin embargo, la densidad permanece constante. En el esquema siguiente se presentan de forma sencilla las propiedades generales y especĂficas mĂĄs conocidas y utilizadas en la fĂsica. Con base en ellas se pueden descubrir aplicaciones hacia la ingenierĂa y la ciencia en donde las propiedades de los materiales han evolucionado en el desarrollo de nanotubos que ayudan a prevenir los infartos, la generaciĂłn de placas de titanio que son aceptadas por el cuerpo y reemplazan cadera o rodilla, o simplemente el desarrollo de nuevos implantes para personas a quienes les falta una extremidad.
Generales
.BTB 1FTP 7PMVNFO 1PSPTJEBE .BMFBCJMJEBE %VDUJMJEBE *NQFOFUSBCJMJEBE &MBTUJDJEBE
EspecĂďŹ cas
%FOTJEBE 1VOUP EF FCVMMJDJĂ&#x2DC;O 1VOUP EF GVTJĂ&#x2DC;O ÂśOEJDF EF SFGSBDDJĂ&#x2DC;O 1SPQJFEBEFT PSHBOPMĂ?QUJDBT
Propiedades de la materia
9
10
Fรญsica II
Si no conoces alguno de los componentes marcados en el esquema, te invitamos a buscarlo en la web, ya que es una herramienta fundamental para el desarrollo de la siguiente actividad, en la que, con base en tu investigaciรณn y conocimiento, encontrarรกs aplicaciones de diversos materiales en funciรณn de sus propiedades.
Actividad 1 $PO CBTF FO UV JOWFTUJHBDJร O BDFSDB EF MBT QSPQJFEBEFT TFMFDDJPOB USFT NBUFSJBMFT EF VTP DPNร O Z FO DBEB VOP JEFOUJmDB MBT QSPQJFEBEFT RVF MF EFO VOB BQMJDBDJร O FTQFDJBM 6OB WF[ MPDBMJ[BEP MMFOB MBT UBCMB TJHVJFOUF DPO EJDIB JOGPSNBDJร O 4F SFDPNJFOEB RVF TF SFร OBO FO QBSFKBT Z RVF EJTDVUBO MBT QSPQJFEBEFT RVF QPTFFO EJGFSFOUFT NBUFSJBMFT F JEFOUJmRVFO TV BQMJDBDJร O QSJODJQBM Material 1
Propiedades
Aplicaciรณn
1 2 3
2
1 2 3
3
1 2 3
Bloque I Fluidos
11
Escala para evaluar mi desempeño en la actividad 1 $PO MBT JOTUSVDDJPOFT EFM EPDFOUF SFWJTBSÏ NJ EFTFNQF×P FO MB QSJNFSB BDUJWJEBE QBSB FTUBCMFDFS RVÏ EFCP NFKPSBS Z DPOTPMJEBS &M EPDFOUF QVFEF PSHBOJ[BS VO FKFSDJDJP EF BVUPFWBMVBDJØO P DPFWBMVBDJØO SFWJTBS MPT SFTVMUBEPT ÏM NJTNP P VO FTRVFNB DPNQVFTUP 7PZ B TPMJDJUBS BM EPDFOUF NF JOEJRVF MPT WBMPSFT RVF QPOESÏ FOUSF QBSÏOUFTJT FO MB FTDBMB 1BSB TFS FWBMVBEP TPMJDJUBSÏ RVF VUJMJDFO MB TJHVJFOUF FYQMJDBDJØO 1. No muestra interés. %JTUSBF FM QSPDFTP /P MP SFBMJ[Ø P BM IBDFSMP OP TF JOWPMVDSØ 4ØMP DPQJØ 2. Muestra interés. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT QFSP OP BQPSUB &T QBTJWP 3. En aprendizaje. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT /P BQPSUB QFSP TVT QSFHVOUBT TPO JOUFMJHFOUFT Z DPOTJHVF RVF TF FOSJRVF[DB FM QSPDFTP Actividad 1 Registra la aplicación que tienen tres propiedades, de tres diferentes materiales
&YQSFTB JEFBT Z DPODFQUPT NFEJBOUF SFQSFTFOUBDJPOFT MJOHàÓTUJDBT 4JHVF JOTUSVDDJPOFT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 4JHVF QSPDFEJNJFOUPT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO DBUFHPSÓBT 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO SFMBDJPOFT 6UJMJ[B UFDOPMPHÓBT EF JOGPSNBDJØO 5*$ QBSB QSPDFTBS F JOUFSQSFUBS JOGPSNBDJØO &MJHF MBT GVFOUFT EF JOGPSNBDJØO NÈT SFMFWBOUFT QBSB VO QSPQØTJUP FTQFDÓmDP
%FmOF NFUBT
%B TFHVJNJFOUP B TVT QSPDFTPT EF DPOUSVDDJØO EFM DPOPDJNJFOUP "QPSUB QVOUPT EF WJTUB DPO BQFSUVSB
$POTJEFSB MPT QVOUPT EF WJTUB EF PUSPT EF NBOFSB SFnFYJWB "TVNF VOB BDUJUVE DPOTUSVDUJWB EFOUSP EF EJTUJOUPT FRVJQPT EF USBCBKP CC
$PNQFUFODJBT DMBWF HFOÏSJDBT
CD
$PNQFUFODJBT EJTDJQMJOBSFT
No muestra interés
4. En consolidación. 4F JOWPMVDSB "MHVOBT WFDFT BQPSUB Z QSFHVOUB EJBMPHB Z DPOWFSTB 5. Modelo a seguir. 0SHBOJ[B NPEFSB JOUFHSB Z NPUJWB BM HSVQP B DPOTFHVJS MBT NFUBT EFM FRVJQP 6. Promueve el aprendizaje. 4F JOUFSFTB Z BHSFHB WBMPS OP TØMP BM USBCBKP EFM FRVJQP TJOP B RVF DBEB VOP DPOTJHB TVT NFUBT QFSTPOBMFT BQPZBOEP Z QSPNPWJFOEP
Muestra interés ( )
En aprendizaje ( )
En consolidación ( )
Modelo a seguir ( )
Promueve el aprendizaje ( )
12
FĂsica II
AutoevaluaciĂłn $PO CBTF FO MB FWBMVBDJĂ&#x2DC;O EF NJ BDUJWJEBE QVFEP EFDJS RVF Debo conservar las siguientes fortalezas
Debo poner atenciĂłn en las siguientes ĂĄreas de oportunidad
Hemos analizado los diferentes estados de agregaciĂłn de la materia, pero es preciso determinar a quĂŠ disciplina le compete el estudio de sus relaciones, en especial del apartado siguiente, ya que hablaremos de los fluidos. La rama de la fĂsica que se encarga del estudio de todo lo correspondiente a propiedades, movimiento y caracterĂsticas especiales de los fluidos se denomina hidrĂĄulica y del mismo modo que la mecĂĄnica para el estudio del movimiento, tiene divisiones para poder analizar su amplia temĂĄtica.
Saberes requeridos Para desarrollar la competencia disciplinar en la actividad 2.
