Presentación Contenido Temático Recursos Evaluación Bibliografía Créditos
Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2011
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Presentación Las moléculas de un líquido están ligadas por fuerzas de cohesión (fuerzas moleculares de atracción de la misma especie), que hacen que los líquidos formen en su superficie una especie de membrana. Un objeto que se apoye sobre una superficie líquida tendrá que romper la fuerza de cohesión que se ejercen las moléculas de la superficie para ingresar al líquido y mojarse.
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Contenido Temático TENSIÓN SUPERFICIAL TENSOACTIVOS
ACCIÓN CAPILAR ÓSMOSIS PRESIÓN OSMÓTICA VISCOSIDAD LEY DE POISEULLE FLUJO SANGUÍNEO EL NÚMERO DE REYNOLDS
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Tensión superficial Numerosas observaciones sugieren que la superficie de un líquido actúa como una membrana elástica estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se define a la fuerza como:
F=L Donde L es la longitud de la superficie a través de la cual actúa la fuerza y es el coeficiente de tensión superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,
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Algunos ejemplos La tensión superficial del agua es mayor que la de cualquier líquido (excepto el mercurio). Este hecho es de gran importancia, debido a la omnipresencia del agua en los sistemas biológicos. El agua tiene la capacidad de sostener pequeños objetos sobre su superficie; por ejemplo, si colocas cuidadosamente un clip, en forma horizontal, sobre la superficie tranquila del agua, no se hundirá, pero si se agita la superficie acabará hundiéndose. De igual manera muchos insectos son capaces de andar sobre el agua y muchos pequeños animales acuáticos y las larvas de mosquitos cuelgan de la superficie.
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Tensoactivos Si el experimento anterior sobre el clip sostenido en la superficie del agua lo repites sobre la superficie del agua con detergente, observarás que es muy difícil hacer que el clip se sostenga en la superficie. Esto se debe a que el detergente forma una capa a lo largo de la superficie del líquido que tiene fuerzas de cohesión muy débiles, lo que hace que la tensión superficial se reduzca. Cualquier sustancia que cuando se esparce sobre la superficie de un líquido y reduce la tensión superficial, es un agente activo de superficie o tensoactivo, En el lavado de prendas de vestir es importante que el agua moje todas las fibras de la prenda. Si no usáramos detergente, la ropa no se mojaría completamente y por lo tanto no conseguiría limpiarse. Por esta razón se dice que los detergentes son tensoactivos y hacen que el agua moje más.
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ACCIÓN CAPILAR Cuando un líquido está en contacto con una superficie sólida existe una fuerza de adhesión (fuerza de atracción entre moléculas de distintas especies) que hace que el líquido se pegue a la superficie. Cuando un tubito delgado de vidrio (capilar) es introducido en un líquido, una delgada capa del líquido es adherida a la pared interior del tubo por encima de la columna de líquido. Este fenómeno recibe el nombre de acción capilar. Si retiramos el tubito del líquido, una columna de líquido puede quedar sostenida en el capilar, gracias a las fuerzas adhesivas y cohesivas que actúan sobre él. La acción capilar es un buen sistema para hacer que un líquido suba a través de tubitos delgados.
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ÓSMOSIS Supongamos que en un recipiente tenemos dos disoluciones de azúcar separadas por celofán o una membrana animal y que una de las disoluciones tiene mayor concentración de azúcar que la otra . Al cabo de un instante observaremos que el agua pasa de una disolución menos concentrada a una disolución más concentrada. Este fenómeno se conoce como ósmosis. Este hecho hace que se genere un desnivel en el agua de los compartimientos. Para que se produzca osmosis, las membranas deben permitir que las moléculas de agua se difundan lentamente a través de ellas para impedir el paso de moléculas mayores, tales como las del azúcar. Estas membranas permeables a ciertas moléculas e impermeables a otras reciben el nombre de membranas semipermeables.
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PRESIÓN OSMÓTICA La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). En el ejemplo anterior en nuestras disoluciones de azúcar, aplicamos una presión externa, la velocidad de flujo del agua que atraviesa la membrana disminuye. La presión externa que impide que el agua atraviese la membrana por ósmosis es llamada presión osmótica. Las moléculas de azúcar están atrapadas entre el émbolo y la membrana. La presión osmótica es la presión que ejercen las moléculas de azúcar sobre la membrana que evita que el agua pueda atravesarla.
