Tema 7. Fuerza y presión(12 13)

4,421 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,421
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
102
Actions
Shares
0
Downloads
29
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tema 7. Fuerza y presión(12 13)

  1. 1. Colegio de San Francisco de Paula Dpto. de Ciencias Naturales TEMA 7. Fuerza y presión1. Fuerzas Una chincheta es atraída por un imán, una manzana cae de un árbol debido a la atracciónde la gravedad, una barra de metal puede ser doblada cuando se agarra por los extremos confuerza, un muelle se alarga si un peso se le coloca en uno de los extremos, etc. Los cuerpos interactúan, y estas interacciones provocan cambios en la forma de loscuerpos (deformaciones) o cambios en su estado de movimiento (aceleración). Para medir laintensidad de la interacción entre los cuerpos, los físicos usan una magnitud denominadafuerza. Las fuerzas pueden dividirse en dos tipos: Fuerzas de contacto (ejemplo: fricción) yfuerzas sin contacto (ejemplo: fuerza magnética). Cuanto mayor sea la intensidad de la fuerza, mayor será su efecto. Las fuerzas serepresentan mediante vectores y su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N). 1 N = 1 kg m/s2 La medida de las fuerzas se basa en la medida de las deformaciones (o los cambios en elestado de movimiento) que producen en los cuerpos. Leyes de Newton del movimiento 1ª Ley de Newton o Principio de inercia: “Un cuerpo permanece en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme mientras que no se ejerza ninguna fuerza sobre él”. 2º Ley de Newton o Principio fundamental de la dinámica: “Cuando sobre un objeto actúa una fuerza (F), se produce una aceleración (a) que es directamente proporcional a la magnitud (valor) de la fuerza, e inversamente proporcional a la masa del objeto”. F = m· a 3ª Ley de Newton o Principio de acción y reacción: “Para cada acción hay un reacción igual y opuesta”.2. La fuerza Peso Un cuerpo cercano a la Tierra cae con una aceleración debida a la gravedad (g). Si elcuerpo tiene una masa (m), la fuerza con la que es atraído por la Tierra se denomina peso(Fw). Aplicando la segunda ley de Newton del movimiento obtenemos la fórmula para elpeso: F=m•a Fw = m • g La fuerza denominada peso es vertical y con sentido hacia el centro de la Tierra. El valordel peso de los cuerpos, y consecuentemente también su aceleración por la gravedad,disminuye con la altitud. 1/5
  2. 2. Colegio de San Francisco de Paula Dpto. de Ciencias Naturales La masa es un valor que caracteriza a un cuerpo, pero el peso no, ya que el peso esvariable al depender de la aceleración de la gravedad (g), cuyo valor no es constante,sino que varía en el Universo.3. Presión Podemos definir presión como la fuerza o peso por unidad de superficie. Su expresiónmatemática es: Ejemplo: Los hombres andan por la nieve llevando una especie de raquetas en los pies.Cuanto mayor sea la superficie de las raquetas, menor será la presión que ejerce sobre el sueloy por lo tanto menos se hundirá en la nieve. La unidad básica de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2 3.1. Presión en los líquidos Cualquier sólido encima de una mesa, por ejemplo una manzana, ejerce una fuerza o peso,sobre ella hacia abajo. La mesa soporta a la manzana y realiza una fuerza de sentido contrariohacia arriba (figura a). Las fuerzas que los líquidos realizan sobre el recipiente que locontienen (un vaso, una lata, una botella, etc.) son siempre perpendiculares a las superficiesdel recipiente (figura b). Fuerzas similares se realizan sobre los objetos que son sumergidosen un líquido (figura c). La presión que un líquido ejerce sobre un sólido que se sumerge en él, depende de: La profundidad o distancia que hay hasta la superficie libre del líquido (h). Ejemplo: Los buceadores, al estar dentro del agua, soportan fuerzas perpendiculares a su piel. Mientras no sean muy fuertes estas presiones o fuerzas (zona cercana a la superficie), los buceadores las soportan bien. Sin embargo, al bajar a grandes profundidades, la presión incrementa y puede ser peligroso para el buceador. La densidad (d) del líquido. Cuanto mayor sea la densidad, mayor será la masa por unidad de volumen y por tanto la fuerza sobre un sólido sumergido es también mayor. Fuerza peso m· g d ·V · g d · h· S · g d = m/v P d · h ·g S S S S 2/5