1.2 HidrĂĄulica La mecĂĄnica de los fluidos y la hidrĂĄulica son temas de gran relevancia cuando hablamos de fluidos. Se definen como: DEFINICIĂ&#x201C;N HidrĂĄulica: FT MB SBNB EF MB NFDĂ&#x2C6;OJDB RVF FTUVEJB FM FRVJMJCSJP Z FM NPWJNJFOUP EF MPT nVJEPT MecĂĄnica de los ďŹ&#x201A;uidos: FT MB SBNB EF MB GĂ&#x201C;TJDB FTQFDJBMJ[BEB FO MPT NFEJPT DPOUJOVPT RVF FTUVEJBO FM NPWJNJFOUP EF MPT nVJEPT Z MBT GVFS[BT RVF MPT QSPWPDBO
Bloque I Fluidos
La hidráulica y la mecánica de los fluidos, al momento de realizar su fusión, se encargan del estudio del comportamiento de los mismos y se dividen en dos grandes grupos, tal como se representa en el siguiente esquema. Es la manera más sencilla de abarcar el contenido de estudio de los mismos. Hidráulica )JESPTUÃ&#x2C6;UJDB
)JESPEJOÃ&#x2C6;NJDB
%JWJTJÃ&#x2DC;O EF MB IJESÃ&#x2C6;VMJDB RVF TF FODBSHB EFM FTUVEJP EF MPT nVJEPT FO SFQPTP QPS MP HFOFSBM TVT QSPQJFEBEFT Z DBSBDUFSÃ&#x201C;TUJDBT QSPQPSDJPOB EJWFSTBT MFZFT QBSB FOUFOEFS FM DPNQPSUBNJFOUP EF MPT NJTNPT &T FM CSB[P EFSFDIP EF MB IJESPEJOÃ&#x2C6;NJDB
%JWJTJÃ&#x2DC;O EF MB IJESÃ&#x2C6;VMJDB RVF TF FODBSHB EFM FTUVEJP EF MPT nVJEPT FO NPWJNJFOUP TF CBTB FO MPT EBUPT QSPQPSDJPOBEPT QPS MB IJESPTUÃ&#x2C6;UJDB QBSB SFBMJ[BS TVT MFZFT UFPSFNBT P QSJODJQJPT DPO CBTF FO DPOEJDJPOFT FTUBCMFDJEBT DPNP TF WFSÃ&#x2C6; QPTUFSJPSNFOUF
1.3 Propiedades del ï¬&#x201A;uido
© Raldi Somers/ Dreamstime.com
© Martin Eager/ Dreamstime.com
© Jennbang/ Dreamstime.com
Un fluido es una sustancia que se mueve en alguna dirección y puede ser expuesta a diversos cambios, como cambio de velocidad, de presión, entre otros. En el siguiente esquema te presentamos las diversas caracterÃsticas que tiene el fluido y trataremos de explicarlas por medio de la imagen correspondiente.
7JTDPTJEBE *ODPNQSFTJCJMJEBE Z UFOTJÃ&#x2DC;O TVQFSmDJBM
%FOTJEBE Fluido
$BQJMBSJEBE
"EIFTJÃ&#x2DC;O
Vidrio
$PIFTJÃ&#x2DC;O © Daniel Kaesler/ Dreamstime.com
© Muriel Lasure/ Dreamstime.com
1 3 Atracción adhesiva
2
4
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14
FĂsica II
Propiedades del ďŹ&#x201A;uido
7JTDPTJEBE
&T MB QSPQJFEBE RVF IBDF RVF VO nVJEP TF SFUSBDF FO TV NPWJNJFOUP FT FRVJWBMFOUF B MB GSJDDJĂ&#x2DC;O FO TĂ&#x2DC;MJEPT
%FOTJEBE
$BQJMBSJEBE
&T MB QSPQJFEBE EFM nVJEP RVF SFMBDJPOB TV NBTB DPO TV WPMVNFO
&T MB QSPQJFEBE EF nVJEP SFMBDJPOBEB DPO MBT GVFS[BT EF DPIFTJĂ&#x2DC;O RVF IBDF RVF VO nVJEP QVFEB TVCJS QPS VO UVCP DBQJMBS DPNP QPS FKFNQMP VO QPQPUF
$PIFTJĂ&#x2DC;O
"EIFTJĂ&#x2DC;O
*ODPNQSFTJCJMJEBE Z UFOTJĂ&#x2DC;O TVQFSmDJBM
4PO MBT GVFS[BT NPMFDVMBSFT RVF NBOUJFOFO VOJEBT MBT NPMĂ?DVMBT EFM nVJEP
&T MB QSPQJFEBE RVF UJFOF FM nVJEP QBSB VOJSTF B PUSP P B VOB TVQFSmDJF DPNP QPS FKFNQMP MBT HPUBT FO VOB WFOUBOB
&TUB QSPQJFEBE IBDF RVF FM nVJEP OP QVFEB BQMBTUBSTF QPS FKFNQMP TJ HPMQFBNPT FM BHVB Ă?TUB TBMQJDBSĂ&#x2C6;
Otra propiedad muy utilizada en el estudio de los fluidos es la gravedad especĂfica, que relaciona la densidad de diversas sustancias con la densidad del agua (que tomaremos como 1000 kg/m3), y es conocida tambiĂŠn como densidad relativa. DEFINICIĂ&#x201C;N Densidad relativa: FT MB SFMBDJĂ&#x2DC;O RVF TF QSFTFOUB FOUSF MB EFOTJEBE EF VOB TVTUBODJB Z MB EFOTJEBE EFM BHVB B UFNQFSBUVSB FTUĂ&#x2C6;OEBS dr
sustancia agua
Š Andrei Krauchuk/Dreamstime.com
De esta manera, si conocemos la densidad relativa de cualquier sustancia, podemos decir que conocemos su densidad, ya que serĂa muy sencillo realizar dicho despeje.
Ejemplo 1
Pon mucha atenciĂłn y aprende este procedimiento. Determina la densidad de un objeto de 57 g que al meterlo en una probeta, el nivel del agua suba 25 ml. Datos m
57g
V
25 ml Âż?
FĂłrmula m v
SustituciĂłn 57g 25 ml
Resultado 2.28 g/ml
Bloque I Fluidos
© Marish/Dreamstime.com
Es importante que observemos un punto en acción en este problema particular: la manera en que observamos el volumen de un objeto con forma dispareja, dado que lo introdujimos en una probeta y el volumen de agua que subió fue el volumen que le adecuamos al objeto, esta es una base fundamental de un principio conocido como principio de Arquímedes.
