FÍSICA II

7/21/2019 FÍSICA II

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FÍSICA II

Í N D I C E

INTRODUCCIÓN 5

CAPÍTULO 1: PRESIÓN ATMOSFÉRICA7 9

PROPÓSITO

1.1 PRESIÓN

11

1.1.1 La elasticidad del aire111.1.2 Concepto de presin15

1.1.! C"lc#lo de la presin at$os%&rica

191.1.' (eso del aire ) ca$*ios de presin con la alt#ra21

1.1.5 (resin a*sol#ta ) (resin $ano$&trica

25

1.2 PROCESOS TERMODINÁMICOS27

1.2.1 (rocesos isot&r$icos27

1.2.2 Trans%or$acin iso*"rica!+

1.2.! Co$presiones ) e,pansiones adia*"ticas!!

1.2.' E%iciencia de $"-#inas t&r$icas !

RECAPITULACIÓN!/ ACTIVIDADES INTEGRALES

!9AUTOEVALUACIÓN '1



95

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

9/

'

(ara este tercer %ascc#lo de 8sica II4 corresponde analiar la TRANSMISIÓNDE LA PRESIÓN ENERGÍA EN FLUIDOS4 -#e se lo:ra con el est#dio des#s doscapt#los-#e locon%or$an; (resin 0t$os%&rica e <idrost"tica.

En el Capt#lo 1; P!"#$%& A'()#*+!$,-4 se descri*en -# ,-!-,'"!/#'$,-# 0!)$"-"# " -$!" co$o son ; la de ser s#scepti*le de e,pandirse )co$pri$irse4 lo c#al per$ite #na serie de %or$as -#e =an desde *o$*earcorrecta$ente a los ne#$"ticos de #n coc3e4 3asta encontrar la presinat$os%&rica -#e no a%ecte a personas con pro*le$as cardio=asc#lares. Ta$*i&nin%l#)e en el p#nto de e*#llicin de #n $is$o l-#ido -#e =ara a distintasaltit#des para dise>ar ter$$etros de :as a %in de $edir *a?as te$perat#ras.

(ara el $is$o capt#lo se analian4 )# !),"#)# '"!()$&($,)# en %en$enosnat#rales ) en dispositi=os e,peri$entales en los -#e se aplica la teora

cin&tico$olec#lar.

Los conceptos de presin ) de te$perat#ra a*sol#ta a -#e lle:a$os con elest#dio del co$porta$iento del aire ) de :ases4 co$o el =apor del a:#a4 nos

per$itir" descri*ir el %#nciona$iento de la $"-#ina t&r$ica -#e tiene #nain%inidad de #sos en la =ida 3#$ana ) se $ani%iesta plena$ente en el $otor deco$*#stin interna -#e trans%or$a ener:a -#$ica en ener:a de $o=i$iento decoc3es4 loco$otoras4 *arcos4 etc@ as co$o en #na ter$oel&ctrica4 entre otros#sos.

En el se:#ndo capt#lo se analia la $!)#''$,-4 s#s =aria*les ) principios -#ela caracterian4 co$o son el de (ascal ) el de 0r-#$edes.

E !$&,$$) " P-#,- tiene aplicaciones $#) i$portantes co$o son las$"-#inas 3idr"#licas4 -#e %#ncionan co$o A$#ltiplicadoras de %#erasB e?e$plosde &stas son la prensa 3idr"#lica4 el :ato 3idr"#lico ) los %renos de losa#to$=iles.



E !$&,$$) " A!56/(""#7 el c#al dice -#e todo c#erpo s#$er:ido en #n%l#ido reci*e #n e$p#?e ascendente i:#al al peso del %l#ido desalo?ado4 tieneaplicaciones en la %lotacin de o*?etos4 co$o *arcos4 sal=a=idas4 dens$etros4%lotadores de estan-#es4 etc&tera.

5

0si$is$o analiare$os las !)$"-"# " )# /56$)#4 s# =elocidad4 s# posicin4 %l#?o ) :asto4 para co$prender c$o es la conser=acin de la ener:a enlos l-#idos ) s#s aplicaciones4 -#e se da en p#ertos4 presas4 cascos de *arcos43&lices4 t#*eras ) d#ctos en :eneral.

(or tanto4 es i$portante -#e te adentres en el est#dio de estos dos capt#los )4 para s# $e?or co$prensin4 es indispensa*le -#e realices las acti=idades -#e se te presentan a lo lar:o del contenido4 con lo -#e podr"s c#$plir " )89"'$) " "#'"

*-#,/,6) " ,6-"# ";$,-! - '!-&#($#$%& " "&"!</- 0 !"#$%& "& *6$)# -#/,)() )# !),"#)#'"!()$&($,)# "& *"&%("&)# &-'6!-"# 0 ";"!$("&'-"#7-!- $&'"!!"'-! - )#*"&%("&)# " "&')!&)7 0 )"! ,)&'!)-! -<6&-##$'6-,$)&"# 56" $&)6,!-& - )#*6$)# "& !")#) 0 ()$($"&') "& - $-,)'$$-&-.

=

PRESIÓN

ATMOSFÉRICA

1.1 PRESIÓN

1.1.1 La elasticidad del aire

1.1.2 Concepto de presin

1.1.! C"lc#lo de la presin at$os%&rica

1.1.' (eso del aire ) ca$*ios de presin con la alt#ra

1.1.5 (resin a*sol#ta ) presin $ano$&trica

1.2 PROCESOS TERMODINÁMICOS

1.2.1 (rocesos isot&r$icos



1.2.2 Trans%or$acin iso*"rica

1.2.! Co$presiones ) e,pansiones adia*"ticas

7

0ntes de iniciar este capt#lo es necesario -#e or:anices t# est#dio en %#ncin delos o*?eti=os -#e persi:#e para lo c#al te in=ita$os a considerar las si:#ientes

pre:#ntas;

>Q6+ )0 --!"&"!?

Descri*ir los e%ectos de la elasticidad del aire. edir el =alor de la presinat$os%&rica en (aF Relacionar presin4 =ol#$en ) te$perat#ra de #na $asa de

aire. Identi%icar los procesos ter$odin"$icos.

>C%() ) )0 - )<!-!?

(or $edio de acti=idades e,peri$entales en las -#e se $ani%ieste laco$presi*ilidad de aire Interpretando ) $anip#lando las =aria*les de #n :as a

partir del $odelo cin&tico $olec#lar.

>P-!- 56+ (" - - #"!$!?

(ara co$prender -#e la presin se de*e a e$p#?ones de $ol&c#las -#e c3ocan4relacionando el peso del aire con los ca$*ios de presin ) con la alt#ra.

Entender c$o %#nciona #n alt$etro ) co$prender el ori:en del G27!

o cero el=in de la escala a*sol#ta de te$perat#ra.

0$pliar in%or$acin so*re el %#nciona$iento de $"-#inas t&r$icas -#e tra*a?ancclica$ente.

