Estados básicos de la materia

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Cuatro de los estados de la materia desde el punto de vista de Física. No se consideran los estados que han sido añadidos actualmente.

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Estados básicos de la materia

  1. 1. Los estados de la materia Prof. Elba M. Sepúlveda
  2. 2. Introducción <ul><li>Existen 4 estados de la materia </li></ul><ul><ul><li>Sólido – las partículas están más cercanas y en posiciones fijas con respecto a las otras </li></ul></ul><ul><ul><li>Líquido- las partículas están muy cerca pero pueden cambiar sus posiciones con relativa facilidad </li></ul></ul><ul><ul><li>Gas- caracterizado por el movimiento al azar de las partículas que están muy separadas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Plasma- estado de alta temperatura en el que los átomos son separados en electrones e iones positivos o núcleos. </li></ul></ul>
  3. 3. Plasma
  4. 4. Punto donde los tres estados de la materia pueden interaccionar
  5. 5. fluído <ul><li>Cualquier material que se mueve y ofrece poca resistencia a un cambio en su forma. </li></ul><ul><li>Cuando está bajo presión transmiten presión enteramente a través del fluido </li></ul><ul><li>Fluido ideal- no se puede comprimir y no hay fricción interna entre sus partículas. </li></ul>
  6. 6. Principio de Pascal <ul><li>Establece que la presión que se aplica a un fluído en cualquier punto se transmite enteramente a través del fluído </li></ul><ul><li>Aplica a máquinas que utilizan fluídos para multiplicar su fuerza </li></ul><ul><ul><li>Ejemplos: asensores, máquinas de remoción de terreno, camiones y otros </li></ul></ul>
  7. 7. Principio de Pascal <ul><li>Si un fluído se encuentra entre dos cámara conectadas. </li></ul><ul><li>Se ejerce una fuerza F 1 sobre el pistón que empujará el fluído entonces esta fuerza actuará sobre una área de superficie A 1 . </li></ul><ul><li>La presión ejercida es: </li></ul><ul><li>P=F/A </li></ul>
  8. 8. Tabla de presiones típicas
  9. 9. Ejemplo #1: Calculando la presión <ul><li>Un típico estudiante de escuela superior pesa 725N y usa unos zapatos que tocan el piso con un área superficial de 412 cm 2 </li></ul><ul><li>A) ¿Cuál es el promedio de la presión que le hacen los zapatos al piso? </li></ul><ul><li>B) ¿Cómo esta respuesta puede cambiar la forma en que se puede parar sobre un solo pie? </li></ul>
  10. 10. Solución #1 <ul><li>A) p = F/A = 725N / 0.0412 m 2 </li></ul><ul><li>= 1.76 X10 4 N/m 2 = 17.6 kPa </li></ul><ul><li>B) p = F/A = 725N / 0.0206 m 2 = </li></ul><ul><li>= 3.52 X10 4 N/m 2 = 35.2 kPa </li></ul><ul><li>La misma fuerza puede crear grandes presiones. Si una mujer le pone todo el peso al taco de su zapato, la presión ejercida puede exceder de un millon de pascales. </li></ul>
  11. 11. Demostraciones <ul><li>La presión atmosférica no tiene ningún efecto sobre la forma del envase </li></ul>
  12. 12. Problema #2: Sistema hidráulico <ul><li>En el siguiente diagrama se le aplica una fuerza de 50N sobre el pistón pequeño. El área transversal del pistón pequeño es de 5X10 -1 m 2 (0.5m 2 ) </li></ul><ul><li>¿Cuál es la magnitud del peso que puede soportar el pistón grande cuya área es de 1m 2 ? </li></ul>
  13. 13. Solución #2 <ul><li>P 1 =P 2 </li></ul><ul><li>(F 1 /A 1 ) = (F 2 /A 2 ) </li></ul><ul><li>F 2 =(A 1 F 2 /A 2 ) </li></ul><ul><li>F 2 = (1m 2 ) (50N)/(0.5 m 2 ) = 100N </li></ul><ul><li>F 2 = 100N </li></ul>
  14. 14. Presión y área… <ul><li>La presión en el piso bajo el taco del zapato de una mujer puede ser mayor que la fuerza bajo la pata de un elefante. </li></ul>
