Tareas Jabil B Sabado
Tarea 3 Jabil B sabado
Tarea 3: Problemas-Jabil B Sábado.
Margarita Gallo Silva 09 de octubre de 2010
1) Calcular el volumen de 7.2 Toneladas de arena sabiendo que su peso especifico es de 1.8 kg/dm3 | ||||||||
V = | ? | P = V x Pe | ||||||
Pe = | 1.8 | kg/dm3 | V = P/Pe | |||||
P = | 7.2 | Toneladas | V = | 7200 kg | .= 4,000 dm3 = 4 m3 | |||
1.8 kg/dm3 | ||||||||
2) Calcular la presión que se ejerce sobre el fondo de un recipiente lleno de mercurio, si el nivel del mismo es de 40 cm (ᵟ = 13.6 g/cm3) | ||||||||
ᵟ = | 13.6 | g/cm3 | p = | 13.6 g/cm3 x 40 cm | ||||
p = | ? | p = | 544 g/cm2 | |||||
h = | 40 | cm | sin considerar la fuerza que ejerce la gravedad | |||||
3) Encontrar el peso especifico del material de fundición con que están hechas 750 tuercas si su peso total es de 4.5 kg y el volumen de cada una es de 0.75 cm3 | ||||||||
V = | 0.75 | cm3 = | 0.75 x 750 = | 562.5 cm3 | P = V x Pe | |||
Pe = | ? | Pe = P/V | ||||||
Pi = | 4.5 | kg | Pe = | 4.5 kg | .= 0.008kg/ cm3 | |||
562.5 cm3 | ||||||||
4) Que fuerza se ejerce sobre el pistón menor de un prensa hidráulica cuya sección es de 12 cm2, si el pistón mayor es de 40 cm2 de sección y se obtiene una fuerza de 150 N? | ||||||||
F1 = | 150 | N | F2 = F1 | A2 | ||||
F2 = | ? | A1 | ||||||
A1 = | 40 | cm2 | F2 =150 N | 12 cm2 | ||||
A2 = | 12 | cm2 | 40 cm2 | |||||
F2 = 45 N | ||||||||
5) Explique lo siguiente: | ||||||||
a.- Usted se siente mal y le dicen que tiene una temperatura de 105° F. ¿Qué temperatura tiene en°C? ¿Debe preocuparse? | ||||||||
b.- El informe matutino del tiempo en Guadalajara cita una temperatura de 53.6° F. ¿Cuanto es esto en °C? | ||||||||
a.- 105°F = X°C | ||||||||
°F-32 x 5/9 =°C 105 - 32 x 5/9 = (63 x 5)/9 = 315/9 = 40.5°C | ||||||||
Y si hay que preocuparse | ||||||||
b.- °F-32 x 5/9 =°C 53.6 - 32 x 5/9 = (21.6 x 5)/9 = 108/9 = 12°C | ||||||||
Acústica
La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no se propagan en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica.
La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), ó 1.235 km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).
Velocidad de los animales
La velocidad de los animales hace referencia a la ‘velocidad’ (del latín velocitas, ligereza o prontitud en el movimiento) que pueden alcanzar los ‘animales’ (del latín animal, ser orgánico que vive, siente y se mueve por propio impulso).
Definición
La velocidad de los animales es la cuantificación -habitualmente medida en km/h o en m/s como resultado del cociente entre un espacio recorrido y el tiempo usado en recorrer dicho espacio- de una de las características fundamentales de los animales: la locomoción o capacidad de movimiento autónomo.
Animales veloces y lentos
En un sentido coloquial la expresión “velocidad de los animales” hace referencia al contraste entre una locomoción rápida, característica de animales como el halcón y el guepardo, y una locomoción lenta, propia de animales como la tortuga o el caracol. Más adelante, en la Tabla de velocidades máximas de animales pueden verse las velocidades de numerosos animales.
La velocidad depende de los límites físicos de los hábitats -aéreo, terrestre y acuático- y de los límites biológicos de las estructuras fisiológicas de los distintos aparatos locomotores que nos ayuda a conocer la alometría.
La velocidad, sin duda fruto de la selección natural, es un buen indicador de las estrategias adaptativas que han desplegado numerosas especies para sobrevivir.