9

CAPÍTULO 1. PRESIÓN ATMOSFÉRICA

1.1. PRESIÓN

1.1.1 LA ELASTICIDAD DEL AIRE



El aire es #n :as incoloro4 -#e %rec#ente$ente pasa inad=ertido para nosotros4 a pesar de llenar el espacio $"s recndito e inaccesi*le a n#estra capacidad %sica )=is#al. Nos acorda$os de s# e,istencia sola$ente c#ando tene$os calor ) loa*anica$os para re%rescarnos o c#ando sopla ) nos 3ace estre$ecer de %ro@ peroHte 3as p#esto a pensar -#e propiedades tiene.

Una $anera de atrapar el aire ) est#diar s#s propiedades co$o :as es con laa)#da de #n :lo*o o de #na ?erin:a. H<as tratado al:#na =e de in%lar #n :lo*osin soplarle. E,peri$ente$os; en #n recipiente tapado con #n corc3o coloca$osdos t#*os) #n:lo*o co$o se $#estra en la %i:#ra 1.

11

8i:#ra 1

E,trae el aire del recipiente 3aciendo s#ccin por el popote -#e no tiene :lo*oHJ#& le pasa al :lo*o

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

In$ediata$ente tapa el popote por donde e,tra?iste el aire. He $odi%ica el=ol#$en del :lo*o

ientras $antienes tapado el popote sin :lo*o4 trata de in%larlo. HC$o tee,plicas el co$porta$iento del :lo*o KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

En t# casa sella #na ?erin:a por la parte donde se acopla la a:#?a4 desprende laa:#?a de la parte de pl"stico donde =iene e$potrada calent"ndola 3asta -#e sea*lande4 e,tiende el pl"stico 3asta -#e selle4 de tal $anera -#e lo p#edas -#itar )

poner en la ?erin:a4 co$o se $#estra en la %i:#ra 2.



8i:#ra 2

12

Con la ?erin:a sin sello pon el &$*olo a la $itad de s# recorrido4 coloca el sello4

e$p?alo para co$pri$ir el aire encerrado ) d&?alo en esa posicin para $ostrarla elasticidad del aire %i:#ra !aF. En cierto sentido parece -#e 3#*iera #n resortedentro de la ?erin:a. Repite la operacin4 pero a3ora e,tra)endo el &$*olo.%i:#ra !*F.

8i:#ra !

HJ#& o*ser=as.

HC$o p#edes e,plicar el co$porta$iento del aire

0nte #na co$presin o #na e,pansin el aire tiende a $antener s# estadoori:inal. HJ#& esperaras si la ?erin:a no est#=iera sellada



i:a$os e,peri$entando; se:#ra$ente te 3as en%rentado al 3ec3o de =aciar ell-#ido de #n recipiente -#e sola$ente tiene #n ori%icio4 por e?e$plo #na lata delec3e4 #na lata de aceite para $otor de coc3e4 etc.

(ara recordar los e%ectos de estas acciones 3a lo si:#iente; consi:#e #n cilindro

de pl"stico con popote inte:rado ) ll&nalo de re%resco o a:#a@ con el =aso en posicin =ertical4 $ientras la ="l=#la per$anece tapada4 intenta to$ar elcontenido. HJ#& di%ic#ltades enc#entras para realiarlo. 03ora destapa la="l=#la e int&ntalo n#e=a$ente4 H-#& res#ltados o*tienes4 H-#& papel ?#e:a la="l=#la en el s#cciona$iento de #n l-#ido en s# recipiente cerrado.

1!

En el caso de las latas de lec3e o de aceite sie$pre es necesario 3acer dos per%oraciones en la tapa para -#e la salida del l-#ido sea contin#a. H(or -#&

crees -#e sea necesario KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

To$ando en c#enta los siste$as :lo*oG?erin:aGcilindro $ane?ados en lose,peri$entos anteriores4 >56+ -#- ,)& ",)()!'-($"&') " -# ()+,6-# "-$!"?.

0l pro=ocar por al:n $ecanis$o =ariacin en el =ol#$en de #n :as4 se est"a%ectando el n$ero de c3o-#es de las $ol&c#las so*re las paredes del recipiente-#e las contiene@ a#n c#ando las $ol&c#las conser=an s# =elocidad s#pone$os

-#e la te$perat#ra no est" ca$*iandoF al red#cirse el =ol#$en tardan $enostie$po en re*otar de #na pared a otra ) eso 3ace -#e a#$ente el n$ero dec3o-#es en #n tie$po deter$inado presin de #n :as %i:#ra 'F.

F$<6!- 4

aF i se d#plica la presin so*re #na cantidad dada de :as encerrado4 s# =ol#$ense red#ce a la $itad@ *F in e$*ar:o4 si d#plica$os el n$ero de partc#las de:as ) la presin so*re el $is$o4 el =ol#$en no =ariar".



En el caso del cilindro4 pode$os decir -#e $ientras no a*sor*es el l-#ido4 la presin -#e e?erce la at$s%era so*re &l es la $is$a4 tanto a tra=&s de la ="l=#laco$o a tra=&s del popote4 lo -#e s#cede es -#e al a*sor*er 3aces dis$in#ir la

presin a -#e est" so$etido el l-#ido a tra=&s del popote ) es e$p#?ado 3aciaarri*a por la presin a tra=&s de la ="l=#la.

1'

1.1.2 CONCEPTO DE PRESIÓN

C)& #"<6!$- -# &)'-) " "*",') " - !"#$%& "& -<6&-# -,,$)&"# ,)() -6"- 56" "9-& '6# @--')# "& 6& '"!!"&) 8-&) - *-,$$- " ,)!'-! ,)&6& ,6,$) -*$-)7

) " 6&$($"&') " 6& ,),%&7 "&'!" )'!-#. S$ '" )&"# " $" #)8!" "

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F$<6!-

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"&,$(-)# = ,.



F$<6!- =

1

>Q6+ !"-,$%& (-&'$"&"& - *6"!@- -$,-- 0 " 6&$($"&')? >Q6+ -!$-8" #" (-&'$"&" ,)&#'-&'"?

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F$<6!-

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#)8!" )'!)#.

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F$<6!-

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M-'"('$,-("&'" #" ";!"#- -#/:

F

(

0donde ( M presin en N $2) se $ide en pascales (aF 8 M %#era perpendic#lar ala s#per%icie en netons NF 2

F

0 M "rea o s#per%icie so*re la -#e acta la %#era en $etros c#adrados $

ACTIVIDAD



Realia las si:#ientes acti=idades;

aF 03ora con #n %le,$etro $ide el PPP 44 4 de #n ladrillo.

12!

P KKKKKK$

1 P KKKKKKKK$

2 P KKKKKKKK$

!

*F Calc#la las "reas de las caras 0 ) del $is$o ladrillo;

0 PP, KKKKKKK $2

1 2!

0 PP, KKKKKKK $2

2 12

cF Con el dina$$etro pesa el ladrillo; Q1 MKKKKKKKKKKK

17

8

dF Con los datos anteriores ) #sando la %r$#la ( 4 llena la si:#iente

0

ta*la.0p)ate en las %i:#ras ) 7 F.

