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AREA: CIENCIAS NATURALES ASIGNATURA: FISICA

DOCENTE: ERIC ARRIETA GRADO: UNDECIMO

Nombre: _____________________________ Grupo: _________ Guía No: 4

Competencias Interpreta la física de los fluidos tanto en movimiento como en reposo, y su aplicación a los principios de Blaise Pascal y Arquímedes, según los principios de la mecánica de fluidos en sus cuatro categorías específicas: hidrostática, hidrodinámica, neumática, hidráulica, y resuelve problemas al respecto.

Objetivos: identifica las leyes y principios generales de la hidromecánica, aplica los principios fundamentales de la mecánica de fluidos en el análisis del equilibrio y movimiento de los fluidos, Enuncia los principios de Pascal y Arquímedes

HIDROSTATICA

En alguna ocasión, habrá la oportunidad de ver a enormes barcos, transportando una gran carga, o deslizar a veloces lanchas sobre la superficie del agua. Alguna vez se pregunto:

¿Cómo es posible que ocurra ello, si los barcos están fabricados de acero y otros materiales de mayor densidad que el agua?, ¿por qué no se hunden dichos cuerpos?

Estos y otros fenómenos pueden ser explicados si tenemos conocimientos sobre hidrostática. ¿Qué estudia la hidrostática?

Estudia a los fluidos en reposo.

¿Qué es un fluido?

Es una sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas. Por lo tanto llamamos fluido a los líquidos y los gases.

Analicemos, la interacción entre el ladrillo de 24N y la base que lo sostiene.

Se observa:

En el caso I la fuerza normal se divide entre 6 unidades de área, por

lo tanto la fuerza sobre cada uno de ellos es 4N.

En el caso II la fuerza por cada unidad de área es 8N. Por lo tanto, podemos afirmar que: cuando mayor es la superficie de contacto, la fuerza normal por cada unidad de área es menor.

)

10cm

(II

)

10cm

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A la distribución uniforme de la fuerza normal por

cada unidad de área en una determinada superficie se

denomina PRESIÓN.

¿Los Líquidos ejercen presión?

¡Si!. Analicemos la interacción entre el líquido contenido en un tubito ideal y la base que lo sostiene.

La fuerza de gravedad que actúa sobre el líquido en reposo se compensa con la fuerza normal, luego dicha fuerza en la pequeña área (ΔA) origina una presión denominada. Presión Hidrostática (PH):

.......... ....( )

HBα

Pero en el tubito en equilibrio.

mg PHBβ

En (α):.......... ....( )

FN = mg

De la densidad del líquidom V

ρ = ⇒ = ρ

L L

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En volumen: V = ΔA x h

x Ahg

HΔ

En (β): A B

⇒

PHidrostática = ρLgh

ρL: densidad del líquido

H : profundidad

¿Los lìquidos ejercen presión sólo en el fondo?

¡No! Los fluidos ejercen presión sobre todas las paredes en contacto con dicho fluido y su valor, en el caso de los líquidos depende de la profundidad, pero en los gases es el mismo en todos los puntos.

Liq

. Gas

✪ Observación:

1. Si hacemos tres agujeros a diferente nivel de la parte lateral de un recipiente, comprobamos que la presión hidrostática depende de la naturaleza del líquido y de la profundidad como se observa en la figura anterior.

La presión hidrostática se

incrementa con la profundidad

P3 > P2 > P1

2. Consideramos a dos puntos dentro de un líquido de densidad ρL. hA

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La diferencia de presiones:P P g (h hA)

− = ρ −

B A L B

ΔP = ρLgΔh

Ley fundamental de la Hidrostática

Todos los puntos pertenecientes a un mismo líquido en reposo, que se

encuentren al mismo nivel soportan igual presión

hidrostática.

Aplicación: VASOS COMUNIANTES:

La presión hidrostática no depende de la forma del

recipiente.