El siguiente video te ayudará a tener una visualización más enfocada y a la apropiación de más conceptos. https://goo.gl/FP4zmU
Ejemplo 2
También aprende este procedimiento ¿Cuántos kilogramos de un metal desconocido tenemos en un contenedor de 27 m3 si está lleno a toda su capacidad y en su ficha de especificación indica que su densidad relativa es de 3.5? Datos V dr
27 m3 3.5
Fórmula dr
sustancia
Despejando dr
s
agua
Sustituyendo 3.5 1000 kg/m3
agua
Entonces tenemos que la densidad del metal es de 3500 kg/m3; ahora proseguimos a obtener su masa: Datos V
3
27 m
3500 kg/m3
Fórmula m V
Despejando m
V
La masa de metal existente en ese contenedor es de 94 500 kg
Sustituyendo m
3500 kg/m3 27 m3
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16
FĂsica II
Una Ăşltima propiedad que se debe analizar en los fluidos es el llamado peso especĂfico que, como su nombre lo indica, es una propiedad especĂfica al igual que la densidad, y en lugar de relacionar la masa con el volumen, como en el caso de la densidad, relaciona el peso con el volumen y puede ser representado de la siguiente forma: Îł
Š Andrei Krauchuk/Dreamstime.com
J
W V
W V
mg V
Ď g
Îł
Ď g
Ejemplo 3
Si una sustancia tiene una densidad de 1025 kg/m3, ÂżcuĂĄl serĂa su peso especĂfico? Datos 1025 kg/m
FĂłrmula g
SustituciĂłn (1025 kg/m3 )(9.8 m/s 2 )
Por tanto, el peso especĂfico de la sustancia es: J
10045 N/m3
Actividad 2 "OPUB MB SFTQVFTUB B DBEB VOP EF MPT FKFSDJDJPT RVF TF QSFTFOUBO B DPOUJOVBDJĂ&#x2DC;O 1BSB MBT QSFHVOUBT JOWFTUJHB FO GVFOUFT EF JOUFSOFU Z QSPQĂ&#x2DC;O VOB SFTQVFTUB QFSUJOFOUF Z QBSB MPT QSPCMFNBT BQMJDB MPT QSPDFEJNJFOUPT BQSFOEJEPT
Š Darrenw/Dreamstime.com
1. 6OB TVTUBODJB EFTDPOPDJEB UJFOF VO WPMVNFO EF DN3 Z TV NBTB FT EF H EFUFSNJOB TV EFOTJEBE Z TV QFTP FTQFDĂ&#x201C;mDP
Bloque I Fluidos
© Matrafox/Dreamstime.com
2. 6O NBUSB[ EF NM FTUÈ MMFOP DPO VOB TVTUBODJB EFTDPOPDJEB TF DPMPDB FO VOB CBMBO[B Z TF PCTFSWB RVF TV NBTB FT EF H {$VÈM FT TV EFOTJEBE TV EFOTJEBE SFMBUJWB Z TV QFTP FTQFDÓmDP FO MPT USFT TJTUFNBT EF VOJEBEFT
© Nishapl/Dreamstime.com
3. &YQMJDB CSFWFNFOUF B RVÏ TF EFCF RVF MPT CBSDPT nPUFO
4. 4J DPOTJEFSBNPT RVF FM SFDUÈOHVMP WFSEF FT VO EFQØTJUP EF nVJEP {DØNP TF FYQMJDB MB QPTJDJØO EF DBEB VOB EF MBT mHVSBT FO MB JNBHFO
Fluidos
5. -B EFOTJEBE SFMBUJWB EF DJFSUP MÓRVJEP PSHÈOJDP FT EF %FUFSNJOB MB DBOUJEBE EF LJMPHSBNPT EF MÓRVJEP QSFTFOUFT FO MJUSPT
6. &O VO JDFCFSH TF EFTQSFOEJØ EFM CMPRVF EF IJFMP EFM "UMÈOUJDP nPUBOEP MJCSFNFOUF IBDJB FM PDÏBOP $JFOUÓmDPT DBMDVMBSPO RVF NFEÓB NJMMBT EF MPOHJUVE NJMMBT EF BODIP Z TØMP QVMHBEBT EF FTQFTPS B {$VÈOUBT QJTDJOBT EF HBMPOFT EF DBQBDJEBE QPESÓBNPT MMFOBS DPO FTUF JDFCFSH
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Física II
© Deborah Benbrook/ Dreamstime.com
C {$VÈM FT MB NBTB EFM JDFCFSH TJ MB EFOTJEBE EFM IJFMP FT EF H DN3
© Oneo/Dreamstime.com
7. 4F RVJFSF GBCSJDBS VO EJKF EF PSP EF GPSNB DPNQMFUBNFOUF FTGÏSJDB DPO VO SBEJP EF DN {$VÈOUBT MJCSBT EF PSP DBSHBSÈ VOB QFSTPOB BM NPNFOUP EF QPOFSTF FM EJKF
8. %FUFSNJOB FM QFTP FTQFDÓmDP EFM MÓRVJEP PSHÈOJDP BOBMJ[BEP FO FM QSPCMFNB
Escala para evaluar mi desempeño en la actividad 2 $PO MBT JOTUSVDDJPOFT EFM EPDFOUF SFWJTBSÏ NJ EFTFNQF×P FO MB TFHVOEB BDUJWJEBE QBSB FTUBCMFDFS RVÏ EFCP NFKPSBS Z DPOTPMJEBS &M EPDFOUF QVFEF PSHBOJ[BS VO FKFSDJDJP EF BVUPFWBMVBDJØO P DPFWBMVBDJØO SFWJTBS MPT SFTVMUBEPT ÏM NJTNP P VO FTRVFNB DPNQVFTUP 7PZ B TPMJDJUBS BM EPDFOUF RVF NF JOEJRVF MPT WBMPSFT RVF QPOESÏ FOUSF QBSÏOUFTJT FO MB FTDBMB 1BSB TFS FWBMVBEP TPMJDJUBSÏ RVF VUJMJDFO MB TJHVJFOUF FYQMJDBDJØO 1. No muestra interés. %JTUSBF FM QSPDFTP /P MP SFBMJ[Ø P BM IBDFSMP OP TF JOWPMVDSØ 4ØMP DPQJØ 2. Muestra interés. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT QFSP OP BQPSUB &T QBTJWP 3. En aprendizaje. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT /P BQPSUB QFSP TVT QSFHVOUBT TPO JOUFMJHFOUFT Z DPOTJHVF RVF TF FOSJRVF[DB FM QSPDFTP
4. En consolidación. 4F JOWPMVDSB "MHVOBT WFDFT BQPSUB QSFHVOUB EJBMPHB Z DPOWFSTB 5. Modelo a seguir. 0SHBOJ[B NPEFSB JOUFHSB Z NPUJWB BM HSVQP B DPOTFHVJS MBT NFUBT EFM FRVJQP 6. Promueve el aprendizaje. 4F JOUFSFTB Z BHSFHB WBMPS OP TØMP BM USBCBKP EFM FRVJQP TJOP B RVF DBEB VOP DPOTJHB TVT NFUBT QFSTPOBMFT BQPZBOEP Z QSPNPWJFOEP
Bloque I Fluidos
Actividad 2 Registra la aplicación que tienen tres propiedades, de tres diferentes materiales
No muestra interés
Muestra interés ( )
En aprendizaje ( )
En consolidación ( )
Modelo a seguir ( )
Promueve el aprendizaje ( )
&YQSFTB JEFBT Z DPODFQUPT NFEJBOUF SFQSFTFOUBDJPOFT MJOHàÓTUJDBT 4JHVF JOTUSVDDJPOFT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 4JHVF QSPDFEJNJFOUPT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO DBUFHPSÓBT 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO SFMBDJPOFT 6UJMJ[B UFDOPMPHÓBT EF JOGPSNBDJØO 5*$ QBSB QSPDFTBS F JOUFSQSFUBS JOGPSNBDJØO &MJHF MBT GVFOUFT EF JOGPSNBDJØO NÈT SFMFWBOUFT QBSB VO QSPQØTJUP FTQFDÓmDP
%FmOF NFUBT %B TFHVJNJFOUP B TVT QSPDFTPT EF DPOUSVDDJØO EFM DPOPDJNJFOUP "QPSUB QVOUPT EF WJTUB DPO BQFSUVSB
$POJTEFSB MPT QVOUPT EF WJTUB EF PUSPT EF NBOFSB SFnFYJWB "TVNF VOB BDUJUVE DPOTUSVDUJWB EFOUSP EF EJTUJOUPT FRVJQPT EF USBCBKP CC
$PNQFUFODJBT DMBWF HFOÏSJDBT
CD
$PNQFUFODJBT EJTDJQMJOBSFT
Autoevaluación $PO CBTF FO MB FWBMVBDJØO EF NJ BDUJWJEBE QVFEP EFDJS RVF Debo conservar las siguientes fortalezas
19
Debo poner atención en las siguientes áreas de oportunidad
20
FĂsica II
Saberes requeridos Para desarrollar la competencia disciplinar en la actividad 3.