CARA A CARA B

EVENTO

No. deladrillo

s81 01 (1 82 02 (2

- 1



8 2, !

(re:#ntas

1. HC$o son las presiones (1 ) (2F para el e=ento a KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

2. H para el e=ento * KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

!. H para el c KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

2

eF Co$o la #nidad para $edir la presin en el iste$a Internacional es N $ M(ascal (a F.

2

i el peso del ladrillo es de 2+ N ) el "rea de contacto de 1 d $ M+.+1 $ 2 4 Hc#"les el =alor de la presin en (aF -#e el ladrillo e?erce so*re la espon?a.

%F in e$*ar:o4 co$o esta #nidad es $#) pe-#e>a #tiliare$os el Silopascal; 1

pa M 1+++ (a. HC#"ntos (a de presin e?erce el ladrillo so*re la espon?a.

:F Una placa c#adrada de acero con 1+++ N apro,i$ada$ente 1++ S: de $asaFest"

de 1+++ N $2 M 1+++ (a M 1 (a. i la placa ) la espon?a de a*a?o se di=idenentre

1++ , 1++ c#adritos4 cada c#adrito ser" de 1 c$2 . HC#"l ser" la presin -#e es

e?ercida so*re cada c$2

.

8i:#ra 9



1/

1.1.3 CÁLCULO DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Con las ?erin:as -#e #saste anterior$ente realia la si:#iente acti=idad; retira el

sello4 ) e,p#lsa el aire@ #na =e AselladasB trata de e,traer el &$*olo n#e=a$ente@notar"s -#e se re-#iere e?ercer #na %#era $a)or en el caso del &$*olo de $a)or"rea. HC$o e,plicas eso4 s#poniendo -#e el aire del e,terior e?erce la $is$a

presin en a$*os casos.

Considera lo si:#iente ; (anc3o (ineda4 del (lantel 2+ del Cole:io de ac3illeres4$idi

el =alor de la %#era necesaria para e,traer el &$*olo de "rea de 1. c$ 2 de #na ?erin:a a la -#e pre=ia$ente se le 3a e,pelido el aire ) sellado la salida %i:#ra

1+F.

8i:#ra 1+

rea del &$*olo M 1. c$2 M +.+++1 $2

Con #n dina$$etro se ?ala el &$*olo4 necesitando aplicar #na %#era de 1! N.Entonces el =alor de la presin -#e e?erce la at$s%era so*re el &$*olo sera;



1!N 1!N N/1 +++ /1 +++ (a /1 (a

2 22

1. c$ +.+++1$ $

(anc3o $idi desp#&s la %#era -#e se re-#era para $o=er contin#a$ente el pistn c#ando 3a*a retirado el sello ) encontr -#e era apro,i$ada$ente de +.5 N4 lo c#al corresponde a la %riccin cin&tica entre la ca*ea del &$*olo ) las paredes de la ?erin:a. H(or -#& HC$o de*era #sar este res#ltado para $e?orarel =alor -#e o*t#=o para la presin at$os%&rica.

Resp#esta ; #poner -#e si no 3#*iera %riccin 3a*ra necesitado e?ercer #na%#era de 1! G +.5 M 12.5 N para e,traer el &$*olo c#ando el sello esta*acolocado ) as calc#lar el =alor de la presin at$os%&rica.

12.5 N N

( at$os%&rica M 7/ +++ 7/ (a

22

+ +++1 . $ $

19

(ara $edir el =alor de presin at$os%&rica realia #n e,peri$ento si$ilar al de(anc3o ; to$a #na ?erin:a4 e,tr"ele todo el aire ) s&llala4 ?ala el &$*olo con #ndina$$etro 3asta lo:rar -#e se $#e=a lenta pero contin#a$ente con #na=elocidad constante. idiendo el =alor de la %#era e$pleada ) conociendo el"rea seccional del &$*olo se calc#la la presin con la c#al el aire e$p#?a al&$*olo4 lo c#al corresponde a la presin at$os%&rica %i:#ra 11F.

8i:#ra 11

(ara $e?orar el control so*re el e,peri$ento te s#:eri$os per%orar el &$*olo dela ?erin:a ) pasar #n 3ilo resistente a tra=&s de &l HLa %#era re-#erida depender"



de la posicin de la ?erin:a KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

8i:#ra 12

2+

(ara #na $e?or esti$acin de la %#era -#e e?erce el aire so*re el &$*olo ser"necesario 3acer #na correccin to$ando en c#enta la %riccin cin&tica entre el&$*olo ) la ?erin:a. HC#"l es el =alor de la presin -#eo*t#=iste.KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HJ#& otros =alores se o*tienen para di%erentes ?erin:as KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

0l ni=el del $ar4 la presin at$os%&rica res#lt ser de 1++ (a apro,i$ada$ente) en la Ci#dad de &,ico 2.2 S$ de altit#dF el =alor -#e se o*tiene4 c#ando secontrolan las =aria*les e,peri$entales4 es4 apro,i$ada$ente4 de 7/ (a. HC#"les el =alor -#e o*t#=iste

1.1. 4 PESO DEL AIRE CAMBIOS DE PRESIÓN CON LA ALTURA

Realia en t# casa el si:#iente e,peri$ento; consi:#e #na *otella de pl"sticos#a=e -#e p#eda cerrarse 3er$&tica$ente. Con la *otella a*ierta ) con #n pocode a:#a caliente s#$&r:ela en *a>o ara en a:#a 3ir=iendo F %i:#ra 1!.



8i:#ra 1!

Notar"s -#e a#n c#ando el a:#a no 3ier=e dentro de la *otella Hpor -#&F s se =ae=aporando Hpor -#&F. 0l ca*o de #nos $in#tos4 cierra 3er$&tica$ente la

*otella ) entonces s#$&r:ela en a:#a %ra. HJ#& oc#rre KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HC$o lo e,plicas KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

El =apor de a:#a e,p#ls al aire -#e inicial$ente llena*a la *otella. 0l en%riarse4se condensa lo:rando as4 3acer A=acoB. Este proceso es #tiliado en la%a*ricacin de e$*#tidos.

21

(ara pesar el aire4 a3ora repite en el la*oratorio la e,periencia anterior4 pero con#n %rasco de =idrio de ca%& sol#*le de apro,i$ada$ente #n c#arto de litro.

0l s#$er:irlo en a:#a notar"s -#e no le s#cedi co$o a la *otella de pl"sticoantes de s#$er:irla en a:#a %ra espera -#e se en%re #n poco para e=itar -#e seestrelleF. 03ora seca per%ecta$ente el %rasco de =idrio4 el c#al de*e de estar

3er$&tica$ente cerrado4 ) espera #nos $in#tos para ase:#rarte -#e se 3ae=aporado toda el a:#a -#e escap del %rasco al $o$ento de cerrarlo.