Debido al hecho de que la presión en un fluido solo

depende de la profundidad, cualquier aumento de la

presión en la superficie se debe transmitir a cualquier

punto en el fluido. Esto lo observo por primera vez el

científico francés Blaise Pascal (1623-1662) y se conoce como la Ley

de Pascal.

TRANSMISIÓN DE LA PRESIÓN POR LOS LÍQUIDOS Y GASES (LEY DE PASCAL)

A diferencia de los sólidos, capas aisladas y pequeñas partículas de los líquidos y gases pueden desplazarse libremente una respecto de las otras por todas las direcciones. La movilidad libre de las partículas de gas y de líquido es la causa de que la presión, que sobre ellos ejerce, sea transmitida no solo en el sentido en que actúa la fuerza, como sucede en los sólidos, sino que en todas las direcciones.

“Un gas o líquido transmite sin

alteración y en todas las direcciones

la presión ejercida sobre el”.

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Aplicación: PRENSA HIDRÁULICA

Una fuerza F1 al actuar sobre el pistón de área A1 comunica al líquido una

presión; esta presión se transmite a través del líquido hasta un pistón de área A2

(A2 > A1). Como la presión comunicada es la misma.

Los frenos hidráulicos en los automóviles, rampas,

gatos hidráulicos, entre otros utilizan este principio.

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ACTIVIDAD 1

1) Determine la presión que ejerce el sólido al apoyarlo sobre la cara (1)

y la cara (2)

(m=20kg;

g=10m/s²).

d) 32 e) 8

12 35

5) Determine la presión en los puntos “A” y “B” si Pc = 25kPa (g=10m/s²).

a) 25KPa; 35KPa

a) 1200Pa b) 1250 c) 1250 4800Pa 4000 4500

d) 1250 e) 1300

b) 20KPa; 30KPa c) 20KPa; 32KPa d) 15KPa; 27KPa e) 10KPa; 25KPa

agua

C B

0,5m 0,7m

5000 5200

2) Determine la presión que ejerce el bloque de 100N que se muestra, apoyado en el plano inclinado.

6) El barómetro de un avión indica una presión atmosférica de 75KPa. Determine a que altura se encuentra el avión si al nivel del mar PATM=100KPa. (ρaire = 1,25Kg/m³).

a) 4KPa b) 5

c) 6

d) 7

e) 8

10cm

37°

10cm 25cm

a) 200m b) 2000 c) 20000 d) 4000 e) 8000

3) Determine la presión en el fondo del recipiente y la fuerza que ejerce el fluido a la parte superior del corcho. (Acorcho=10cm²).

a) 20KPa; 19,5N

7) Determine la columna de agua por encima del punto “A”, si el fluido (2) es mercurio. (ρHg=13,6g/cm³)

a) 68cm

b) 20KPa; 19,95N c) 25KPa; 19,80N d) 35KPa; 19,75N e) 45KPa; 21,35N

A 5cm

agua

b) 680 c) 13,6 d) 136 e) 50

A (2) 5cm ∙

(1) AGUA

4) Determine las presiones en el punto “A” y “B”, para el tanque que se muestra.

8) En la prensa hidráulica, los pistones son de masa despreciable y sus áreas están en relación de 1 a 10. Calcular la masa del bloque que puede sostener la fuerza F=10N aplicada en el pistón pequeño.

aceiteρaceite = 0,8 g/cm3

a) 1kg

B agua

a) 12KPa b) 12 c) 20 2KPa 20 12

b) 4 c) 6 d) 8 e) 10

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9) Para el sistema mostrado, determine la fuerza adicional que se debe aplicar en (1) para mantener al bloque de 200kg, estático. (g=10m/s²)

13) En la figura se muestra una prensa hidráulica en equilibrio. Se sabe que A1=30cm2; A2=120 cm2. ¿En qué relación debe encontrarse las fuerzas F1 ∧ F2 para mantener el equilibrio?.

a) 1/4

a) 2N b) 5 c) 10 d) 20 e) 50

A1=5cm²

MOTOR

)

b) 1/3 c) 1/2 d) 1/5 e) 1/6

F1 F2 aceite

(1)

14) Del problema anterior calcular la fuerza necesaria aplicar al embolo “A” para mantener el equilibrio.