[Locomoción animal
La locomoción animal es la capacidad de movimiento autónomo y constituye uno de los rasgos más específicos de los Animales frente a otros reinos de seres vivos (Plantas, Hongos, Protista, Monera). Debe advertirse que el movimiento celular interno se produce en todos los reinos biológicos así como el transporte de sustancias y la comunicación celular.
La movilidad llevó a los animales a diferenciarse de las plantas y supuso un factor de éxito en su evolución ya que les permitió conquistar nuevos espacios con ecosistemas más propicios, huir de los predadores y por tanto sobrevivir y diseminarse.[1]
La biología evolutiva, y en concreto la biología evolutiva del desarrollo en su estudio de los distintos planes corporales señala la simetría bilateral como una adaptación para el movimiento y la locomoción frente a la simetría radial, más propia de animales que no se desplazan (sésiles). Existen además unas constricciones del desarrollo, tanto funcionales como estructurales que limitan la dirección de la evolución biológica. Pero hay más, y se deben atender nuevos aspectos recogidos en la teoría sintética de la evolución (la deriva genética, la mutación...) así como las aportaciones sugerentes de la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis para comprender el sorprendente recorrido que el movimiento autónomo ha dado a la vida.
El término locomoción, para referirse a la movilidad autónoma de los animales, es usado habitualmente en los tratados de biología, morfología, anatomía comparada, fisiología, teriología, zoología y otras ciencias de la vida. En biología celular e ingeniería biomédica el término usado para expresar la capacidad de los organismos celulares o multicelulares para moverse de forma espontánea e independiente se denomina motilidad celular. En zoología se usa el término sésil para referirse a aquellos organismos, como los corales y percebes, que permanecen agarrados a un sustrato y no se desplazan.
Tipos de movimiento
Los tres movimientos básicos que permiten la locomoción son: el movimiento ameboide, característico de protozoos, mohos y glóbulos blancos de los vertebrados (p.e.: ameba); el movimiento ciliar o flagelar, característico de protozoos ciliados (p.e.: paramecio y espermatozoide) y el movimiento muscular, que permite ejercer una fuerza que incide sobre el sistema músculoesquelético produciendo movimiento, éste último es el más extendido e importante.[2]
Sistemas de locomoción
Los distintos hábitats y ecosistemas determinan el abanico de modos de locomoción que los animales han desplegado a lo largo de la evolución.
En el medio aéreo el vuelo y el planeo son los sistemas básicos. El vuelo de las aves consiste en la batida de las alas cuando se hace necesaria incrementar la fuerza de sustentación o en el planeo cuando dicha fuerza es suficiente y se hace innecesaria la batida. Las aves alcanzan las máximas velocidades en sus lanzamientos en picado. Sin duda, el medio aéreo, donde la resistencia al desplazamiento es mínima, es el más idóneo para la velocidad extrema. Los grupos de aves más rápidas (halcones, águilas, vencejos y golondrinas) disponen de una aerodinámica y unas condiciones biomecánicas asombrosas que junto con un aprovechamiento muy eficiente de la fuerza de gravedad en sus lanzamientos en picado les permite alcanzar las máximas de velocidad entre todos los seres vivos.
En el medio terrestre la locomoción se puede producir por reptación, deambulación, básicamente cuadrúpeda y bípeda ambas propias de animales tetrápodos, braquiación, salto, por contracción y extensión –como lombrices y gusanos-. Las aves en el medio terrestre tienen una locomoción bípeda. Dependiendo del tipo de desplazamiento, modo y ritmo podemos hablar de marcha, paso, trote, galope, salto. El bipedismo o bipedestación humana tiene características muy particulares así como la braquiación o locomoción braquial arbórea característica de los primates. Los sistemas de locomoción de los artrópodos, que incluyen a miriápodos e insectos, arácnidos y crustáceos resultan muy variados y complejos, además, estas clases de animales habitan en todos los medios y ecosistemas.