03ora $ide c#idadosa$ente la $asa del %rasco en #na *alana -#e ten:a precisin de



+.+1 : cent&si$a de :ra$oF. Ense:#ida a*re el %rasco. HEsc#c3aste #nc3as-#ido .

Hcrees -#e se de*i a la salida o a la entrada de aire al %rasco KKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

Hc$o lo e,plicas KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

ide n#e=a$ente la $asa del %rasco no ol=ides incl#ir la tapaF. HNotaste sica$*i

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

Ha#$ent o dis$in#) KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HC#"l sera el =alor de la $asa de aire -#e oc#p el espacio A=acoB del %rasco

.

En la Ci#dad de &,ico la $asa de 1 litro de aire *a?o la presin at$os%&rica esapro,i$ada$ente de 1 :. HEl =alor -#e o*t#=iste en la acti=idad anteriorcorresponde a este lti$o.

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

i la discrepancia es :rande4 Ha -#& podra de*erse KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

I$a:nate #n c#*o de die cent$etros de lado -#e slo contiene aire en s#interior. En la Ci#dad de &,ico el aire -#e oc#pa dic3o =ol#$en4 encondiciones nor$ales4 tiene #na $asa apro,i$ada$ente de #n :ra$o +.++1 S:F@

por lo tanto4 s# peso es apro,i$ada$ente de +.+1 N. H(or -#&.

Lo anterior i$plica -#e si t#=i&ra$os #n dina$$etro sensi*le notara$os -#e alentrar el aire al c#*o %i:#ra 1'F4 inicial$ente =aco4 s# peso a#$entara en +.+1

N.22



8i:#ra 1'

i se to$a en c#enta -#e el "rea de cada cara es de +.+1 $ 2 )a -#e +.1 $ , +.1 $M

++1 N

.

+.+1$2F4 entonces la di%erencia de presin ser" de 1(a. ++1 $2

.

En %or$a si$ilar4 si en =e del c#*o t#=i&ra$os #n recipiente en %or$a de pris$a

c#adran:#lar de 1$ de alt#ra4 entonces la presin en la parte in%erior sera de 1+(a $a)or -#e en la s#perior4 ) si el pris$a %#era de 1 S$ de alto -#i" no sea%acti*le 3acer el e,peri$ento4 pero p#edes i$a:in"rteloF4 la di%erencia sera de 1+(a , 1 +++ M 1+ (a.

8inal$ente4 si el pris$a %#era de 2.2 S$ de alt#ra la di%erencia de presiones entrelas tapas in%erior ) s#perior sera de 22 (a. i s#pone$os -#e la *ase de dic3o

pris$a est" a ni=el del $ar4 la tapa s#perior estara a la alt#ra de la Ci#dad de&,ico %i:#ra 15F.



8i:#ra 15

2!

Los datos e,peri$entales nos dan precisa$ente esa di%erencia4 )a -#e la presinat$os%&rica a ni=el del $ar es de 1++ (a4 $ientras -#e para la Ci#dad de&,ico es de 7/ (a4 e,istiendo #na di%erencia de 22 (a entre a$*os p#ntos.

H(or -#& si se cali*ra el aire de los ne#$"ticos de #n coc3e en 6eracr#4 c#ando&ste lle:a a la Ci#dad de &,ico el $an$etro $arca #na presin $a)or.

Con el raona$iento anterior podra concl#irse -#e a 1+ S$ de alt#ra so*re elni=el del $ar la presin =aldra cero4 esto si:ni%icar" -#e all ter$ina laat$s%era@ sin e$*ar:o4 el c"lc#lo -#e se 3io antes slo es apro,i$ado4 )a -#ese 3a encontrado -#e la relacin del =alor de la presin at$os%&rica con la alt#raso*re el ni=el del $ar es co$o se $#estra en la %i:#ra 1.



El alt$etro

Una propiedad %"cil$ente $ens#ra*le4 relacionada de $odo directo con la alt#ra4es la presin del aire. La *ase de #n alt$etro de a=in %i:#ra 17F es #n ta$*or oc"ps#la %le,i*le donde se 3a 3ec3o el =aco. Los ca$*ios en la presin del aire

$#e=en la pared del ta$*or 3acia dentro o 3acia a%#era. El *rao sensor -#ere:istra estos desplaa$ientos est" li:ado a las a:#?as indicadoras a tra=&s de #naserie de en:ranes. La escala 3a sido cali*rada para leer los ni=eles de altit#dcorrespondientes a las =ariaciones de presin del aire.

8i:#ra 17

2'

1.1. PRESIÓN ABSOLUTA PRESIÓN

MANOMÉTRICA

L- !"#$%& -8#)6'- "# -56"- 56" ,)&#$"!- - !"#$%& "(-&%("'!) (# - -'()#*+!$,-7 0- 56" - (-&)(+'!$,- "#- $*"!"&,$- " <-# "&,"!!-) 0 - !"#$%& ";'"!$)! !"#$%& -'()#*+!$,-.U& $#)#$'$) ,)(& -!- ("$! - !"#$%& (-&)(+'!$,- "# " (-&%("'!)" '68) -8$"!') *$<6!- 1.

F$<6!- 1

P!"#$%& -8#)6'- !"#$%& (-&)(+'!$,- J !"#$%& -'()#*+!$,-

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



-# !"#$)&"# -'()#*+!$,-# #" ";!"#-& ,)& *!",6"&,$- "& ,"&'/("'!)# "("!,6!$) )7 8$"&7 "& 6<--# " ("!,6!$). C)() #" "! ,)& (# "'-" "&" #$<6$"&'"

*-#,/,6)7 1 ,(3 " ("!,6!$) "#- K.133 N7 )! ) '-&')7 )! ,-- ,"&'/("'!)

" -'6!- " 6&- ,)6(&- " ("!,6!$) - !"#$%& "9"!,$- "& " *)&) " -,)6(&- "# "

K133 N . K133 N

. 133K P- 133 P-

2 2. .

1 ,(KKKK (

. 1

E;$#'"& -!$)# '$)# " (-&%("'!)# )! "9"()7 ,6-&) #" $&*- 6&--&'-7 - !"#$%& #" ,-$8!- ,)& 6& ("$)! 56" &)# - - !"#$%&(-&%("'!$,-7 ($"&'!-# 56" -!- )8'"&"! - !"#$%& -8#)6'- " "#- ",'6!--8!/- 56" -<!"<-! - !"#$%& -'()#*+!$,-.

25

Deci$os -#e el aire4 co$o %l#ido -#e es4 tiene la %acilidad de e,pandirse )co$pri$irse4 adaptando la %or$a del recipiente -#e lo contiene4 propiedad -#e sella$a elasticidad.

Co$o )a sa*r"s4 el aire es #na $ecla de ele$entos :ases4 i$p#reas4 etcF -#eson $ateria ) por ello tienen $asa4 por lo -#e la Tierra e?erce so*re ellos #na%#era.