10) Los bloques “A” y “B” que se muestran son de 20kg y 80kg respectivamente y además A2=5A1. Determine la tensión en la cuerda. (g=10m/s²).

a) 25N

a) 100 N b) 200 c) 250

d) 300 e) 350

15) Del gráfico calcular el peso del auto F = 600N si

b) 30

c) 35

d) 45

e) N.A.

A B

(1) (2) A2 = 5A1

A1=20cm2, A2=300cm2el sistema está en equilibrio

a) 10 KN

b) 20

11) Calcular en cuanto se incrementas la presión en el punto “B”. (F = 100 N)

c) 30 d) 40

A1 A2

a) 100 Pa b) 200

c) 300

d) 400

e) 500

F A

área =0,2m2

área =0,6m2

agua

e) 50

12) Calcular la fuerza que debe aplicarse en el embolo “B” para que el sistema se encuentre en equilibrio (del problema anterior).

a) 100 N b) 200 c) 300

d) 400 e) 500

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ACTIVIDAD 2

1) Determine la presión que ejerce el ladrillo de 3kg al apoyarlo sobre su cara (1) y la cara (2) (g=10m/s²).

a) 400Pa b) 500 c) 600 1200Pa 1500 1800 d) 700 e) 800

2100 2400

5) Un buzo se encuentra a 50m de profundidad y además PATM = 100kPa. Determine la presión que actúa sobre dicho buzo, en N/cm². (DAGUA MAR=1,2g/cm² g=10m/s²).

a) 50 b) 70 c) 80 d) 90 e) 100

6) Determine la presión en el punto “B” si en “A” la presión es 40kPa. (ρLIQ=0,8g/cm²).

10cm

cara(1)

cara(2)

20cm

a) 24kPa b) 25

c) 26

d) 28

e) 40

∙ B

∙1,5m ∙ A

∙

30cm

2) Determine la presión que ejerce el bloque de 10kg, sobre la superficie del plano inclinado (g=10m/s²).

A=20cm

7) Determine la altura de la columna de mercurio por encima del punto “A” si el fluido (1) es alcohol (ρalcohol=0,68g/cm²).

a) 30KPa b) 40kPa c) 50kPa d) 60kPa e) N.A.

37º

a) 4cm b) 3

c) 2

d) 1

e) 0,5

(1)

80cm

3) Determine la presión que ejerce el fluido en el fondo y la fuerza hidrostática que actúa sobre la moneda de 4cm² de área.

a) 4KPa; 3N

b) 6KPa; 3,1N

8) En la prensa hidráulica los pistones son de masa despreciable y sus áreas están en relación de 1 a 20. Calcular la masa del bloque que se puede sostener con

c) 6KPa; 3,2N d) 8KPa; 3,2N e) 9KPa; 4,2N

0,8m

AGUA

la fuerza F=40N aplicada en el pistón pequeño. F

a) 80kg

4) Determine la presión que actúa en el fondo del recipiente, si además:

PATM=100KPa. (ρaceite =0,75 g/cm³).

a) 110KPa

b) 70 c) 60 d) 50 e) 40

b) 112 c) 114 d) 116 e) 118

ACEITE 0,8m

1,2m

AGUA

9) Para el sistema mostrado, calcular la fuerza adicional que se debe aplicar en (1) para mantener en equilibrio el sistema, si mbloque=500kg (g =10m/s²).

a) 5N

b) 6

A1=4cm²

A =2000cm²

(2)

c) 8

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e) 90

d) 10

e) 15

10) Los bloques “A” y “B” que se muestran en la figura son de 30kg y 90kg respectivamente y además

A2=5A1. Determine la tensión en la cuerda que une los bloques (g=10m/s²) .