1.4 HidrostĂĄtica La hidrostĂĄtica es la ciencia que nos ayuda a entender los fluidos en reposo, por lo que comenzaremos con una de sus caracterĂsticas: la presiĂłn. Se le llama presiĂłn a la carga que traemos encima, ya sea trabajo, tareas, estrĂŠs, etc. En la ciencia, la presiĂłn tiene una definiciĂłn especial. DEFINICIĂ&#x201C;N PresiĂłn: FT MB SFMBDJĂ&#x2DC;O EF MB GVFS[B OFUB BQMJDBEB TPCSF VO Ă&#x2C6;SFB EFUFSNJOBEB .BUFNĂ&#x2C6;UJDBNFOUF TF FYQSFTB DPNP P
F A
EPOEF F FT MB GVFS[B RVF SFHVMBSNFOUF BOBMJ[BSFNPT FO /FXUPOT EF NPEP RVF FM Ă&#x2C6;SFB A TFB FO m2
A la unidad de presiĂłn, es decir, a N/m2 se le llama pascal y se abrevia como Pa. Existen muchas unidades comunes para medir la presiĂłn, tales como las atmĂłsferas, los milĂmetros de mercurio, los psi (lbf/pulg2), los psf (lbf/pie2), entre otras. Algunos factores de conversiĂłn Ăştiles para estos cambios son: 1 atm = 760 mm de Hg = 1.013 Ă&#x2014;105 Pa = 2116 psf = 14.7 psi = 760 torr
Š Andrei Krauchuk/Dreamstime.com
Con estas equivalencias podemos pasar sin problemas de un sistema a otro, haciendo uso de la regla de H para la conversiĂłn de unidades.
Ejemplo 4
Aprende este procedimiento. ÂżCuĂĄntas psi equivalen a 1 258 000 Pa? Relacionamos las dos que necesitamos: 1.013 105 Pa
14.7 psi
Bloque I Fluidos
Entonces, utilizando el análisis dimensional, tenemos: 1 258 000 Pa 1258000 Pa
14.7 psi 1.013 105 Pa
182.6 psi
Reto rápido ¿Cuántos mm de Hg y psf serán?
© Joy Prescott/Dreamstime.com
Imaginemos ahora un fluido, como el de la siguiente figura:
Tomemos esta pequeña cuñita o elemento de fluido de forma triangular, con una profundidad dada y dimensionado como sigue:
Δs
Δy
θ
Δx
y una profundidad 'z. Si analizamos la presión del fluido en cada dirección, podemos pensar en una sumatoria de fuerzas, ya que como suponemos que el fluido está en reposo, la suma de fuerzas debe ser cero, según la primera condición de equilibrio. Prosigamos a marcar las fuerzas presentes en esta cuñita de fluido: Fs
Fx
W
θ Fy
21
Física II
Tomando la fórmula de presión, podemos despejar la fuerza y dejarla en función de las presiones, es decir: Fx Fy Fs
PxA (donde A es 'y 'z) PyA (donde A es 'x 'z) PsA (donde A es 's 'z)
Realizando la sumatoria de fuerzas en x, tenemos: Fx
Fx Fs sen
Px y z Ps
s z sen
0
Utilizando las funciones trigonométricas, podemos ver que: sen
y entonces s
y
s sen
Sustituyendo, tenemos que: Px 'y 'z Ps 'y 'z
Igualando y eliminando los términos comunes en ambos lados de la igualdad, llegamos a: Px
Ps
Realizando la sumatoria de fuerzas en y, tenemos: ΣFy = Fy − Fs cosT −W Representando cada una, tenemos:
Py x z Ps s zcos g
© Marish/Dreamstime.com
22
x y z 2
0
Es importante hacer notar aquí la transición del peso de este cuerpo a esa expresión: W mg m UV x y z V porque es la mitad de la cajita 2 Si juntamos todo: x y z W= 2
g=
g
Aplicando las funciones trigonométricas, tenemos: x cos = por tanto x = scos s Sustituyendo, tenemos: x y z Py x z Ps x z g 0 2
x y z 2
Bloque I Fluidos
Eliminando los comunes tenemos: Py
Ps
y 2
g
0
Si nos enfocamos en un solo punto de impacto, es decir, z 0, tenemos: Py
0, y
0,
Ps
Por silogismo hipotĂŠtico, tenemos que Px a decir que Px Py: Px
x
Py
Ps y Ps
Py por tanto, nos lleva
Ps
â&#x20AC;&#x153;La presiĂłn en un fluido es la misma en todas las direccionesâ&#x20AC;?. Esta demostraciĂłn es el llamado principio de Pascal, en honor de Blaise Pascal, cientĂfico, filĂłsofo y matemĂĄtico que aportĂł mucho a la fĂsica y las matemĂĄticas e interactuĂł con cientĂficos contemporĂĄneos de su ĂŠpoca, a pesar de haber vivido tan sĂłlo 39 aĂąos.
DEFINICIĂ&#x201C;N Principio de Pascal: FTUBCMFDF RVF MB QSFTJĂ&#x2DC;O FKFSDJEB TPCSF VO nVJEP QPDP DPNQSFTJCMF Z FO FRVJMJCSJP EFOUSP EF VO SFDJQJFOUF EF QBSFEFT JOEFGPSNBCMFT TF USBOTNJUF DPO JHVBM JOUFOTJEBE FO UPEBT MBT EJSFDDJPOFT EFM nVJEP UBM DPNP TF EFNPTUSĂ&#x2DC; FO FM BQBSUBEP BOUFSJPS QPS MP RVF TF MMFHB B P1 P2 &T EFDJS
Š Marish/Dreamstime.com
F1 A1
F2 A2
Para saber mĂĄs acerca de Pascal, te invitamos a revisar su biografĂa en:
https://goo.gl/PZQdgH
23
Física II
Este principio se aplica especialmente al “gato hidráulico”, tal como se observa en la figura. 1250 LBS. Pistón de salida 250 5Q. IN. 25 LBS. Pistón de entrada 5 5Q. IN.