En el medio acuático, que incluye los ecosistemas marinos y los ecosistemas de agua dulce, son claves la capacidad de flotación y la natación activa muscular, que es el sistema de locomoción principal y característico de peces y mamíferos marinos. La natación activa muscular resulta extremendamente variada ya que existe una especialización y desarrollo de distintas zonas musculares y aletas, ya sean caudales, pectorales o dorsales propias de la anatomía de los peces. Pero perviven otros sistemas de locomoción menos eficientes como el desplazamiento por vibraciones de flagelos; el uso de las extremidades como remos (crustáceos); la propulsión a chorro -expulsión de agua- usada por los cefalópodos y por las medusas, en las que se denomina natación pulsada;[3] el salto, usado por los exocetos y otros animales para huir o cazar y la deambulación, ya sea sobre la superficie del fondo marino, habitual de los crustáceos o en las orillas, usada por los gobios y otros animales que se acercan a las orillas para la caza. Los animales con forma de gusano o serpiente, como las anguilas, se desplazan mediante la ondulación con movimientos similares a la reptación terrestre.
Tabla de velocidades máximas de animales
Para facilitar la búsqueda de animales la tabla puede reordenarse alfabéticamente (a-z/z-a) por ’Nombre común’ y ’Nombre científico’ y numéricamente (mayor a menor y menor a mayor) por ’Velocidad’.
Observaciones y otras referencias | |||
Vuelo en picado previo a la caza. 96 km/h en vuelo horizontal[11] | |||
&&&&&&&&&&&&0300.&&&&&0300[12] | Vuelo en picado previo a la caza | ||
&&&&&&&&&&&&0115.&&&&&0115[19] - | Mantiene la máxima velocidad durante unos 400 o 500 m | ||
&&&&&&&&&&&&0100.&&&&&0100[23] | Se le llama ’el gladiador’. Su pico es largo y aplanado | ||
&&&&&&&&&&&&0100.&&&&&0100[25] | Trochilinae es una subfamilia | ||
&&&&&&&&&&&&&095.&&&&&095[17] | Vuelo en picado para pescar. Normalmente vuela a unos 60 km/h[26] | ||
Muy resistente. Alcanza los 2,8 m de altura. No vuela | |||
&&&&&&&&&&&&&090.&&&&&090[32] | También llamada ardilla gris de las Carolinas. Habita en Norteamérica | ||
Ver suborden Anisoptera | |||
También llamado canguro gigante. No confundir con Canguro rojo | |||
&&&&&&&&&&&&&075.&&&&&075[43] | También denominado pigargo, pigargo de cabeza blanca y águila americana | ||
También llamada liebre europea o norteña del género Lepus, familia Leporidae | |||
&&&&&&&&&&&&&070.&&&&&070[46] | Los 70 km/h los alcanza el caballo anglo-árabe | ||
Es la más grande de la familia de los hiénidos. No es un cánido | |||
Otras especies son la cebra de Grevy y la cebra de montaña | |||
&&&&&&&&&&&&&060.&&&&&060[62] | También llamado búfalo americano. Su pariente europeo es el Bison bonasus | ||
Es el animal más alto viviente, alcanza casi 6 metros | |||
&&&&&&&&&&&&&060.&&&&&060[66] | Este cérvido vive en América del Norte | ||
&&&&&&&&&&&&&037.57000037,57[92] | Carrera de 100 metros en 9,58 s (cifra centesimal) Usain Bolt | ||
&&&&&&&&&&&&&030.&&&&&030[97] | También llamado rorcual azul. Es el animal más grande del planeta | ||
&&&&&&&&&&&&&&00.&500000,05[118] | 0.05 km/h = 50 m/h. Es el más rápido de los caracoles. | ||
&&&&&&&&&&&&&&00.&&58000,0058[118] | 0,0058 km/h = 5,8 m/h. También se denomina caracol comestible |
Comentario:
A mi me llamo la atencion una de las partes de la custica LA VELOCIDAD de los animales.
Se dice que cientificamenmte la tortuga es el animal mas lento, pero yo digo que no por que CATA mi tortuga es mas vlez de lo que se imaginaban, pues en 20min ya estaba como a 3 cuadras de mi casa.
Comentario:
Me gusto mucho este tema por que encontre mucha informacion sobre la velocidad de los animales terrestres y aereos y su relacion con el sonido, algo que me parecio interesante fue que mi mama me dijo que algunas plantas cuando platicas con ellas crecen mas rapido ya que las motiva.