  15. 15. Ejemplo #3 <ul><li>Un cilindro sólido de 75 kg tiene 2.5 m de largo tiene un diámetro de 5 cm. Si se puede sostener de un extremo determina cuanta presión está aguantando? </li></ul>
  16. 16. Solución #3 <ul><li>P= F/A = (mg)/(  r 2 ) </li></ul><ul><li>(75 kg ) (9.81m/s 2 )/(3.14)(0.025m) 2 </li></ul><ul><li>(75 kg) (9.81 m/s 2 ) /  (0.025m) 2 </li></ul><ul><li>374 kPa </li></ul>
  17. 17. Principio de Arquímides <ul><li>Un objeto sumergido en un fluído es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluído que desplaza el objeto. </li></ul>
  18. 18. Peso de un objeto… <ul><li>Sin sumergir: </li></ul><ul><li>La fuerza boyante no depende del objeto sumergido, sino del peso del fluído desplazado. </li></ul><ul><li>Sumergido </li></ul>
  19. 19. Fuerza boyante <ul><li>Es el resultado de la fuerza neta que ejerce el agua hacia arriba cuando un objeto se sumerge </li></ul>
  20. 20. Fuerzas que actúan <ul><li>W neto = W fuera - F boyante </li></ul><ul><li>F boyante = V  agua  g </li></ul>
  21. 21. Fuerza del fluído <ul><li>La fuerza de un fluido sobre un objeto sumergido es perpendicular a la superficie del objeto. </li></ul><ul><li>La fuerza del fluido en las paredes del envase es perpendicular en todas las paredes y en todos los puntos. </li></ul>
  22. 22. Tabla de densidades comunes
  23. 23. Ejemplo #4 <ul><li>Un pedazo de aluminio cuyo volumen es de 1.5 cm 3 es sumergido en agua. La densidad del aluminio es de 2.7 X10 3 Kg/m 3 </li></ul><ul><li>A) ¿Cuál es la magnitud de la F boyante que actúa sobre el aluminio? </li></ul><ul><li>B) ¿Cuál es el peso neto del cuerpo? </li></ul>
  24. 24. Solución #4 <ul><li>A) V alum = 1.5 cm 3 = 1.5 X 10 -6 m 3 </li></ul><ul><li> alum  = 2.7 X10 3 Kg/m 3  agua =1 X10 3 Kg/m 3 F boyante = V obj  agua g </li></ul><ul><li>F b = (1.5 X 10 -6 m 3 ) (1 X10 3 Kg/m 3 ) (9.81 m/s 2 ) </li></ul><ul><li>F b = 0.015 N </li></ul><ul><li>B) W neto = W fuera - F boyante </li></ul><ul><li>=  alum V alum g – F b </li></ul><ul><li>(2.7 X10 3 Kg/m 3 )(1.5 X 10 -6 m 3 )(9.81 m/s 2 ) –(0.015N) </li></ul><ul><li>0.04N – 0.015N = 0.025N </li></ul><ul><li>W neto = 0.025 N= 2.5X10 -2 N </li></ul>
  25. 25. Ejemplo #5 <ul><li>Un bote de 42Kg de masa flota en un lago </li></ul><ul><li>A) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza boyante? </li></ul><ul><li>B) ¿Cuál es el volumen de la parte sumergida del bote? </li></ul>
  26. 26. Solución #5 <ul><li>A) F boyante = W = mg = </li></ul><ul><ul><li>=(42 kg) (9.81 m/s 2 )= 412 N </li></ul></ul><ul><li>B) V=F boyante /  g </li></ul><ul><ul><li>=(412N)/(1X10 3 kg/m3)(9.81 m/s 2 ) </li></ul></ul><ul><ul><li>=4.20 X 10 -2 m 3 </li></ul></ul>
  27. 27. Principio de Bernoulli <ul><li>A medida que la velocidad de un fluido aumenta la presión ejercida por el fluído disminuye </li></ul>
  28. 28. Principio de Bernoulli
  29. 29. Ejemplo #6 <ul><li>Las dimensiones de una cama de agua son 2.13m X 1.52 m X 0.38 m. Si la moldura (frame) tiene una masa de 91 Kg y el matress está lleno de agua, ¿qué presión le hace al piso? </li></ul>
  30. 30. Solución #6 <ul><li>A=(2.13 m)(1.52 m) = 3.24m 2 </li></ul><ul><li>V= (2.13 m)(1.52 m) (0.38 m) = 1.23 m 3 </li></ul><ul><li>V=  V = (1X10 3 kg/m3)(1.23 m 3 ) = </li></ul><ul><li>1.23 X 10 3 kg </li></ul><ul><li>m tot . = 1.23 X 10 3 kg + 91.0 kg=1.32X10 3 kg </li></ul><ul><li>W= mg = (1.32X10 3 kg) (9.81 m/s 2 ) </li></ul><ul><li>= 1.29 X 10 4 N </li></ul><ul><li>P= W/A= 1.29 X10 4 N/ 3.24 m 2 </li></ul><ul><li>4X 10 3 Pa </li></ul>

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