14) Del problema anterior calcular la fuerza necesaria aplicar al émbolo “A” para mantener el equilibrio.

a) 100 N b) 140 c)

180 d) 200 e) 240

15) Del grafico mostrado calcular el peso del auto F = 100 ; Si A1 = 2cm2 ∧ A2 = 5cm2. El sistema está en

a) 100 N b) 150

c) 200

d) 250

e) 300

A B (1) (2)

equilibrio.

a) 10 KN b) 20

c) 30

d) 40

e) 50

A1 A2 agua

11) En el sistema mostrado calcular la relación en la que se encuentra FA y FB para que el sistema se encuentre en equilibrio. A2 = 6A1.

FA FB

Criterios a tener en cuenta:

1. Cognitiva : realización de todas las

actividades en forma correcta

2. Procedimental: realización y presentación en el cuaderno de las actividades

a) 1/3 b) 1,2 c) 1/5 d) 1/6 e) 1/4

A2 A1 aceite

3. Actitudinal: presentación de las actividades en el tiempo requerido

Lema. “A quien todo lo pierde todavía le queda DIOS”

12) Del problema anterior que valor tendrá “FB” si “FA” = 300N.

a) 1,8 KN b) 2,4 c) 3,2 d) 4,5 e) 3,6

13) En el sistema mostrado se ha colocado un bloque de 700 N sobre el embolo “B”. ¿En cuánto se incrementa la presión en el fondo del recipiente? (A1 =2m2 ; A2 = 10m2)

Instrucciones: Leo mentalmente la guía de trabajo, pienso y analizo el contenido dado.

Las conclusiones de las actividades deben ser realizadas en el cuaderno colocando la respectiva fecha y debe ser fotografiada y enviada al siguiente correo prof.eric.fisic24@gmail.com

a) 50 Pa b) 60

c) 70

d) 80

A B

A1 A2 H2O

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Debajo del agua podemos elevar con facilidad una piedra que con dificultad elevaríamos fuera de ella, en tierra. Si sumergimos un corcho en el agua y lo soltamos allí, este emergerá. ¿Cómo se pueden explicar estos fenómenos?

Como ya sabemos, un líquido presiona sobre el fondo y contra las paredes del recipiente, y si en el introducimos un cuerpo cualesquiera, éste también estará sometido a dicha presión.

Examinemos las fuerzas debido a la presión por parte de un líquido sobre un cuerpo sumergido. Con el fin de que el análisis sea más sencillo elijamos un cuerpo en forma de paralelepípedo.

F3 F2

Las fuerzas que actúan en las caras laterales son iguales y se

F P A =

⎭⎬⎫

1 1

equilibran, por el efecto de estás fuerzas el cuerpo solo se

F P A > 4 2F F

comprime. Pero las fuerzas que actúan en las caras superior e inferior del cuerpo no son iguales:

4 1

Por esta razón el cuerpo es empujado con una fuerza resultante (F4 - F1) denominada empuje del líquido (ELiq). En general:

Eliq = ρliq * g * Vsumerg

ELiq

“Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un

fluido experimenta una fuerza por parte de dicho

fluido denominado empuje”.

Características del empuje:

- Actúa en el centro de gravedad del volumen sumergido.

- En un líquido está dirigido hacia la superficie libre y es perpendicular a las isóbaras. - Su valor también es igual a la fuerza de gravedad del volumen del líquido desalojado por el cuerpo.

ELiq

Para el líquido desalojado:

FGLiquido = mliq.desaloj. * g = ρliq. * Vliq.desaloj. *g

desalojado

Pero:

Vliq.desaloj. = Vsumerg.

∴→FGLiquido = ρliq. *Vsumerg. *g............

desalojado

Entonces:

FGLiquido = ELiq. desalojado

Observaciones:

1. Cuando un cuerpo está sumergido en dos o más líquidos de diferentes densidades experimente la acción de un empuje resultante.

A ET = EA+EB+EC

C ET

2. Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta una pérdida aparente de peso.