pos= nRT/V Donde: n es el número de moles del soluto V es el volumen R = 8,3 Nm (mol k)
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PRESIÓN OSMÓTICA Ejemplo: En un árbol de 30 m, el mecanismo que hace subir la savia es la ósmosis. El agua del subsuelo ingresa por las raíces obligando a la savia a subir por el árbol. La altura máxima que puede subir la savia está relacionada con la presión osmótica. Cuando la presión hidrostática de la savia en el árbol es igual a la presión osmótica la savia deja de subir. Vamos a calcular la concentración c=n/V de azúcar en la savia, necesaria, para hacerla subir a 30 m de altura, cuando T = 20°C:
pos =pH nRT/V = .g.h c= .g.h/RT 1000kg/m9,8m/s(30m) c 8,3Nm/(molK) 293 K mol m3 c 0,12 mol c 121
litros
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Viscosidad •
Viscosidad, oposición de los fluidos a la acción de las fuerzas tangenciales. Aparece debido a la fricción entre capas del fluido (líquidos) o al movimiento de las partículas en el interior de un gas.
si la velocidad aumenta uniformemente:
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El movimiento de un líquido viscoso por un tubo Cuando un líquido viscoso se mueve en el interior de un tubo hay una fricción entre el líquido y las paredes del tubo, y la velocidad se hace máxima en el centro del tubo. La velocidad media (v) de un líquido viscoso que pasa por un tubo se calcula:
r 2 p v 8L
Donde: p es la diferencia de presiones que mantiene un flujo constante en el tubo, r es el radio del tubo, L es la longitud del tubo, es el coeficiente de viscosidad del líquido, se expresa en N.s/m2
1 poiseuille (PI) = 1 N.s/m2
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Ley de Poiseuille En 1839 el fisiólogo francés Jean Louis Marie Poiseuille, que estaba interesado en las características del flujo de sangre, concluyó (después de realizar sus experimentos) que el caudal a través del segmento de un tubo depende directamente de la diferencia de presiones en los extremos del tubo p y de la cuarta potencia del radio del tubo (r 4)
r 4 p Q 8L
Donde: p es la diferencia de presiones que mantiene un flujo constante en el tubo, r es el radio del tubo, L es la longitud del tubo, es el coeficiente de viscosidad del líquido, se expresa en N.s/m2
1 poiseuille (PI) = 1 N.s/m2
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Problema resuelto
¿Cuál es la caída de presión (en pascales y en mm Hg) de la sangre cuando pasa por un capilar de 1 mm de longitud y 2 m de radio, si su velocidad media en el capilar es de 0,33 mm/s? 4.103 N.s / m2
Resolución:
sangre
1.- Calculamos la caída de presión.
r 2 p 8Lv v p 2 8L r 8(4.103 N .s / m 2 )(1.103 m)(0,33.103 m / s) p (2.106 m) 2
p 2640Pa 2.- Convertimos los pascales a mm Hg:
760mmHg 101293Pa p 19,8mmHg p 2640Pa.
Rpta.- La diferencia de presiones es 2640 Pa y 19,8 mmHg
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FLUJO SANGUÍNEO La sangre es un líquido viscoso, por lo tanto cumple con la ley de Poiseuille. Para mantener un flujo constante promedio de 83 cm 3/s a través de las arterias principales, arteriolas y capilares, los músculos cardiacos del ventrículo izquierdo se contraen ejerciendo una presión de casi 125 mm de Hg. Esta presión disminuye conforme la sangre pasa de la aorta a las arterias, de las arterias a las arteriolas y de estas a los capilares.
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EL NÚMERO DE REYNOLDS Los líquidos pueden comportarse de una manera caótica cuando presentan turbulencias, y no existe una teoría precisa que describa el comportamiento de un líquido en un régimen turbulento. Para poder si un líquido que se mueve por un tubo se encuentra en régimen laminar, turbulento o en la transición de ambos regímenes, usamos el número de Reynolds (Re), que se calcula con la siguiente fórmula.
Re Donde: es la densidad del líquido. r es el radio del tubo v es la velocidad media del líquido. es el coeficiente de viscosidad.
2 r v
Se ha demostrado experimentalmente que para valores menores a 3000 el flujo en un tubo es laminar y para valores superiores superiores a los 4400 el flujo es turbulento, mientras que en los valores intermedios se produce una transición del flujo laminar a turbulento.
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Recursos Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las actividades educativas lúdicas
Actividades interactivas
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Créditos Viscosidad http://www.spraying.com.ar/Factores.htm viscosidad http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r58260.PDF Física general: viscosidad http://www.lawebdefisica.com/apuntsfis/fluidosge/ Sustancias tensoactivas http://www.facmed.unam.mx/deptos/anatomia/computo/pulmon/FISIOLOGIA.htm Imagen de tensión superficial http://4.bp.blogspot.com/_3l0JKjLNJyE/TA5PzWTCPVI/AAAAAAAAACY/RLFds_NsEiM/s1600/tension-superficial.jpg
Propiedades del agua http://laprofedemusica.cibergato.com/joomla/index.php?option=com_content&task=view&id=67&Itemid=9 Flujo sanguíneo http://iv.nucleusinc.com/imagescooked/28025W.jpg FISICA FUNDAMENTAL 1 Michel Valero – Grupo editorial norma Educativa Ciencia Tecnología y Ambiente Secundaria – Manual del docente