(resin es la %#era -#e en %or$a perpendic#lar a #na s#per%icie se distri*#)eso*re s# "rea. ate$"tica$ente se e,presa;

8

(

0



aplicada a las acti=idades e,peri$entales -#e realiaste con las ?erin:as nosindica -#e ;

G0 $a)or %#era aplicada4 $a)or ser" la presin para #na $is$a "rea4 )

G 0 $a)or "rea so*re la c#al acta #na %#era4 $enor ser" la presin.

(or tanto; La %#era es directa$ente proporcional a la presin4 ) &sta esin=ersa$ente proporcional al "rea.

(resin at$os%&rica. Es la capa de aire -#e en=#el=e a la Tierra4 ) co$o el airetiene peso4 e?erce #na presin so*re todos los c#erpos -#e est"n en contacto con&l.

N

0l ni=el del $ar tiene s# $",i$o =alor -#e es de 7+ $$ de <:4 e-#i=alente a1+!!

.2

c$

1++ (a apro,i$ada$ente. En la Ci#dad de &,ico s# =alor es $enor de*idoa -#e tiene #na altit#d de 22'+ $

:

so*re el ni=el del $ar4 ) es de 5/ $$ de <: e-#i=alente a +797 o sea 7/ (a

.2

c$

apro,i$ada$ente.

2

1.2 PROCESOS TERMODINÁMICOS

1.2.1 PROCESOS ISOTÉRMICOS



<e a-# otra =e a (anc3o4 el est#diante del (lantel 2+4 con el si:#ientee,peri$ento para o*tener la relacin entre la presin a*sol#ta del aire encerradoen #na ?erin:a ) el

=ol#$en oc#pado por el $is$o4 la ?erin:a tiene #n =ol#$en de 12 c$! F. Una

=e $ontado el dispositi=o co$o $#estra la %i:#ra 19 a4 consi:#i #n ladrillo-#e4 al colocarlo so*re el &$*olo4 el =ol#$en de aire se red#?o a la $itad delinicial %i:#ra 19 *F. T#=o c#idado de $o=er 3acia arri*a ) 3acia a*a?o el&$*olo para cerciorarse -#e re:resa*a a la $is$a posicin en a$*os casosF.

aF *F

8i:#ra 19

Ta$*i&n calc#l -#e la presin -#e el ladrillo e?erca so*re el &$*olo era de 7/pa. i el "rea de la ?erin:a era de 1. c$24 Hc#"l era el peso del ladrillo.

Desp#&s a:re: so*re el &$*olo otro ladrillo i:#al al anterior %i:#ra 2+F. H0c#"nto crees -#e se red#?o el =ol#$en del aire . (anc3o o*ser= -#e se red#?o a' c$! ) anot s#s datos en #na

ta*la.

8i:#ra 2+



27

V)6("& (resin 6ol#$en (resin (66c $!F P P- 6c $!F P P-

12 ' 7/ la at$s%eraF 7/ 7/ (.at$os%&rica ladrilloF 7/ 7/ 7/ (. at$os%&rica 2

ladrillosF

12 ' 7/ 152!' 9! F F

Calc#lando los prod#ctos (64 podras darte c#enta -#e en todos los casos seo*tiene el $is$o =alor. Es decir4 -#e c#ando la presin inicial se d#plica4 el=ol#$en inicial se red#ce a la $itad4 ) c#ando la presin se triplica4 el =ol#$en

inicial se red#ce a #na tercera parte. Vste es #n e?e$plo de $a:nit#desin=ersa$ente proporcionales se acost#$*ra escri*irlo co$o (D 1 6.

i (anc3o a:re:ara #n tercer ladrillo4 H-#& =ol#$en esperaras -#e oc#para elaire encerrado en el s#p#esto de -#e no lo:rara escapar de la ?erin:aF .

KKKKKKKKKKKKKKK

Consi:#e #na ?erin:a con poca %riccin ) realia el $is$o e,peri$ento -#e el de

(anc3o. (#esto -#e el =ol#$en de t# ?erin:a posi*le$ente sea distinto4

HJ#& di%erencias o discrepancias 3a) entre t#s res#ltados ) los de (anc3o KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HC$o e,plicaras esas discrepancias KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HC$o pode$os e,plicar el 3ec3o e,peri$ental de -#e la presin de #n :as =arain=ersa$ente con s# =ol#$en

2/

i la $ateria slida est" co$p#esta de di$in#tas partc#las ) la $ateria seconser=a4 entonces los :ases -#e pro=ienen de los slidos de*en de estarco$p#estos por las $is$as partc#las@ a#n-#e s# densidad sea pe-#e>a4 los :ases



encerrados oc#pan espacio@ as4 parece raona*le s#poner -#e las partc#las:aseosas oc#pan espacio por-#e est"n en $o=i$iento.

I$a:ina -#e el aire atrapado en #n recipiente consta de #n n$ero deter$inadode partc#las -#e se $#e=en a deter$inada =elocidad4 la presin es ca#sada por

las colisiones de esas partc#las con las paredes del recipiente.

03ora *ien4 si el =ol#$en se red#ce a la $itad4 el $is$o n$ero de partc#lassi:#e toda=a $o=i&ndose a la $is$a =elocidad4 pero c3ocan con las paredes con#na %rec#encia dos =eces $a)or4 )a -#e a3ora tienen la $itad del =ol#$en para$o=erse. 0s n#estro $odelo predice -#e la presin de #n :as encerrado de*eestar en ran in=ersa a s# =ol#$en.

Del $odelo de #n :as se ded#ce -#e si el n$ero de partc#las la concentracinFse d#plica en s# =ol#$en %i?o4 la presin ser" do*le.

Co$o te 3a*r"s dado c#enta4 el prod#cto presin por =ol#$en es constante; (6 Mconstante4 en otras pala*ras4 PVP1V1@ a esto se le conoce con el no$*re de laL"0 " B)0"7 la c#al dice;

Ai la te$perat#ra TF de cierta $asa :aseosa4 se $antiene constante4 el =ol#$en

6F de dic3o :as ser" in=ersa$ente proporcional a la presin (F e?ercida so*re&l. (6 M constante si T M constanteF B

(ode$os decir entonces -#e #n !),"#) "# $#)'+!($,) ,6-&) 6& <-# -#$)#)("'$) - 6&- '!-&#*)!(-,$%& "& - ,6- #6 '"("!-'6!- #" (-&'6),)&#'-&'"" -/ #6 "'$())</- <!$"<-: $#)# $<6-7 0 '"!()# '"("!-'6!-7 -#/ ,)() #6 (-#-.

0s -#e4 presin ) =ol#$en son las dos =aria*les -#e s s#%ren ca$*ios en estetipo de trans%or$acin.