OPTICA
Óptica
La óptica (del griego optomai, ver) es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. Abarca el estudio de la reflexión, la refracción, las interferencias, la difracción, la formación de imágenes y la interacción de la luz con la materia. Estudia la luz, es decir como se comporta la luz ante la materia
Arco iris
El arco iris o arcoíris es un fenómeno óptico y meteorológico que produce la aparición de un espectro de luz continuo en el cielo cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en la atmósfera terrestre. La forma es la suma de un arco multicolor con el rojo hacia la parte exterior y el violeta hacia la interior. Menos frecuente es el arco iris doble, el cual incluye un segundo arco más tenue con los colores invertidos, es decir el rojo hacia el interior y el violeta hacia el exterior. Comúnmente se suele aceptar como siete los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta producto de la descomposición de frecuencias de la luz, y es formado por los 3 colores primarios y los 3 secundarios, aunque tradicionalmente se habla de 7 colores, incluyendo el añil entre el azul y el violeta.
Historia de la ciencia del arco iris
Hace más de tres siglos, Isaac Newton logró demostrar con ayuda de un prisma que la luz blanca del Sol contiene colores partiendo del rojo, a su vez pasando por el naranja, violeta, por el negro, por el celeste y añil hasta llegar al violeta. Esta separación de la luz en los colores que la conforman recibe el nombre de descomposición de la luz blanca.
El experimento de Newton no es difícil de reproducir, pues no es necesario contar con instrumental científico especial para llevarlo a cabo. Incluso hoy en día resulta ser uno de los más hermosos e instructivos para los incipientes estudiantes de óptica en educación básica, media y superior. se puede lograr con un prisma, el cual es atravesado por un rayo de luz blanca del sol, este se refracta y sale por el lado opuesto descompuesto en los 7 colores ya mencionados.
Pero muchos siglos antes de que naciera Newton la naturaleza ya había descompuesto la luz del Sol una y otra vez ante los ojos de nuestros antepasados. Algunas veces, después de una llovizna; otras, tras una tormenta. Lo cierto es que el arco iris fue durante mucho tiempo un fenómeno tan asombroso como sobrecogedor. Tomado en ocasiones como portador de augurios, en otras como inspiración de leyenda, y siempre como una obra de arte, nunca ha dejado de parecer maravilloso al ser humano.
La Teoría Elemental del arco iris fue, sin embargo, anterior a Newton. Desarrollada primero por Antonius de Demini en 1611, fue retomada y refinada luego por René Descartes. Posteriormente, la Teoría Completa del arco iris fue propuesta en forma inicial por Thomas Young y, más tarde, elaborada en detalle por Potter y Airy.
Explicación científica
Cuando la luz solar incide sobre las gotas de lluvia, éstas se encargan de producir tal efecto, pero en algunas mucho más que en otras. Los rayos del Sol involucrados con la formación del arco iris salen de las gotas de lluvia con un ángulo de aproximadamente 138 grados respecto de la dirección que llevaban antes de entrar en ellas. Este es el "ángulo del arco iris", descubierto por René Descartes en el año de 1637. Si la luz saliera a 180 grados, entonces regresaría por donde vino. Como el ángulo de salida es de sólo 138 grados, la luz no se refleja exactamente hacia su origen. Esto hace posible que el arco iris sea visible para nosotros, que no solemos encontrarnos exactamente entre el Sol y la lluvia. De manera que siempre, si nos colocamos de frente a un arco iris, el Sol estará detrás de nosotros.
Para ser más precisos, es la luz amarilla la que es dispersada a 138 grados de su trayectoria original. La luz de otros colores es dispersada en ángulos algo distintos. La luz roja del arco iris se dispersa en una dirección ligeramente menor que 138 grados, mientras que la luz violeta sale de las gotas de lluvia en un ángulo un poco mayor.
Un rayo de luz solar, de los que "hacen" un arco iris, cambia su dirección tres veces mientras se mueve a través de una gota de lluvia: Primero entra en la gota, lo cual ocasiona que se refracte ligeramente. Entonces se mueve hacia el extremo opuesto de la gota, y se refleja en la cara interna de la misma. Finalmente, vuelve a refractarse cuando sale de la gota de lluvia en forma de luz dispersa. La descomposición en colores es posible porque el índice de refracción de la gota de agua es ligeramente distinto para cada longitud de onda, para cada color del arco iris.