5 lbs. per 5xx. inch
El fluido que se encuentra en el interior hace que la presión en ambas partes del gato sea la misma, tanto en el nodo inicial 1, como en el nodo final 2, de acuerdo con el principio: P1
P2
Aplicando la definición de presión, tenemos que: F1 A1 © Andrei Krauchuk/Dreamstime.com
F2 A2
Ejemplo 5
Si tienes duda, pregunta, es importante que domines el procedimiento que se presenta a continuación. Determina la fuerza necesaria aplicada en el control para levantar un automóvil cuyo peso es de 6 300 N, si el área sobre la que se apoya éste es de 12 m2, sabiendo que el área de sección transversal del control es de sólo 7.065 u 10 4 m2. © Photoart11/ Dreamstime.com
24
Trabajando en la prensa hidráulica
F1 A1
6300 N
F1
W1
A1
12 m 2
F2 A2
Despejando la fuerza requerida:
Control F2 A2
F2
¿?
7.065 104 m 2
6300 N 7.065 10 4 m 2
12 m 2
F2
0.3709 N
La fuerza necesaria es menor de 1 N
F1 A2 A1
Bloque I Fluidos
En el ejemplo anterior podemos visualizar que, gracias al principio de Pascal, la fuerza necesaria es mucho menor de la que se requiere para soportar y subir con una fuerza insignificante ese peso del automóvil. Esto nos deja claro lo necesaria que es la fÃsica en la vida cotidiana.
DEFINICIÃ&#x201C;N Principio de ArquÃmides: FTUBCMFDF RVF UPEP DVFSQP TVNFSHJEP FO VO nVJEP FYQFSJNFOUB VO FNQVKF P GVFS[B BTDFOEFOUF JHVBM P FRVJWBMFOUF BM QFTP EFM nVJEP EFTBMPKBEP FB 8'MVJEP EFTBMPKBEP "QMJDBOEP MB EFmOJDJÃ&#x2DC;O EFM QFTP FB mg "QMJDBOEP MB EFmOJDJÃ&#x2DC;O EF EFOTJEBE FB UVg $PO CBTF FO FTUP TF QVFEF DPODMVJS RVF MB GVFS[B EF nPUBDJÃ&#x2DC;O P FM FNQVKF IJESPTUÃ&#x2C6;UJDP RVF UJFOFO MPT DVFSQPT TVNFSHJEPT FT EJSFDUBNFOUF QSPQPSDJPOBM BM WPMVNFO EFM nVJEP EFTBMPKBEP
Actividad 3 #VTDB DVBUSP JOTUSVNFOUPT FO EPOEF TF VUJMJDFO MBT GVODJPOFT IJESÃ&#x2C6;VMJDBT EJCVKB P QFHB VOB JNBHFO EF FMMPT Z FYQMJDB TV BQMJDBDJÃ&#x2DC;O FO FM DVBESP EF BCBKP BTÃ&#x201C; DPNP FM OPNCSF EFM NJTNP Nombre: %JCVKP JNBHFO
"QMJDBDJÃ&#x2DC;O
25
26
Física II
Nombre: %JCVKP JNBHFO
"QMJDBDJØO
Nombre: %JCVKP JNBHFO
"QMJDBDJØO
Nombre: %JCVKP JNBHFO
"QMJDBDJØO
Bloque I Fluidos
27
Escala para evaluar mi desempeño en la actividad 3 $PO MBT JOTUSVDDJPOFT EFM EPDFOUF SFWJTBSÏ NJ EFTFNQF×P FO MB UFSDFSB BDUJWJEBE QBSB FTUBCMFDFS RVÏ EFCP NFKPSBS Z DPOTPMJEBS &M EPDFOUF QVFEF PSHBOJ[BS VO FKFSDJDJP EF BVUPFWBMVBDJØO P DPFWBMVBDJØO SFWJTBS MPT SFTVMUBEPT ÏM NJTNP P VO FTRVFNB DPNQVFTUP 7PZ B TPMJDJUBS BM EPDFOUF RVF NF JOEJRVF MPT WBMPSFT RVF QPOESÏ FOUSF QBSÏOUFTJT FO MB FTDBMB 1BSB TFS FWBMVBEP TPMJDJUBSÏ RVF VUJMJDFO MB TJHVJFOUF FYQMJDBDJØO 1. No muestra interés. %JTUSBF FM QSPDFTP /P MP SFBMJ[Ø P BM IBDFSMP OP TF JOWPMVDSØ 4ØMP DPQJØ 2. Muestra interés. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT QFSP OP BQPSUB &T QBTJWP 3. En aprendizaje. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT /P BQPSUB QFSP TVT QSFHVOUBT TPO JOUFMJHFOUFT Z DPOTJHVF RVF TF FOSJRVF[DB FM QSPDFTP Actividad 3 Investiga y completa la tabla con los tres instrumentos relacionados con la hidráulica y enuncia sus aplicaciones
&YQSFTB JEFBT Z DPODFQUPT NFEJBOUF SFQSFTFOUBDJPOFT MJOHàÓTUJDBT 4JHVF JOTUSVDDJPOFT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 4JHVF QSPDFEJNJFOUPT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO DBUFHPSÓBT 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO SFMBDJPOFT 6UJMJ[B UFDOPMPHÓBT EF JOGPSNBDJØO 5*$ QBSB QSPDFTBS F JOUFSQSFUBS JOGPSNBDJØO &MJHF MBT GVFOUFT EF JOGPSNBDJØO NÈT SFMFWBOUFT QBSB VO QSPQØTJUP FTQFDÓmDP
%FmOF NFUBT
%B TFHVJNJFOUP B TVT QSPDFTPT EF DPOTUSVDDJØO EFM DPOPDJNJFOUP "QPSUB QVOUPT EF WJTUB DPO BQFSUVSB
$POTJEFSB MPT QVOUPT EF WJTUB EF PUSPT
EF NBOFSB SFnFYJWB "TVNF VOB BDUJUVE DPOTUSVDUJWB EFOUSP EF EJTUJOUPT FRVJQPT EF USBCBKP CC
$PNQFUFODJBT DMBWF HFOÏSJDBT
CD
$PNQFUFODJBT EJTDJQMJOBSFT
No muestra interés (0)
4. En consolidación. 4F JOWPMVDSB "MHVOBT WFDFT BQPSUB Z QSFHVOUB EJBMPHB DPOWFSTB 5. Modelo a seguir. 0SHBOJ[B NPEFSB JOUFHSB Z NPUJWB BM HSVQP B DPOTFHVJS MBT NFUBT EFM FRVJQP 6. Promueve el aprendizaje. 4F JOUFSFTB Z BHSFHB WBMPS OP TØMP BM USBCBKP EFM FRVJQP TJOP B RVF DBEB VOP DPOTJHB TVT NFUBT QFSTPOBMFT BQPZBOEP Z QSPNPWJFOEP
Muestra interés ( )
En aprendizaje ( )
En consolidación ( )
Modelo a seguir ( )
Promueve el aprendizaje ( )
