Aprendiendo con la Física : ADENTRÁNDONOS AL MUNDO DE LA FÍSICA

importancia de la física en la vida diaria.

La Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del hombre, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar en muchos casos, una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria.

La palabra física proviene del vocablo griego physiké cuyo significado es naturaleza.

Es la Ciencia que se encarga de estudiar los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia.

La Física ha experimentado un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables científicos e investigadores, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han logrado que el hombre agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar fenómenos.

Al nacer la filosofía de los griegos, nace propiamente la física. La palabra filosofía (del griego Philos amante y de sophia sabiduría) significa amor a la sabiduría, este término se aplicó por primera vez a la actividad de ciertos pensadores griegos, que en el siglo VI a.C., reflexionaban sobre los fenómenos naturales, el origen y naturaleza de la vida, de los seres y las cosas.

miércoles, 27 de septiembre de 2017

ADENTRÁNDONOS AL MUNDO DE LA FÍSICA

PRIMER PARCIAL QUINTO SEMESTRE

Presión Hidrostatica

La presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido.

Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este. Se define por la fórmula $\scriptstyle P_{h}=\gamma h\,$ donde $\scriptstyle P_{h}\,$ es la presión hidrostática, $\gamma =\rho g\,$ es el peso específico y $\scriptstyle h$ profundidad bajo la superficie del fluido.

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura del líquido con referencia del punto del que se mida.

Se calcula mediante la siguiente expresión:

$\ P=\rho gh+P_{0}$

Donde, usando unidades del SI,

$\ P$ es la presión hidrostática (en pascales);

$\ \rho$ es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico);

$\ g$ es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado);

$\ h$ es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior

$\ Po$ es la Presión atmosférica (en pascales)

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Prensa Hidraulica

La prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferentes áreas que, mediante una pequeña fuerza sobre el pistón de menor área, permite obtener una fuerza mayor en el pistón de mayor área. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen fuerzas mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

Calculo de Fuerzas

Cuando se aplica una fuerza

F_{1}\,

sobre el émbolo de menor área

A_{1}\,

se genera una presión

p_{1}\,

p_{1}={\frac {F_{1}}{A_{1}}}\,

Del mismo modo en el segundo émbolo:

p_{2}={\frac {F_{2}}{A_{2}}}\,

Se observa que el líquido está comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión en los dos pistones es la misma. Por tanto se cumple que:

p_{1}=p_{2}\,

Esto es:

{\frac {F_{1}}{A_{1}}}={\frac {F_{2}}{A_{2}}}\,

y la relación de fuerzas:

{\frac {F_{1}}{F_{2}}}={\frac {A_{1}}{A_{2}}}\,

Luego, la fuerza resultante de la prensa hidráulica es:

F_{2}=F_{1}{\frac {A_{2}}{A_{1}}}

Donde:

F_{1}\,

= fuerza del émbolo menor en N.

F_{2}\,

= fuerza del émbolo mayor en N.

A_{1}\,

= área del émbolo menor en m².

A_{2}\,

= área del émbolo mayor en m².

Densidad

En física y química, la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra ro ρ del alfabeto griego. La densidad media es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

$\rho ={\frac {m}{V}}\,$

Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos, la densidad alrededor de un punto dado puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión de pequeños volúmenes decrecientes $\Delta V_{k}$ (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) centrados alrededor de un punto, siendo $\Delta m_{k}$ la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos estos volúmenes es:

$\rho (x)=\lim _{k\to \infty }{\frac {\Delta m_{k}}{\Delta V_{k}}}\approx {\frac {dm}{dV}}$

La unidad es kg/m³ en el SI.

Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y masa.

Tipos De Densidad

Densidad absoluta

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

$\rho ={\frac {m}{V}}$

siendo $\rho$ , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

Densidad relativa

$\rho _{r}={\frac {\rho }{\rho _{0}}}$ La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

donde $\rho _{r}$ es la densidad relativa, $\rho$ es la densidad de la sustancia, y $\rho_0$ es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Densidad media y densidad puntual

Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.

Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción "infinitesimal" del sistema, y que vendrá definida por:

$\rho =\lim _{V\to 0}{\frac {m}{V}}={\frac {dm}{dV}}$

Sin embargo, debe tenerse que las hipótesis de la mecánica de medios continuos solo son válidas hasta escalas de $\scriptstyle 10^{-8}\ \mathrm {m}$ , ya que a escalas atómicas la densidad no está bien definida. Por ejemplo, el tamaño del núcleo atómico es cerca de $\scriptstyle 10^{-13}\ \mathrm {m}$ y en él se concentra la inmensa mayor parte de la masa atómica, por lo que su densidad (2,3·10¹⁷ kg/m³) es muy superior a la de la materia ordinaria. Es decir, a escala atómica la densidad dista mucho de ser uniforme, ya que los átomos están esencialmente vacíos, con prácticamente toda la masa concentrada en el núcleo atómico.

Peso Especifico

Se llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.

Su expresión de cálculo es:

$\gamma ={\frac {w}{V}}={\frac {mg}{V}}=\rho \ g$

siendo,

\gamma \,

, el peso específico;

w\,

, el peso de la sustancia;

V\,

, el volumen de la sustancia;

\rho \,

, la densidad de la sustancia;

m\,

, la masa de la sustancia;

g\,

, la aceleración de la gravedad.

Las unidades en las que se mide el peso específico son de N/M^3.

Es una constante en el sentido de que es un valor que no cambia para cada sustancia ya que a medida que aumenta su peso también aumentara su volumen ocupado, al igual que sucede con la densidad.

Pe = Peso / volumen

Pe = Peso específico.

Esta constante tiene la importancia de ser una propiedad intensiva, ya que nos permitira identificar a la sustancia.