29

1.2.2 TRANSFORMACIÓN ISOBÁRICAOtra $anera de a#$entar la presin de #n :as4 ade$"s de co$pri$irlo4 esincre$entar s# te$perat#ra4 $anteniendo el =ol#$en constante. H<as o*ser=adoel %#nciona$iento de #na olla de presin e,pressF 4 H-#& %#ncin tiene la="l=#la4 H-#& relacin e,iste entre la te$perat#ra ) la presin de la olla.



ide la presin de aire en los ne#$"ticos del coc3e de t# %a$ilia o de #n a$i:oen #na $a>ana antes de -#e el coc3e co$ience a rodar. 0l 3acer #n =ia?e porcarretera4 o a tra=&s de la ci#dad4 =#el=e a $edir la presin de los ne#$"ticos.HEnc#entras la di%erencia4 Hal palpar los ne#$"ticos enc#entras di%erencias dete$perat#ra4 H-#& relacin 3a) entre te$perat#ra ) presin.

LECTUR0 W

ases ) $ol&c#las.

Dos de las propiedades $"s caractersticas de los :ases son; 1F -#e se co$pri$en%"cil$ente en co$paracin con los slidos ) los l-#idos4 2F -#e al a#$entar late$perat#ra de #n :as4 c#)a presin per$anece constante4 se incre$enta s#=ol#$en. (ero esta propiedad4 tal ) co$o las aca*a$os de en#nciar4 son sloc#alitati=as. Realiando dos e,peri$entos pode$os 3allar la relacin c#antitati=a

entre la presin ) el =ol#$en de #n :as al $antenerlo a te$perat#ra constante )la e,istente entre la te$perat#ra ) el =ol#$en de #n :as $antenido a presinconstante.

8i:#ra 21

(#ede 3allarse la relacin entre el =ol#$en ) la te$perat#ra de #n :as llenando elt#*o de ensa)o con :ases di%erentes ) $idiendo la ele=acin del pistn c#andocada :as se calienta s#cesi=a$ente a tra=&s del $is$o inter=alo de te$perat#ras.

W <0ER <0I et al.; 8sica (C. . Re=ert&4 1975. pp. '2/G'!2

!+

La %i:#ra 21 $#estra #n t#*o de ensa)o dentro de #n *a>o de a:#a -#e p#edecalentarse a c#al-#ier te$perat#ra entre la a$*iente ) el p#nto de e*#llicin dela:#a4 1++ XC. El t#*o de ensa)o contiene #n pistn de $adera4 de $odo -#e al



ele=arse la te$perat#ra del :as en el t#*o de ensa)o4 el :as p#ede e,pandirse sinca$*iar la presin. El =ol#$en del :as a te$perat#ras di%erentes p#ede leerse en#na escala s#?eta al t#*o de ensa)o.

Utiliando este aparato 3e$os o*tenido los datos indicados en la Ta*la 1 para tres

:ases di%erentes4 $ostr"ndose estos datos en la %i:#ra 22. Co$o p#ede =erse4 los p#ntos correspondientes de los tres :ases caen so*re la $is$a recta. De 3ec3o4c#al-#ier :as a #na presin no de$asiado ele=ada4 cerca de s# p#nto decondensacinF se co$portar" del $is$o $odo.

T-8- 1

A$!" P!)-&) D$%;$) " ,-!8)&)

Te$p. XCF 6ol#$. c$! F Te$p. 6ol#$. XCF c$! F Te$p. 6ol#$. XCF c$! F

2541 274'!247 !749'249 '/41524! 57424! 7417245

'4254+54'474'94+94/7+47714'7!4+7'42

2541 '42 !+41 '4!54! 54/ '+42 74+'541 /42 5+4+ 94+5'49 7+42 +42 714'

54+ 724 7+4+ 7!4' G

2541 '42 !+4! 54' !54+42 '+41 74+ '54+ /425+41 94' 5'4/ 7+42 5949

714' '45 724' GG

(ara 3allar la relacin entre la te$perat#ra ) el =ol#$en o*ser=e$os en pri$erl#:ar -#e a + XC el =ol#$en no es n#lo. En otras pala*ras4 " )6("& &) "#$!",'-("&'" !))!,$)&- - - '"("!-'6!- C"#$6#4 pero co$o el :r"%ico es#na recta4 e,istir" #na relacin lineal entre el =ol#$en ) la te$perat#ra. En la%i:#ra 2! 3e$os =#elto a di*#?ar la %i:#ra 22 incl#)endo el =ol#$en cero. Co$o

p#ede =erse4 e,trapolando la recta 3asta =ol#$en cero se o*tiene #na te$perat#rade G27! XC. A#/ 6"#7 #$ #6#'$'6$()#&6"#'!- "#,-- " '"("!-'6!-# )!-56"- ,60) ,"!) "#' - 23 C7 '"&!"()# 6&- !))!,$%& $!",'- "&'!" ")6("& 0 - '"("!-'6!- %i:#ra 2'F2 .

e prolon:a la recta 3asta el =ol#$en cero en la %i:#ra 2! para 3allar #na escalade te$perat#ra -#e nos de #na proporcin directa entre el =ol#$en ) late$perat#ra. in e$*ar:o4 a#n-#e sa*e$os -#e esta proporcin directa es ="lida



en el $ar:en de te$perat#ras -#e 3e$os #tiliado al realiar el e,peri$ento4 noes l:ico -#e si:a c#$pli&ndose cerca del =ol#$en cero4 p#es la te$perat#racercana a este =ol#$en ser"4 en la $a)ora de los casos4 *astante in%erior a late$perat#ra de condensacin del :as a l-#ido4 en donde s# =ol#$en ca$*ia sloli:era$ente4 incl#so con ca$*ios $#) :randes de te$perat#ra.

!1

Desplaando el ori:en de n#estra escala de te$perat#ras a G27! XC tendre$os lo-#e se deno$ina escala el=in de te$perat#ras; T en F M t en XCF 27!.

8i:#ra 22. r"%ica de los datos de laTa*la 1.

8i:#ra 2!. La recta de la :r"%ica de la %i:#ra 22 e,trapolada 3asta el =alor cero enla escala de =ol$enes.



8i:#ra 2'. r"%ica de los datos de la Ta*la 1 representados $ediante la escalael=in de te$perat#ras.

!2

Las :r"%icas -#e =i$os representan e?e$plos de '!-&#*)!(-,$%& $#)8!$,- "& -56" " )6("& " <-# -!/- ,)& - '"("!-'6!-7 ($"&'!-# #" (-&'$"&",)&#'-&'" - !"#$%&. De a3 s# eti$olo:a :rie:a IO M i:#al4 *aros M

presinF.

(ode$os concl#ir -#e el =ol#$en de deter$inada $asa de :as4 c#ando la presines constante4 =ara lineal$ente con s# te$perat#ra ordinaria XCF.

co$o =e$os en el p#nto en el c#al 6 M+4 corresponde a la te$perat#ra T MG27! XC. Esta te$perat#ra se deno$ina cero a*sol#to ) se considera co$o p#nto

de ori:en de la escala el=in.