La luz solar emerge de muchas gotas de lluvia a un tiempo. El efecto combinado es un mosaico de pequeños destellos de luz dispersados por muchas gotas de lluvia, distribuido como un arco en el cielo. Los diversos tamaños y formas de las gotas afectan la intensidad de los colores del arco iris. Gotas pequeñas hacen un arco iris pálido y de colores con tonalidades pastel; gotas grandes producen colores muy vivos. Además, las gotas grandes son aplastadas por la resistencia del aire mientras caen. Esta distorsión ocasiona que el "final" del arco iris tenga colores más intensos. Quizás sea ésta la causa de la leyenda que sugiere la existencia de una olla que contiene oro resplandeciente en el final del arco iris.
A veces, es posible ver también lo que se conoce como arco iris secundario. El arco iris primario, que hemos dado en llamar simplemente "arco iris", es siempre un arco interior y más próximo al observador que el arco iris secundario. Si la luz que incide sobre la gota de agua realiza al menos dos refracciones y tres reflexiones internas podemos deducir su trayectoria. El resultado es la formación de un arco iris secundario de colores invertidos, más débil y que queda por encima del primario. Su debilitamiento se debe a la luz que se refracta y sale al exterior en cada reflexión interna. Los ángulos que forman los rayos incidente y refractado hacia el ojo son mayores en el rayo secundario: 50 º para la luz roja y 54º para la violeta. Vimos que en la formación del primario eran de 42º para la luz roja respecto al observador. El orden de los colores en el arco secundario está invertido debido a la doble reflexión interna. Teóricamente puede haber más de tres reflexiones internas, cuatro, cinco, que darían lugar a cuatro y cinco arco iris. El tercero y cuarto estarían entre el observador y el sol y quizás nunca se puedan ver. El quinto se produce en la misma zona del primero y del segundo y no es perceptible porque es muy tenue. Es posible, en un experimento de laboratorio, demostrar que se pueden conseguir hasta 13 arcos iris visibles, aunque, lógicamente su luminosidad se reduce considerablemente. Es interesante señalar que ninguna luz emerge en la región entre los arco iris primario y secundario. Esto coincide con algunas observaciones, que señalan que la región entre los dos arcos es muy oscura, mientras que en la parte exterior del arco secundario y en la parte interior del arco primario es visible una considerable cantidad de luz, lo cual se debe al reflejo de la luz blanca concentrada justo antes de su refracción para formar el arco iris. Esta zona oscura intermedia se debe a la intensidad de la cortina de agua, que absorbe toda la luz posible hacia el interior de la misma, por lo que el arco secundario es simplemente un reflejo del primario en dirección hacia el observador y es conocida como "Banda de Alejandro".
En algunas ocasiones, cuando los arco iris primario y secundario son muy brillantes, se puede observar un tercero dentro del primario y un cuarto fuera del secundario. A estos arcos se les llama arcos supernumerarios y se deben a efectos especiales de interferencia luminosa.
Alguien que ve un arco iris, en realidad no está viendo cosa alguna que esté en un sitio fijo. El arco iris es sólo un fantasma, una imagen. Se cuenta que un pasajero de un pequeño avión le pidió una vez al piloto de la aeronave que cruzara el centro del arco iris. El arco iris nunca fue creciendo conforme el avión volaba hacia él. Luego de un rato, el arco iris se desvaneció, pues el avión voló fuera del área donde la lluvia lo producía. Así, este inocente pasajero se quedó con las ganas de volar a través del arco iris.
Cuando alguien mira un arco iris, lo que está viendo en realidad es luz dispersada por ciertas gotas de lluvia. Otra persona que se encuentre al lado del primer observador verá luz dispersada por otras gotas. De manera que, aunque suene gracioso, puede decirse que cada quien ve su propio arco iris, distinto (hablando en un sentido estricto) del que ven todos los demás.
Si las condiciones atmosféricas y el sitio de observación son perfectos, entonces la lluvia y el Sol trabajan juntos para crear un anillo de luz completo, denominado arco iris circular como el que se vio el 06/08/2007 en la isla de Langkawi, Malasia. En los arco iris normales el rojo es el color exterior, y el violeta el interior, pero en los circulares la variación es la contraria.