Dinamometro

WAparente = WReal – E

ACTIVIDAD 1

1) Un cuerpo cilíndrico de 2m³ está sumergido hasta sus 3/4 partes. Determine el empuje que experimenta de parte del agua. (g=10m/s²).

a) 10KN b) 15 c) 20

d) 25 e) 30

2) En el problema anterior, el cilindro tiene una altura de 80cm. Determine a qué distancia del fondo del cilindro actúa el empuje hidrostático.

a) 10cm b) 20 c) 30

d) 40 e) 50

6) Un bote de 3m³ de volumen, flota con la tercera parte de su volumen sumergido ¿Cuántas personas de 50kg cada una, podrán subirse en dicho bote, sin que éste sosobre? (g=10m/s²).

a) 20 b) 30 c) 40

d) 50 e) 60

7) Determine el empuje que experimenta el cuerpo que se muestra (ρ1 = 800kg/m³; ρ2=1200kg/m³).

3) El cuerpo que se muestra en la figura tiene un volumen de 4m³. Determine el valor del empuje hidrostático y la masa de dicho bloque (g=10m/s²).

a) 102KN b) 104

c) 108

d) 110

2m ³

8m ³

(1) (2)

a) 20KN; 2000kg b) 25KN; 2500kg c) 30KN; 3000kg d) 35KN; 3500kg e) 40KN; 4500kg

agua

e) 112

8) El cuerpo que se muestra en la figura tiene un volumen de 9m³. determine el empuje que experimenta de parte de los líquidos (ρ1=0,75g/cm³;

4) El cuerpo que se muestra en la figura tiene un volumen de 6m³. Determine el valor del empuje hidrostático.

a) 10KN

ρ2 = 1,5g/cm³).

a) 105KN b) 100

c) 95

d) 90

1m 2m

(1)

b) 20 c) 30

e) 85

(2)

d) 40 e) 50

agua

9) Un cuerpo tiene una densidad de 0,9g/cm³. Si se sumerge en agua ¿Qué fracción de su volumen quedará sumergido?

5) El cuerpo cilíndrico que se muestra en la figura flota con las características que se dan. Determine el valor de la fuerza “F” necesaria para sumergirlo completamente (g=10m/s²).

a) 5000N

a) 0,5 b) 0,6 c) 0,8

d) 0,9 e) Todo

10) Un cuerpo tiene una densidad de 1,2g/cm³ y se sumerge en un líquido cuya densidad es 1,5g/cm³

b) 10000N c) 15000N d) 20000N e) 30000N

1m ³

3m³

¿Qué fracción de su volumen quedará por encima del nivel del líquido?

a) 1/5 b) 1/6 c) 2/5 d) 1/3 e) 3/8

11) Un objeto de 7m3se suelta en el agua quedando 6m3 por encima del nivel del agua. Calcular el empuje que experimenta.

a) 10 KN b) 20 c) 30

d) 60 e) 70

12) Un cuerpo de 0,3 m3 de volumen se introduce completamente en agua. ¿Qué empuje recibiría por parte del agua? (g = 10 m/s2)

a) 2 KN b) 1 c) 3

d) 1,5 e) 2,5

13) Del problema anterior, se pide averiguar la fuerza que es necesario aplicar contra dicho cuerpo para mantenerlo sumergido, si se sabe que su peso es de 2000 N.

a) 1 KN b) 2 c) 0,5

d) 1,5 e) 0,7

14) Un bloque de metal se sumerge completamente en agua, de modo que al “asentarse” en el fondo lo hace

ACTIVIDAD 2

1) n cuerpo de 4m³ está sumergido en agua hasta sus 4/5 partes. Determine el empuje que experimenta dicho cuerpo.

a) 30KN b) 32 c) 34

d) 36 e) 40

2) En el problema anterior el cuerpo es cilíndrico con una altura de 60cm. Determine a que distancia del fondo del cilindro se ubica el centro de empuje.

a) 24cm b) 26 c) 30

d) 36 e) 48

3) El cuerpo que se muestra en la figura tiene un volumen de 3m³. Determine el empuje que experimenta de parte del agua.