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FĂsica II
AutoevaluaciĂłn $PO CBTF FO MB FWBMVBDJĂ&#x2DC;O EF NJ BDUJWJEBE QVFEP EFDJS RVF Debo conservar las siguientes fortalezas
Debo poner atenciĂłn en las siguientes ĂĄreas de oportunidad
Una historia para asombrarse -FF DPO BUFODJĂ&#x2DC;O FM TJHVJFOUF UFYUP Z FO FM DVBESP EF BCBKP SFHJTUSB MPT EBUPT NĂ&#x2C6;T TPCSFTBMJFOUFT â&#x20AC;&#x153;ArquĂmedes y la corona de oroâ&#x20AC;? Š Andrey Belyaev/ Dreamstime.com
En el siglo III a.C., en la ciudad de Siracusa gobernaba el rey HierĂłn II. Este rey encargĂł la elaboraciĂłn de una nueva corona de oro a un orfebre, a quien dio un lingote de oro puro para realizarla. Cuando el orfebre terminĂł el trabajo y entregĂł la corona, al rey comenzĂł a asaltarle una duda. El orfebre pudo haber sustituido parte del oro por una cantidad de cobre de forma que el peso de la corona fuese el mismo que el del lingote. El rey encargĂł a ArquĂmides, famoso sabio y matemĂĄtico de la ĂŠpoca, que estudiase el caso. El problema era complejo y ArquĂmides estuvo un tiempo pensĂĄndolo. Un dĂa, estando en los baĂąos, se dio cuenta de que, al introducirse en una baĂąera rebosante de agua, ĂŠsta se vertĂa al suelo. Ese hecho le dio la clave para resolver el problema y se cuenta que, lleno de alegrĂa, saliĂł a la calle desnudo gritando: ÂŤÂĄEureka!Âť, que en griego signiďŹ ca: ÂŤÂĄLo encontrĂŠ!Âť o ÂŤÂĄLo resolvĂ!Âť. ArquĂmides se dio cuenta de que si un cuerpo se sumerge en un lĂquido, desplaza un volumen igual al propio. Aplicando este principio, ArquĂmides sumergiĂł la corona y comprobĂł que el agua que se vertĂa al introducirla en una cubeta de agua no era la misma que al introducir un lingote de oro idĂŠntico al que el rey le dio al orfebre. Eso querĂa decir que no toda la corona era de oro, ya que si hubiese sido de oro, el volumen de agua desalojado habrĂa sido igual al del lingote, independientemente de la forma de la corona. El oro es mĂĄs denso que el cobre. Por tanto, el volumen utilizado para elaborar la corona de oro debe ser menor al que se necesita si se sustituye parte de ese oro por cobre. ArquĂmides fue elogiado por el rey, mientras que el orfebre fraudulento fue conďŹ nado a una prisiĂłn por haber engaĂąado al rey.
Bloque I Fluidos
Saberes requeridos Para desarrollar la competencia disciplinar en las actividades 4 y 5. La presiรณn se puede analizar en diversos casos, ya sea por fluidos lรญquidos (llamada presiรณn hidrostรกtica) o por fluidos gases (llamada presiรณn aerostรกtica). Presiรณn
"FSPTUร UJDB
)JESPTUร UJDB
P0e
Ph
z RT
gh
ยฉ Kamil Macniak/ Dreamstime.com
P
&T MB QSFTJร O FKFSDJEB QPS MPT Mร RVJEPT B NFEJEB RVF TF EFTDJFOEF FO QSPGVOEJEBE
De manera general, la presiรณn se mide con un aparato llamado manรณmetro, el cual registra la presiรณn a la que se encuentra un cuerpo, pero no la presiรณn normal, es decir, la presiรณn atmosfรฉrica. 1SFTJร O UPUBM
Presiรณn atmosfรฉrica
BUN
1SFTJร O NBOPNร USJDB
La presiรณn total es entonces la suma aritmรฉtica de la presiรณn atmosfรฉrica y la presiรณn medida (la presiรณn manomรฉtrica).
ยฉ Hrigoriy Donskoi/ Dreamstime.com
&T MB QSFTJร O FKFSDJEB QPS FM BJSF EFQFOEF EF MB BMUVSB Z FO PDBTJPOFT EF MB temperatura /PTPUSPT IBCMBSFNPT EF MB QSFTJร O JTPUร SNJDB 5F TVHJFSP JOWFTUJHBS B GPOEP Dร NP DBNCJB DVBOEP MB temperatura EJTNJOVZF BM JS TVCJFOEP
29
30
Observa y reďŹ&#x201A;exiona atentamente el procedimiento.
Un laboratorista revisa la presiĂłn a la que se encuentran sometidas unas sustancias explosivas y se da cuenta que es de 106 mm de Hg. ÂżCuĂĄl es el valor de la presiĂłn total en psi? SustituciĂłn
Datos Pman
106 mm de Hg
FĂłrmula
Patm
760 mm de Hg
Pt
Pt
106 760
Pman Patm
866 mm de Hg
Realizando la conversiĂłn, 866 mm Hg
14.7 psi 760 mmHg
16.75 psi
Cuando un manĂłmetro indica una presiĂłn negativa, signiďŹ ca vacĂo, es decir, un espacio donde lo estudiado no es afectado por agentes externos a ĂŠl.
Actividad 4 Instrucciones 1. 3FHJTUSB MBT EPT QSJODJQBMFT TJNJMJUVEFT RVF IBZ FOUSF VO CBSĂ&#x2DC;NFUSP Z VO NBOĂ&#x2DC; NFUSP 4J FYJTUFO NĂ&#x2C6;T BOĂ&#x2DC;UBMBT Similitudes 1
2
.Ă&#x2C6;Ty
Š Alexandru Daniel Pavalache/ Dreamstime.com
Ejemplo 6
Š Marish/Dreamstime.com
Š Andrei Krauchuk/Dreamstime.com
FĂsica II
Bloque I Fluidos