Respecto de las condiciones para ver un arco iris se reducen a que el observador tiene que estar localizado entre el sol y una lluvia de gotas esféricas (una lluvia uniforme). Es posible que el observador crea que la lluvia no es uniforme donde él se encuentra, pero sí debe serlo desde donde localizaría el arco iris. ¿Y cuándo son las gotas esféricas? Las gotas son esféricas cuando caen a una velocidad uniforme, constante. Esto es posible en condiciones de aceleración gravitatoria contando con las fuerzas viscosas de oposición del aire. Cuando se cumple que la velocidad de las gotas es uniforme, la gota adquiere un volumen máximo con la mínima superficie (esfera). Sólo en estas condiciones es posible la dispersión luminosa dentro de la gota y por tanto el arco iris, aunque ligeras variaciones de la esfera puedan dar diversas variaciones en un arco iris. Por lo tanto, la lluvia no debe ser torrencial, ni estar afectada por el viento. Es por ello que no siempre se contempla el arco iris cuando hay lluvia y sol.
Es importante notar la altura del Sol cuando uno observa un arco iris, pues es algo que ayuda a determinar qué tanto alcanza uno a ver de él: cuanto más bajo se encuentre el Sol, más alta será la cresta del arco iris y viceversa. Alguien que pueda elevarse un poco sobre la superficie de la Tierra, se daría cuenta de que ciertos arcos iris continúan por debajo del horizonte. Quienes escalan montañas altas han logrado ver en ocasiones una buena parte de arcos iris circulares completos. Pero ni siquiera las montañas poseen la suficiente altura como para poder llegar a observar un arco iris circular en su totalidad.
Los aviadores han informado algunas veces haber visto genuinos arcos iris circulares completos, los cuales curiosamente han pasado inadvertidos para los pasajeros de sus aeronaves. Esto puede deberse a que las ventanas de los viajeros son muy estrechas y ofrecen un campo de visión muy reducido, a diferencia del impresionante campo visual que tiene el piloto.
Explicaciones no científicas
Relato bíblico
Según el Antiguo Testamento, el arco iris fue creado por Dios tras el Diluvio Universal. En el relato bíblico, éste aparecería como muestra de voluntad divina, para recordar a los hombres la promesa hecha por el propio Dios a Noé de que jamás volvería a destruir la tierra con un diluvio.
Por este motivo también el arcoíris es el símbolo moderno del Movimiento Noajida ya que simboliza el pacto que Dios hizo con Noaj (Noe) y su desendencia para siempre, el cual tendría su máxima expresión en el cumplimiento de Las siete Leyes de los Hijos de Noaj.
Mi arco he puesto en las nubes, el cual será por señal del pacto entre mi y la tierra. Y sucederá que cuando haga venir nubes sobre la tierra, se dejara ver entonces mi arco en las nubes. Y me acordaré del pacto mio, que hay entre mi y vosotros y todo ser viviente de toda carne; y no habrá más diluvio de aguas para destruir toda carne ." (Génesis 9:13-15. Biblia Traducción Reina Valera., 1960)
Comentario
En mi punto de vista DIOS hizo el arco iris, de ahi el hombre fue investigando la razon de como y porque se formaban los colores.
* Comentario
Cuando era niña cada vez que terminaba una tormenta mi mama nos sacaba ha ver el arco iris que se formaba tan hermoso, llovisnaba y y ala ves salia el sol.
Siempre le preguntaba a mi mama por que sale el arco iris y como se formaba y ella me decia DIOS lo hizo y siempre decia " DESPUES DE LA TORMENTA VULVE LA CALMA"
Articulo 1 Hidrostatica Jabil B Sabado
Mecánica de fluidos
1 |
| INTRODUCCIÓN |
Mecánica de fluidos, parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica (véase Avión), la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.
Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas (véase Aire comprimido). La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.
2 |
| ESTÁTICA DE FLUIDOS O HIDROSTÁTICA |
Una característica fundamental de cualquier fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier partícula del fluido es la misma en todas direcciones. Si las fuerzas fueran desiguales, la partícula se desplazaría en la dirección de la fuerza resultante. De ello se deduce que la fuerza por unidad de superficie —la presión— que el fluido ejerce contra las paredes del recipiente que lo contiene, sea cual sea su forma, es perpendicular a la pared en cada punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza tendría una componente tangencial no equilibrada y el fluido se movería a lo largo de la pared.