(ode$os entonces a%ir$ar -#e4 en #na trans%or$acin iso*"rica;

El =ol#$en V de deter$inada $asa :aseosa4 $antenida a presin constante4 esdirecta$ente proporcional a s# te$perat#ra a*sol#ta T7

V

o sea constante si p M constanteF

T

1.2.3 COMPRESIONES EPANSIONES ADIABÁTICAS

N#estra e,periencia nos ense>a -#e c#ando nos ser=i$os ca%& en #n =aso de#nicel pode$os asirlo sin $iedo a -#e$arnos4 no as con #n =aso $et"lico. El#nicel se apro,i$a al concepto de pared -$-8'$,- -$#-&'" " ,-)!F4



$ientras -#e el $etal se apro,i$a al de -!" $-'+!($,- o *#ena cond#ctoraF.En realidad todos los $ateriales cond#cen calor4 o sea4 trans$iten ener:a c#andose $antiene #na di%erencia de te$perat#ras en a$*os lados de la pared4 pero#nos lo 3acen $"s lenta$ente -#e otros. i coloca$os #n =aso de ca%& calientedentro de #na c#*eta de a:#a %ra4 o si$ple$ente lo asenta$os so*re la $esa4 el

ca%& aca*ar" ad-#iriendo la te$perat#ra del a$*iente4 pero lo 3ar" $#c3o $"sr"pida$ente si el =aso es $et"lico.

(or otra parte4 si el =aso de #nicel lo de?a$os e,p#esto al $edio a$*iented#rante #na 3ora ) el =aso $et"lico slo #nos se:#ndos4 entonces se:#ra$ente

*a?ar" $"s la te$perat#ra del ca%& en el =aso de #nicel -#e en el =aso $et"lico.

U& !),"#) "# -$-8'$,) ,6-&) " #$#'"(- &) $&'"!,-(8$- "&"!</- "& *)!(-",-)! Q ,)& " ("$) 56" ) !)"-.

C#ando oc#rre #na e,plosin dentro de #n cilindro de $otor de :asolina odieselF4 en $il&si$as de se:#ndo4 $ientras el &$*olo recorre Ala carrera de

potenciaB4 el calor -#e alcana a ser trans$itido a tra=&s de las paredes delcilindro es $#) poco4 a pesar de -#e al oc#rrir la e,plosin 3a) #n a#$ento dete$perat#ra en los :ases dentro de &l %i:#ra 25F.

!!

0s4 el en%ria$iento de los :ases se de*e a -#e realian tra*a?o al $o=er el pistn) ese en%ria$iento es $a)or -#e el calor -#e p#edan trans$itir a las paredes del

$etal.

En otras pala*ras4 al tener en c#enta el $odelo cin&tico $olec#lar s#ele 3a*larsede -#e el tra*a?o corresponde a la ener:a trans$itida en %or$a ordenada ) elcalor corresponde a la ener:a trans$itida en%or$a desordenada.

C#ando las $ol&c#las c3ocan con la pared -#e =aretrocediendo ante el i$pacto de ellas4 &stasre*otan con $a)or =elocidad )4 por lo tanto4 con

$enor ener:a de $o=i$iento ener:a cin&ticaF4lo c#al trae consi:o #n en%ria$iento del :as.

03ora *ien4 c#ando las $ol&c#las c3ocan con las paredes in$=iles4 el :as no realia tra*a?o4 peros#s $ol&c#las p#eden trans$itir ener:a a las$ol&c#las -#e %or$an el en=ase -#e las contiene4



dando por res#ltado -#e el :as se en%re ) el en=ase ) a contin#acin4 losalrededores del en=aseF se caliente. En este caso se dice -#e la trans$isin deener:a se da en %or$a de calor.

8i:#ra 2

!'

(ara pro=ocar la e,plosin de la $ecla de aire ) aceite diesel en los $otoresdiesel4 -#e no tienen *#?as co$o los de :asolina4 antes -#e nada el aire seco$pri$e =iolenta$ente para ele=ar s# te$perat#ra. Desde el p#nto de =ista del$odelo cin&tico $olec#lar4 c#ando las $ol&c#las c3ocan con #na pared -#e =iene3acia ellas4 a#$entan s# =elocidad al re*otar4 incre$entando con ello s# ener:a

cin&tica4 lo -#e se re%le?ar" co$o #n a#$ento de te$perat#ra del :as. Estooc#rrira an si el $o=i$iento del pistn %#era lento@ sin e$*ar:o4 en este lti$ocaso co$o oc#rre al =eri%icar la Le) de o)le en el la*oratorio co$pri$iendocon pesas el aire dentro de #na ?erin:aF no se aprecia el a#$ento de te$perat#radel :as )a -#e &ste Atiene tie$poB de trans$itir ener:a en %or$a de calor a las

paredes del recipiente. (or eso en la pr"ctica4 c#ando los procesos se 3acen lentosla te$perat#ra se $antiene constante ) se 3a*la de procesos isot&r$icos.

LECTUR0 W

R"*";$)&"# #)8!" - )'"&,$- ()'!$@ " *6"<)Las $"-#inas -#e no reci*en s# $o=i$iento del calor4 a-#ellas -#e tienen por$otor la %#era de los 3o$*res o de los ani$ales4 #na cada de a:#a4 #nacorriente de aire4 etc.4 p#eden est#diarse 3asta en s#s $"s pe-#e>os detalles$ediante la teora $ec"nica. Todos los casos est"n pre=istos4 todos los$o=i$ientos i$a:ina*les est"n so$etidos a principios :enerales slida$enteesta*lecidos ) aplica*les a todas las circ#nstancias.Vste es el car"cter de #na



teora co$pleta. E=idente$ente para las $"-#inas de %#e:o %alta #na teorase$e?ante. No la poseere$os 3asta -#e las le)es de la %sica se enc#entrens#%iciente$ente e,tendidas ) :eneraliadas para poder conocer de ante$anotodos los e%ectos del calor al act#ar de #na $anera deter$inada so*re #n c#erpoc#al-#iera.

La prod#ccin del $o=i$iento en las $"-#inas de =apor est" sie$preaco$pa>ada de #na circ#nstancia so*re la c#al de*e$os %i?ar la atencin. Estacirc#nstancia es el resta*leci$iento del e-#ili*rio t&r$ico4 es decir4 el paso delcalor de #n c#erpo c#)a te$perat#ra es $"s o $enos alta a otro c#erpo en -#e es$"s *a?a. HJ#& s#cede4 en e%ecto4 en #na $"-#ina de =apor -#e se enc#entreact#al$ente en acti=idad. El calor desarrollado en el 3o:ar por e%ecto de laco$*#stin atra=iesa las paredes de la caldera4 da l#:ar al =apor ) en cierto $odose incorpora a &l. Vste4 arrastr"ndole consi:o4 le lle=a pri$ero al cilindro4 dondec#$ple #n cierto ser=icio4 ) desde all pasa al condensador donde se lic#a al

ponerse en contacto con el a:#a %ra -#e contiene. (or lo tanto4 en lti$ores#ltado4 el a:#a %ra del condensador se apodera del calor desarrollado por laco$*#stin. ediante el =apor se calienta4 co$o si 3#*iera estado colocadadirecta$ente so*re el 3o:ar. El =apor no dese$pe>a a-# otro papel -#e el detransportar el calor; llena el $is$o ser=icio -#e en la cale%accin de los *a>os de=apor4 con la sola di%erencia de -#e en n#estro caso s# $o=i$iento se apro=ec3a.