a) 20KN

herméticamente, desalojando todo líquido. Si su volumen es de 5m3. ¿Qué empuje experimenta? (g = 10 m/s2)

a) 4 KN b) 3 c) 2

b) 22 c) 24 d) 26 e) 30

d) 1 e) cero

15) Un cuerpo de 140 N de peso y densidad 2000 kg/m3 se sumerge completamente en agua. Se pide determinar la lectura del dinamómetro. (g = 10 m/s2)

4) El cuerpo que se muestra flota con 0,5m³ fuera del agua. Determine el empuje que experimenta y la masa de dicho cuerpo (g=10,m/s²)

a) 10KN; 1000kg

a) 30 N b) 40

c) 50

b) 12KN; 1200kg c) 15KN; 1500kg d) 20KN; 2000kg e) 25KN; 2500kg

d) 60 e) 70

5) Un cuerpo flota manteniendo 2m³ fuera del agua, como se muestra. Determine el valor de “F” para sumergirlo completamente (g=10m/s²).

agua

a) 10 KN b) 20 KN

c) 30 KN

d) 40 KN

e) 50 KN

3m ³

6) Un bote de 2m² de volumen, flota con 2/5 de su volumen sumergido. Determine cuántas personas de 50kg podrán subirse al bote sin que éste sobre. (g=10m/s²).

a) 20 b) 22 c) 24

a) 10 KN b) 30 c) 60

d) 70 e) 80

12) De la figura mostrada calcular el empuje que experimenta el cuerpo.

d) 26 e) 28

7) Determine el empuje que experimenta el cuerpo que se muestra en la figura. (ρ1=0,8g/cm³; ρ2 =2g/cm³)

a) 10 KN b) 20

c) 30

d) 40

e) 50

V = 1m3

H2O

a) 90 KN b) 92

c) 94

d) 96

e) 100

(1) (2)

1,5m ³

4m ³

13) Un cuerpo de 0,2 m3 de volumen se introduce completamente en agua. ¿Qué empuje recibiría por parte del agua? (g = 10 m/s2)

a) 2 KN b) 1 c) 3 d) 1,5 e) 2,5

8) El cuerpo que se muestra en la figura tiene un volumen de 11m³. Determine el empuje que experimenta dicho bloque (ρ1 =0,75 g/cm³; ρ2=1,8 g/cm³).

a) 159 kN

14) Del problema anterior se pide averiguar la fuerza que es necesario aplicar contra dicho cuerpo para mantenerlo sumergido, si se sabe que su peso es de 1500 N.

a) 200 N b) 30 c) 400

d) 500 e) 600

15) Un bloque metálico se sumerge completamente como

b) 144 c) 108 d) 96 e) 85

(1) (2)

muestra la figura. Calcular el empuje que

experimenta. Su volumen es 13 m3

a) 2 KN

b) 1

9) Un cuerpo (Hielo) tiene una densidad de 0,9g/cm³. Si se sumerge en un líquido cuya densidad es 0,9 g/cm³. También ¿Qué parte de su volumen se sumerge?.

c) cero d) 1,5 e) 13

H2O

a) 70% b) 80% c) 85% d) 90% e) 100%

10) Un cuerpo cuya densidad es 1,5g/cm³ es sumergido en un líquido de densidad 2 g/cm³ ¿Qué fracción de su volumen queda fuera del líquido?

a) 1/8 b) 1/4 c) 1/6 d) 1/12 e) 1/10

11) Calcular el empuje que experimenta un cuerpo de 6m3 sumergido totalmente en agua. (g = 10 m/s2)

Criterios a tener en cuenta:

1. Cognitiva: realización de todas las actividades en forma correcta 2. Procedimental: realización y presentación en el cuaderno de las actividades 3.Actitudinal: presentación de las actividades en el tiempo requerido. Las conclusiones de las actividades deben ser realizadas en el cuaderno colocando la respectiva fecha y debe ser Fotografiada y enviada al siguiente correo prof.eric.fisic24@gmail.com