Este concepto fue formulado por primera vez en una forma un poco más amplia por el matemático y filósofo francés Blaise Pascal en 1647, y se conoce como principio de Pascal. Dicho principio, que tiene aplicaciones muy importantes en hidráulica, afirma que la presión aplicada sobre un fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas direcciones y a todas las partes del recipiente, siempre que se puedan despreciar las diferencias de presión debidas al peso del fluido y a la profundidad.
Cuando la gravedad es la única fuerza que actúa sobre un líquido contenido en un recipiente abierto, la presión en cualquier punto del líquido es directamente proporcional al peso de la columna vertical de dicho líquido situada sobre ese punto. La presión es a su vez proporcional a la profundidad del punto con respecto a la superficie, y es independiente del tamaño o forma del recipiente. Así, la presión en el fondo de una tubería vertical llena de agua de 1 cm de diámetro y 15 m de altura es la misma que en el fondo de un lago de 15 m de profundidad. De igual forma, si una tubería de 30 m de longitud se llena de agua y se inclina de modo que la parte superior esté sólo a 15 m en vertical por encima del fondo, el agua ejercerá la misma presión sobre el fondo que en los casos anteriores, aunque la distancia a lo largo de la tubería sea mucho mayor que la altura de la tubería vertical. Veamos otro ejemplo: la masa de una columna de agua dulce de 30 cm de altura y una sección transversal de 6,5 cm2 es de 195 g, y la fuerza ejercida en el fondo será el peso correspondiente a esa masa. Una columna de la misma altura pero con un diámetro 12 veces superior tendrá un volumen 144 veces mayor, y pesará 144 veces más, pero la presión, que es la fuerza por unidad de superficie, seguirá siendo la misma, puesto que la superficie también será 144 veces mayor. La presión en el fondo de una columna de mercurio de la misma altura será 13,6 veces superior, ya que el mercurio tiene una densidad 13,6 veces superior a la del agua. Véase también Atmósfera; Barómetro; Capilaridad.
1.3 Presión hidrostática.
Presión en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.
La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en Newton por metro cuadrado; un Newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg2 (denominada psi).
La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local. Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre la presión del recipiente y la presión atmosférica local.
Mecánica de fluidos: aplicaciones
Las leyes de la mecánica de fluidos pueden observarse en muchas situaciones cotidianas. Por ejemplo, la presión ejercida por el agua en el fondo de un estanque es igual que la ejercida por el agua en el fondo de un tubo estrecho, siempre que la profundidad sea la misma. Si se inclina un tubo más largo lleno de agua de forma que su altura máxima sea de 15 m, la presión será la misma que en los otros casos (izquierda). En un sifón (derecha), la fuerza hidrostática hace que el agua fluya hacia arriba por encima del borde hasta que se vacíe el cubo o se interrumpa la succión.
El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto por el matemático y filósofo griego Arquímedes. El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo. Esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.
El punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. El centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su centro de gravedad. Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la estabilidad del cuerpo. Véase Estabilidad.
El principio de Arquímedes permite determinar la densidad de un objeto cuya forma es tan irregular que su volumen no puede medirse directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el agua, la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen del objeto, si éste está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto (masa dividida por volumen). Si se requiere una precisión muy elevada, también hay que tener en cuenta el peso del aire desplazado para obtener el volumen y la densidad correctos.
Principio de Arquímedes
Principio de Arquímedes, ley física que establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un líquido, éste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desalojado. La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio.
El concepto clave de este principio es el ‘empuje’, que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.
Por ejemplo, si un bloque metálico que posee un volumen de 100 cm3 se hunde en agua, desplazará un volumen similar de agua cuyo peso aproximado es 1 N. Por tanto, el bloque parecerá que pesa 1 N menos.
Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si éste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza (y, por tanto, el empuje) es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante. Así, un bloque de madera cuya densidad sea 1/6 de la del agua, flotará con 1/6 de su volumen sumergido dentro del agua, ya que en este punto el peso del fluido desplazado es igual al peso del bloque.
Principio de Arquímedes
Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje. El empuje es igual al peso del fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente —desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.
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Por el principio de Arquímedes, los barcos flotan más bajos en el agua cuando están muy cargados (ya que se necesita desplazar mayor cantidad de agua para generar el empuje necesario).