2. 3FHJTUSB MBT QSJODJQBMFT EJGFSFODJBT FOUSF VO CBSร NFUSP Z VO NBOร NFUSP Barรณmetro
Manรณmetro
1
2
3
.ร T
3. 3FHJTUSB MPT UJQPT EF Barรณmetro
Manรณmetro
1 2 3 .ร T
Actividad 5 1SFTFOUB UV TPMVDJร O B DBEB VOP EF MPT OVFWF QSPCMFNBT RVF TF QSFTFOUBO B DPOUJOVBDJร O 6UJMJ[B MPT QSPDFEJNJFOUPT ZB FKFNQMJmDBEPT 1. $BMDVMB MB GVFS[B RVF EFCF BQMJDBSTF TPCSF VO ร SFB EF N2 QBSB RVF FYJTUB VOB QSFTJร O EF 1B
31
Física II
© Serdar Tibet/Dreamstime.com
2. %FUFSNJOB MB QSFTJØO IJESPTUÈUJDB FO FM GPOEP EF VOB BMCFSDB EF N EF QSPGVOEJEBE MMFOB EF BHVB B UPEB TV DBQBDJEBE
3. %FUFSNJOB MB QSPGVOEJEBE B MB RVF TF FODVFOUSB TVNFSHJEP VO TVCNBSJOP FO FM PDÏBOP p = LH m3 TJ FT BGFDUBEP QPS VOB QSFTJØO EF QTJ
)
© Hrigoriy Donskoi/Dreamstime.com
(
© Boroda/Dreamstime.com
4. {" RVÏ QSFTJØO FTUÈ TPNFUJEB VOB UVCFSÓB FO BUNØTGFSB FTUÈOEBS TJ FM NBOØNFUSP NBSDB NN EF )H
5. 6O SFMPK QBSB CVDFBS QVFEF TPQPSUBS IBTUB N CBKP FM BHVB NBOPNÏUSJDPT 4J OP FYJTUJFSB MB QSFTJØO BUNPTGÏSJDB {B RVÏ QSPGVOEJEBE QPESÓB MMFHBS © Jamalludin Bin Abu Seman Din/ Dreamstime.com
32
Bloque I Fluidos
© Kamil Macniak/Dreamstime.com
6. %FUFSNJOB MB QSFTJØO BFSPTUÈUJDB EF VO QMBOFBEPS RVF WVFMB B QJFT EF BMUVSB TJ FO UJFSSB MB QSFTJØO FT EF BUN
7. $BMDVMB MB GVFS[B RVF TF PCUFOESÈ FO FM ÏNCPMP NBZPS EF VOB QSFOTB IJESÈVMJDB EF EJÈNFUSP EF DN TJ FO FM ÏNCPMP NFOPS EF DN TF FKFSDF VOB GVFS[B EF /
8. %FUFSNJOB FM EJÈNFUSP RVF EFCF UFOFS FM ÏNCPMP NBZPS EF VOB QSFOTB IJESÈVMJDB TPCSF MB RVF TF FKFSDF VOB GVFS[B EF / TJ FM ÏNCPMP NFOPS EF w EF EJÈNFUSP TVGSF VOB GVFS[B EF / 2 1
1.2 m
2.3 m
%FUFSNJOB MB QSFTJØO B MB RVF TF FOGSFOUBO MPT nVJEPT TJ MB EFOTJEBE EFM B[VM FT EF LH N3 NJFOUSBT RVF FM nVJEP WFSEF FT EF LH N3
33
34
Física II
Escala para evaluar mi desempeño en las actividades 4 y 5 $PO MBT JOTUSVDDJPOFT EFM EPDFOUF SFWJTBSÏ NJ EFTFNQF×P FO MB DVBSUB Z RVJOUB BDUJWJEBEFT QBSB FTUBCMFDFS RVÏ EFCP NFKPSBS Z RVÏ EFCP DPOTPMJEBS &M EPDFOUF QVFEF PSHBOJ[BS VO FKFSDJDJP EF BVUPFWBMVBDJØO P DPFWBMVBDJØO SFWJTBS MPT SFTVMUBEPT ÏM NJTNP P VO FTRVFNB DPNQVFTUP 7PZ B TPMJDJUBS BM EPDFOUF RVF NF JOEJRVF MPT WBMPSFT RVF QPOESÏ FOUSF QBSÏOUFTJT FO MB FTDBMB 1BSB TFS FWBMVBEP TPMJDJUBSÏ RVF VUJMJDFO MB TJHVJFOUF FYQMJDBDJØO 1. No muestra interés. %JTUSBF FM QSPDFTP /P MP SFBMJ[Ø P BM IBDFSMP OP TF JOWPMVDSØ 4ØMP DPQJØ 2. Muestra interés. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT QFSP OP BQPSUB &T QBTJWP 3. En aprendizaje. &TUÈ BUFOUP FO MBT DPOWFSTBDJPOFT EFM EPDFOUF Z EF TVT DPNQB×FSPT /P BQPSUB QFSP TVT QSFHVOUBT TPO JOUFMJHFOUFT Z DPOTJHVF RVF TF FOSJRVF[DB FM QSPDFTP Actividades 4 y 5 Explica las diferencias y similitudes entre el manómetro y el barómetro, además presenta tu solución a cada uno de los nueve problemas que se presentan en el libro
&YQSFTB JEFBT Z DPODFQUPT NFEJBOUF SFQSFTFOUBDJPOFT MJOHàÓTUJDBT 4JHVF JOTUSVDDJPOFT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 4JHVF QSPDFEJNJFOUPT QBSB BMDBO[BS VO PCKFUJWP EF NBOFSB SFnFYJWB 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO DBUFHPSÓBT 0SEFOB JOGPSNBDJØO DPO CBTF FO SFMBDJPOFT 6UJMJ[B UFDOPMPHÓBT EF JOGPSNBDJØO QBSB QSPDFTBS F JOUFSQSFUBS JOGPSNBDJØO &MJHF MBT GVFOUFT EF JOGPSNBDJØO NÈT SFMFWBOUFT QBSB VO QSPQØTJUP FTQFDÓmDP
%FmOF NFUBT
%B TFHVJNJFOUP B TVT QSPDFTPT EF DPOTUSVDDJØO EFM DPOPDJNJFOUP "QPSUB QVOUPT EF WJTUB DPO BQFSUVSB
$POTJEFSB MPT QVOUPT EF WJTUB EF PUSPT EF NBOFSB SFnFYJWB "TVNF VOB BDUJUVE DPOTUSVDUJWB EFOUSP EF EJTUJOUPT FRVJQPT EF USBCBKP CC
$PNQFUFODJBT DMBWF HFOÏSJDBT
CD
$PNQFUFODJBT EJTDJQMJOBSFT
No muestra interés (0)
4. En consolidación. 4F JOWPMVDSB "MHVOBT WFDFT BQPSUB Z QSFHVOUB EJBMPHB DPOWFSTB 5. Modelo a seguir. 0SHBOJ[B NPEFSB JOUFHSB Z NPUJWB BM HSVQP B DPOTFHVJS MBT NFUBT EFM FRVJQP 6. Promueve el aprendizaje 4F JOUFSFTB Z BHSFHB WBMPS OP TØMP BM USBCBKP EFM FRVJQP TJOP B RVF DBEB VOP DPOTJHB TVT NFUBT QFSTPOBMFT BQPZBOEP Z QSPNPWJFOEP
Muestra interés ( )
En aprendizaje ( )
En consolidación ( )
Modelo a seguir ( )
Promueve el aprendizaje ( )
Bloque I Fluidos
Autoevaluaciรณn $PO CBTF FO MB FWBMVBDJร O EF NJ BDUJWJEBE QVFEP EFDJS RVF Debo conservar las siguientes fortalezas
Debo poner atenciรณn en las siguientes รกreas de oportunidad
Saberes requeridos Para desarrollar la competencia disciplinar en la actividad 6.