  3. 3. Colegio de San Francisco de Paula Dpto. de Ciencias Naturales4. Principio de Pascal: Prensa Hidráulica Blaise Pascal (1623-1662) fue un filósofo, matemático y físico,considerado una de las grandes mentes de la historia intelectualoccidental. Sus contribuciones a la ciencia incluyen la formulacióndel principio de Pascal, cuyo enunciado es: La presión ejercida sobre un punto cualquiera de un líquido se transmite a través del líquido con la misma intensidad en todas direcciones. La prensa hidráulica es una máquina muy antigua. Sin embargo, es todavía de gran utilidaden nuestros días. Su funcionamiento está basado en el Principio de Pascal: F1 · F2 F1 · S 2 P1 ; F2 S1 S2 S1 Ejemplo 1: Gato hidráulico. Ejemplo 2: Una aplicación del principio de Pascal con menor utilidad, pero no por ellomenos interesante, es hacer que se rompa la base de una botella. Si la botella está llena deagua hasta arriba, entonces cualquier presión realizada sobre el agua se transmite sindisminuir hacia el fondo de la botella, cuya área es mayor. La fuerza, por tanto, puede hacersaltar el fondo de la botella.5. Fuerzas de los gases en equilibrio: Presión atmosférica. Un florero ejerce una presión sobre la mesa en el que se encuentra situado (sentido haciaabajo). El líquido en el floreo ejerce una presión sobre las paredes del mismo. Sin embargo,un gas contenido dentro de un globo ejerce una presión en todas las direcciones, tambiénhacia la superficie superior del globo. Debido a que los gases tienen masa y peso, ejercenpresión sobre los cuerpos, y éstas se manifiestan en todas las direcciones. A la presión que sentimos y que actúa sobre nuestro cuerpo y sobre la Tierra, la llamamospresión atmosférica, y es debida a los gases de la atmósfera. Cuanto a más altitud se encuentra un cuerpo, menos cantidad de aire hay encima de él, porlo que la presión sobre él será menor. Las variaciones de presión en el aire son mucho mássuaves que en los líquidos, debido a que la densidad del aire es mucho más pequeña que la delos líquidos. Fue Torricelli, alumno de Galileo, el primero en ingeniarse un método paramedir la presión atmosférica. 3/5
  4. 4. Colegio de San Francisco de Paula Dpto. de Ciencias Naturales A nivel del mar, la presión atmosférica equivale a la presión que ejerce una columna demercurio de 76.0 cm de altura. Esta nueva unidad de presión se denomina atmósfera. Unaatmósfera equivale aproximadamente a una fuerza de 10.1 N ejercida por cada cm 2 desuperficie. Otra unidad de medida de presión, frecuentemente utilizada en meteorología, es elbar. 1 atmósfera = 1.013 bar = 1013 mb. La presión atmosférica se mide con un instrumento denominado barómetro. Losmanómetros son instrumentos que miden la presión de los gases encerrados en recipientes(ejemplo: el aire de las ruedas de un coche).6. Teorema de Arquímedes Cualquier cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al pesodel fluido desalojado. El balance hidrostático es un balance para pesar cuerpos en el agua. Nos ayuda a probarexperimentalmente que el Teorema de Arquímedes se cumple. Si primero pesas un cuerpo enel aire y después lo sumerges en agua, podrás averiguar su peso específico aplicando lasiguiente fórmula: Peso en el aire = Peso específico Peso en el aire – peso en el agua¿Cuándo