Además, si van a navegar en agua dulce no se pueden cargar tanto como si va a navegar en agua salada, ya que el agua dulce es menos densa que el agua de mar y, por tanto, se necesita desplazar un volumen de agua mayor para obtener el empuje necesario. Esto implica que el barco se hunda más.
Blaise Pascal (1623-1662), filósofo, matemático y físico francés, considerado una de las mentes privilegiadas de la historia intelectual de Occidente.
Nació en Clermont-Ferrand el 19 de junio de 1623, y su familia se estableció en París en 1629. Bajo la tutela de su padre, Pascal pronto se manifestó como un prodigio en matemáticas, y a la edad de 16 años formuló uno de los teoremas básicos de la geometría proyectiva, conocido como el teorema de Pascal y descrito en su Ensayo sobre las cónicas (1639). En 1642 inventó la primera máquina de calcular mecánica. Pascal demostró mediante un experimento en 1648 que el nivel de la columna de mercurio de un barómetro lo determina el aumento o disminución de la presión atmosférica circundante. Este descubrimiento verificó la hipótesis del físico italiano Evangelista Torricelli respecto al efecto de la presión atmosférica sobre el equilibrio de los líquidos. Seis años más tarde, junto con el matemático francés Pierre de Fermat, Pascal formuló la teoría matemática de la probabilidad, que ha llegado a ser de gran importancia en estadísticas actuariales, matemáticas y sociales, así como un elemento fundamental en los cálculos de la física teórica moderna. Otras de las contribuciones científicas importantes de Pascal son la deducción del llamado ‘principio de Pascal’, que establece que los líquidos transmiten presiones con la misma intensidad en todas las direcciones (véase Mecánica de fluidos), y sus investigaciones sobre las cantidades infinitesimales. Pascal creía que el progreso humano se estimulaba con la acumulación de los descubrimientos científicos.
COMENTARIOS
En este material didáctico, se describe brevemente algunas propiedades de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico entre otras; nuevos principios físicos serán presentados para explicar efectos como la fuerza de flotación, Arquímedes (Boyantes) sobre un objeto sumergido. Dedujimos una expresión para la presión ejercida por un fluido en reposo como una función de la densidad y profundidad. De los ejemplos mas claros y que poco nos percatamos es de la diferencia de densidad en el agua de los ríos y la del mar que por sus componentes al ser mas densa permite con mayor facilidad la flotación de los objetos, y también ratificamos lo experimentado en la practica anterior sobre el submarino a los cambios de densidad de los cuerpos (dentro y en la superficie del agua)
Tarea 3
EXPERIMENTO DEL SUBMARINO
MATERIALES:
1.Una botella de plastico
2.Una globo
3.Un clavo
4.Ligas
5. Monedas
6. Tijeras
7. Popotes
Objetivo:
Describir en forma breve lo que aconteceo en el experimento a si tambien de lo que acontecio asi del porque sube la botella y del porque se sumerge.
Comentario:
Observe que la botella se sumerge cuando no tiene aire, debido al peso de las monedas y cuando inflaba el globo debido a que el aire del globo lo hacia flotar hacia la supurficie del agua.
experimento del submarino
Materiales que utilise:
- Una botella de plastico
- Un globo
- Manguera delgada
- Envase de plumon
- Ligas
- Tigeras
- Clavos
- Rondanas
Objetivo:
El experimento consiste en inflar el globo y colocar la botella en una tina. Veremos que flota el globo. Si se deja escapar el aire del globo, se vera como la botella se sumerge. De lo contrario si se comienza a inflar el globo se vera como la botella se comienza a subir de tal forma que flota.
Comentario:
También se puede explicar por la misma razón por qué los peces flotan:
Estos animales tienen en su interior unos “depósitos” llamados vejigas natatorias, que están llenos de gases. Por esa razón, su densidad es menor que la del agua y pueden flotar, al igual que el submarino y nuestra botella. Mediante un complejo sistema, el pez puede comprimir o expandir los gases de sus vejigas natatorias, variando de esa manera su densidad y conseguir así subir o bajar dentro del agua.
Conclucion:
El submarino se sumerge porque tiene unos depósitos como la botella del experimento, es decir, se llenan de agua aumentando así la densidad del submarino y por lo tanto tiende a sumergirse. Cuando estos depósitos se llenan de aire (como cuando soplamos a través del tubo) disminuye la densidad del submarino y éste tiende a flotar.