1.5 Hidrodinรกmica En el momento en que hablamos de fluidos, podemos decir que nos interesa su comportamiento al fluir, y hasta ahora los hemos analizado en reposo. Si descomponemos el volumen del fluido como su รกrea de secciรณn transversal multiplicado por su longitud, tenemos que: V
A x
Sustituyendo Q
V t
A x t
Av
35
Glosario Aislante eléctrico: material que no deja pasar o lo hace con dificultad a la corriente eléctrica. Calor: es la energía que transfiere un cuerpo a otro, consecuencia de una diferencia de temperatura entre estos. Campo eléctrico: cualquier región en el espacio en donde una carga eléctrica experimenta fuerzas debido a otras cargas en esa región. Campo magnético: cualquier región del espacio en donde un polo magnético o una carga eléctrica en movimiento ejercen influencia magnética. Carga eléctrica: es una propiedad fundamental de la materia y determina la intensidad de la fuerza eléctrica. Puede ser positiva o negativa. Circuito eléctrico: es una trayectoria cerrada por donde fluye la energía eléctrica. Conductor eléctrico: cuerpo por donde la energía eléctrica circula con facilidad. Corriente alterna: es una corriente eléctrica que cambia de dirección constantemente. Corriente directa: es una corriente eléctrica cuya carga fluye en una sola dirección. Corriente eléctrica: es el flujo de carga eléctrica a través de un conductor o en el vacío y se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. Densidad relativa: esta es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra sustancia que por lo general es el agua, el valor es adimensional pues se obtiene de dividir dos densidades. Dilatacion termica: fenómeno físico por medio del cual un objeto puede perder volumen por efecto de la temperatura Ductilidad: es la propiedad de algunos materiales que hace que puedan deformarse sin romperse bajo la acción de alguna fuerza, aunque si pueden llegar a romperse si se les aplica una fuerza determinada, gracias a esta propiedad se pueden obtener hilos o alambres de dichos materiales. Elasticidad: es la propiedad de algunos materiales de regresar a su forma original después de sufrir alguna deformación al aplicarle alguna fuerza durante determinado tiempo. Electricidad: rama de la física que estudia los fenómenos originados por las cargas eléctricas y sus interacciones. Electromagnetismo: es la rama de la física que estudia y unifica a la electricidad y al magnetismo en una sola teoría. Electrón: partícula elemental de la materia con carga negativa.
158
Física II
Energía potencial eléctrica: energía que produce una carga debido a su posición dentro de un campo eléctrico. Flotabilidad: es la capacidad que tienen los cuerpos para sostenerse dentro de un fluido en otras palabras: “un objeto flotará sobre un fluido (ambos bajo el efecto de fuerza de una gravedad dominante) siempre que el número de partículas que componen el objeto sea menor al número de partículas del fluido desplazadas”. Fluido: un fluido es toda sustancia que pueda derramarse si no se encuentra en un recipiente (a menos que sea lo suficientemente grande como para mantenerse unido por la gravedad, al igual que una estrella). Todos los líquidos y gases son fluidos. Iman: cuerpo con campo magnético, es decir que atrae a otros cuerpos con campos magnéticos. Impenetrabilidad: es la resistencia que un cuerpo opone cuando otro cuerpo trata de ocupar su lugar. Indice de refraccion: cuando un haz de luz cambia de un medio a otro este sufre un cambio de dirección originado por la distinta velocidad de la luz en cada medio. Intensidad de corriente: cantidad de electricidad que atraviesa una sección de un conductor por unidad de tiempo. Magnetismo: fenómeno físico por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Se produce por el movimiento de los electrones. Maleabilidad: es la propiedad de algunos materiales para poder ser descompuestos en delgadas laminas sin que el material se rompa. Neutron: partícula elemental con carga neutra que forma parte del núcleo de los átomos. 1m Newton (unidad): es la fuerza necesaria para acelerar 2 a un objeto de 1kg de s masa. Peso específico: se define como el peso por unidad de volumen de una sustancia. Potencial eléctrico: es la fuerza eléctrica necesaria para mover una carga de un punto a otro. Presion atmosferica: es la presión que ejerce la atmósfera (capa de aire que rodea a la tierra) sobre los cuerpos que están en su interior debido a la fuerza de atracción entre la masa del aire y la masa de la tierra.
Glosario
159
Punto de ebullicion: es cuando a cierta la temperatura un material cambia de estado liquido a gaseoso. Punto de fusion: es cuando a cierta temperatura un material cambia de estado sólido a liquido (se funde). Semiconductor: material que se puede comportar tanto como conductor o como aislante dependiendo de diversos factores como el campo eléctrico o magnético, presión, temperatura entre otros. Temperatura: comparación de que tan caliente o que tan frio es un cuerpo poniéndolo en equilibrio térmico con otro cuerpo Termometro: instrumento para la medición de la temperatura. Volumen: es una magnitud física para determinar el espacio que ocupa un cuerpo en el espacio.
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Física II
Este libro le permitirá al estudiante desarrollar dos tipos de competencias: las disciplinares, que se relacionan propiamente con la física, y las genéricas, que se relacionan con su desarrollo personal y social. 7 8@9/: /0 7, 1¯>4., 0> ?,9 /0>,ő ,9?0 <@0 07 /0>.@-=48409?: 7, 499:A,.4µ9 D 7, 49A09?4A, 9:> 3,9 770A,/: , ,7.,9.0> ?0.9:7µ24.:> >:=;=09/09?0> .:8: 7:> ?07«1:9:> 49?074209?0> 7,> .:8;@?,/:=,> D 7,> ?,-70?,> 070.?=µ94.,> 7,> .@,70> 3,9 >4/: @9, 0A:7@.4µ9 /0 7, 1¯>4., .:8-49,/, .:9 :?=,> .409 .4,> .:8: 7, =:-µ?4., 7, 80.¡94., D 7, 070.?=µ94., %:/,> 077,> .:9 @9 84>8: ő 9 <@0 0> 07 ;=:2=0>: D 7, >@->4>?09.4, /0 7, 3@8,94/,/ Entre las características del libro, destacan las siguientes: • Al inicio de cada bloque se presentan las competencias disciplinares correspondientes. • 0 42@,7 8,90=, >0 ;=:;:90 @9, :=2,94E,.4µ9 /4/¡.?4., ;,=, 1,.474?,= 7, ;=:8:.4µ9 ,/<@4>4 .4µ9 D 0A,7@,.4µ9 /0 7,> .:8;0?09.4,> 209«=4.,> • ,.474?, 7, 7,-:= /:.09?0 D, <@0 49.7@D0 >0.@09.4, /4/¡.?4.,> ;=¡.?4.,> 0 49>?=@809?:> /0 0A, 7@,.4µ9 ;,=, ,.:8;,³,= /0 8,90=, >09.477, D :=/09,/, 07 /0>08;0³: 0>.:7,= • :> .:9?094/:> 0>?¡9 /4>0³,/:> ;,=, =0>:7A0=>0 09 0<@4;: : 09 2=@;: D /0-09 =0@94=>0 09 07 ;:=?,1:74: /0 0A4/09.4,> /0 /0>08;0³: D .:9:.48409?: <@0 07 /:.09?0 3, .:9>?=@4/: ;=0A4, mente para cada estudiante. • La estructura de la obra permite abordar la física de manera accesible y entendible, ya que 494.4, .:9 07 0>?@/4: /0 7:> Œ@4/:> ;,=, 7@02: .:9?49@,= .:9 07 0>?@/4: /0 7, 48;:=?,9.4, /0 7, ?08;0=,?@=, D ő9,7809?0 ?=,-,5,= .:9 7:> 109µ809:> =07,?4A:> , 7, 070.?=4.4/,/ ?:/: 077: /0> /0 @9, ;0=>;0.?4A, <@0 ;0=84?0 .:8;=09/0= 07 .:9?0C?: /0 ,;74.,.4µ9 /0 7:> ?08,>
ISBN-13: 978-607-526-721-0 ISBN-10: 607-526-721-2
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