un cuerpo se hunde y cuándo flota en un líquido?Coge cualquier sólido y colócalo en un cubo con agua. Cuando lo sueltes, ocurrirá una deestas posibilidades:El cuerpo se hunde - Debido a que su peso (Fw) es mayor que el empuje (E) del agua.El cuerpo se sumerge – Debido a que su peso (Fw) es igual al empuje (E) del agua.El cuerpo flota – Debido a que su peso (Fw) es menor que el empuje (E) del agua. ¿Por qué flotan los barcos? El matemático e inventor griego Arquímedes vivió durante el siglo III aC. Según la historia, estaba en el baño pensando como averiguar si una estatua estaba hecha solo de oro puro, cuando un día se dio cuenta que ha medida que se sumergía en la bañera, el agua desplazada por su cuerpo rebosaba por ambos lados de la bañera. De esta forma comprendió como medir el volumen de cualquier cuerpo irregular, y así ser capaz de calcular la densidad de la estatua de oro para conocer su pureza. Se cuenta que corrió desnudo por las calles gritando "Eureka” (lo encontré). El había descubierto la razón por la que los grandes barcos griegos que pesaban toneladas podían flotar en el agua. 4/5
  5. 5. Colegio de San Francisco de Paula Dpto. de Ciencias Naturales Problemas Tema 7. Fuerza y presión1.- ¿Cuál es la densidad, en el S.I, de un barco si tiene un volumen de 500 cm3 y su masa esde 200 toneladas? ¿Cuál es su peso específico?2.- Calcula la presión que ejerce sobre la base de un depósito cilíndrico de agua, si su basetiene un radio de 40 cm y contiene 0.5 m3 de agua pura. g = 10 m/s2.3.- Determina la presión, en Pascal, que ejerce un cubo de plomo de 64 cm3 sobre el suelo enel que está. Densidad del plomo: 18 g/mL; un lado del cubo mide 40 mm; g = 10 m/s2.4.- Determina la superficie, en m2, de la base de un monumento de 30 toneladas si la presiónque se ejerce sobre su base es de 25 N/cm2. Calcular los metros que tiene cada lado de dichapeana si es un cuadrado perfecto.5.- Si una atmósfera es 1013 milibares y un bar es 1000 milibares, ¿cuántas atmósferasmedirá la presión del aire dentro de una rueda si con el manómetro marca 2 bares?6.- ¿Cuántas atmósferas será la presión del aire que hay sobre Sevilla si al mirar el mapameteorológico pasa por dicha ciudad una isobara que marca 1040 milibares?7.- Calcular la presión, en el S.I, que ejerce un cuerpo de 0.5 toneladas sobre el suelo si subase es un cuadrado perfecto de 30 cm de lado.8.- Si el aire encerrado en una rueda es de 3 atm, ¿cuántos bares marcará el manómetro?9.- Calcular la presión, en el S.I, que soporta un buzo cuando se encuentra a 5 m deprofundidad. Densidad del agua es 1.1 g/cm3.10.- Calcular la presión que ejerce un monumento de 30 toneladas si su base es un rectángulode 20 dm de largo y 1.5 m de ancho. g = 10 m/s2.11.- Calcular el volumen de agua que contiene un depósito de forma cilíndrica, la base tieneun diámetro de 100 cm. La presión que hace sobre el suelo es de 0.01 N/mm2. g = 10 m/s2.12.- Sobre las Islas Azores, el mapa meteorológico marca una isobara de 1012 mb mientrasque sobre Sevilla es de 1028 mb. Calcular la diferencia de presión atmosférica (en atm) quehay entre estos dos puntos.13.- Calcular la presión, en N/dm2, que ejerce un trípode sobre el suelo el cual sostiene unacámara de 2000 g de masa. El peso del trípode solamente es de 20 N. La base de cada patatiene una forma rectangular que mide 4.2 cm de largo y de ancho la tercera parte que de largo.14.- Una bañera contiene 0.5m3 de agua pura. ¿Cuál es la presión que ejerce sobre lasuperficie del fondo si ésta mide 1m2?15.- Un niño se mete en una piscina, desalojando un peso de agua de 300 N. ¿Cuál es elempuje que recibe? ¿Qué masa tiene el chico?16.- Un cuerpo de 10 kg de masa desaloja 5 litros de agua. Si la densidad del agua es 1.2g/mL, ¿flotará el cuerpo cuando se introduzca en dicho fluido? 5/5

×