W

W C0RNOT4 adi; erie Ciencia ) Tecnolo:a. I(N4 19/7. pp. !9G'1.

!5

En las operaciones -#e aca*a$os de descri*ir se reconoce %"cil$ente elresta*leci$iento del e-#ili*rio t&r$ico4 el paso de calor de #n c#erpo $"s o$enos caliente a #n c#erpo %ro. El pri$ero de estos c#erpos es el aire -#e$adoen el 3o:ar )4 el se:#ndo4 el a:#a de condensacin. El resta*leci$iento dele-#ili*rio t&r$ico se 3ace entre ellos4 si no co$pleta$ente4 por lo $enos en

parte; p#es4 de #n lado4 el aire -#e$ado4 desp#&s de 3a*er c#$plido s# ser=icio4de 3a*er rodeado la caldera4 se escapa por la c3i$enea con #na te$perat#ra $#)

in%erior a la -#e 3a*a ad-#irido por e%ecto de la co$*#stin4 ) por otra parte4 ela:#a del condensador4 desp#&s de condensar al =apor se ale?a de la $"-#ina con#na te$perat#ra s#perior a la -#e tena al entrar.

1.2.4 EFICIENCIA DE MÁQUINAS TÉRMICAS

(ri$era ) se:#nda le) de la ter$odin"$ica



Con la -#e$a de co$*#sti*le4 #na $"-#ina t&r$ica4 as co$o #nater$oel&ctrica4 %#ncionan es-#e$"tica$ente de la si:#iente $anera;

En la caldera de =apor de a:#a se so*recalienta 3asta #na te$perat#ra pore?e$plo 5++ XCF. a*iendo -#e el co$*#sti*le4 por e?e$plo4 car*nF se -#e$a

por 3ora4 se p#ede calc#lar el poder calor%ico del co$*#sti*le Hc#"nta ener:a setrans$ite al =apor de a:#a cada 3ora por e?e$plo4 1+++ +++ $Y por 3oraF. En ele?e$plo $encionado4 de ac#erdo con el principio de la conser=acin de laener:a pri$era le) de la ter$odin"$ica se %or$#la de la si:#iente $anera; ADela ener:a en %or$a de calor J4 reci*ida por #n siste$a4 parte de ella se e$plea

para a#$entar la ener:a interna del siste$a Z[4 ) otra en el tra*a?o Q4 -#erealia el siste$aF4 #na =e -#e el =apor se 3a en%riado al e,pandirse ) realiartra*a?o 3aciendo :irar las t#r*inas4 de*er" ser condensado4 para ello de*er"trans$itir calor a ran de '+ $il $Y cada 3ora4 por e?e$plo a 2+ la te$perat#radel condensador.

1+++ +++ Ener:a disponi*le $Y 3

para realiar tra*a?o; !+ +++ $Y 3ora

'+ +++ $Y 3

Condensador

La e%iciencia de esta $"-#ina ser";

$Y

!+ +++

3



, + ! . !\

$Y

1 +++ +++

3

!

De ac#erdo con la le) de la ter$odin"$ica e,presada por pri$era =e por elin:eniero adi Carnot en 1/274 no es posi*le trans%or$ar toda la ener:a li*eradaal -#e$ar el co$*#sti*le en ener:a $ec"nica a tra=&s de #na $"-#ina -#etra*a?e cclica$ente co$o en el caso de la ter$oel&ctrica en c#estin.

La e%iciencia de #na $"-#ina ideal $"-#ina de CarnotF -#e tra*a?e cclica$entetiene la %r$#la;

T condensador

E ideal M1 4

T caldera

donde T es la te$perat#ra a*sol#ta o Sel=in.

Re:resando a n#estro e?e$plo;

T cond M 2+ 27! M 29!

T cald M 5++ 27! M 77!

29!

E ideal M1 1 . 2

+ !/ . 2\ 77!

onoces la e,presin;

KJ



Z Ei 4.2 Z

m T

Kg C

-

donde '.2 representa #n =alor aplica*le slo c#ando se tra*a?a con a:#a@ $ S:F4la $asa de la s#stancia dada en Silo:ra$os4 ) ZT XCF4 la di%erencia entre late$perat#ra %inal ) la te$perat#ra inicial.

En el caso del recipiente $et"lico4 s#poniendo -#e la di%erencia de te$perat#ras-#e e,peri$ent %#e ZT M 27XC4 ) co$o s# $asa es de #n Silo:ra$o4 entoncestene$os ;

Z Ei F 1al p#edes repasar los te$as ) conceptos $"s rele=antes de este capt#lo.



!/

0 contin#acin te presenta$os #na serie de e?ercicios -#e te ser=ir"n para -#e apli-#es los

conoci$ientos -#e ad-#iriste en este capt#lo.

1. HJ#& presin en (aF se necesita para e?ercer so*re el &$*olo de #na ?erin:a4 en c#)o interior se enc#entra atrapado #n =ol#$en de 25 c$! deaire4 para co$pri$irlo a; H12 de s# =ol#$en ori:inal H1! de s#=ol#$en ori:inal H1' de s# =ol#$en ori:inal H15 de s# =ol#$enori:inal

2. H1 de s# =ol#$en ori:inal Ello en el s#p#esto de -#e late$perat#ra no ca$*ia ) el aire atrapado no se escapa.F

2. Con los datos anteriores co$pleta la si:#iente ta*la ) ela*ora #na :r"%ica.

!. La presin $ano$&trica correcta para #n ne#$"tico es de !+ Ali*rasB(IF. HC#"l es el =alor de esta presin en (a.

'. HC#"l es la presin a*sol#ta en (a si el coc3e est" en el (#erto de6eracr#.

5. HC#"nto esperaras -#e $arcara el $an$etro en la Ci#dad de &,ico sino 3a entrado o salido aire del ne#$"tico ) s#poniendo -#e la te$perat#ra

%#era la $is$a.

. H0 c#"nto e-#i=alen 2!+ XC en la escala el=in.

V)6("& P!"#$%& PV6 c$!F ( (aF

1 25 7/ 195+

12

13

14



1

1=

!9

'+

Las si:#ientes resp#estas son las -#e de*iste dar a los e?ercicios anteriores. i sonse$e?antes a las t#)as4 %elicidades4 -#iere decir -#e 3as co$prendido $#) *ienlos te$as@ pero si no es as4 no te preoc#pes4 #*ica donde est#=o el error ) repasalos

contenidos correspondientes.

!

1. i atrapa$os #n =ol#$en de 25 c$ de aire en #na ?erin:a4 sellando elori%icio de salida4 de*e$os s#poner -#e la presin e?ercida so*re el&$*olo en ese $o$ento es de 7/ (a4 -#e es la presin at$os%&rica sia:re:a$os #n peso de 7/ (a so*re el &$*olo@ es decir4 si d#plica$os

presin4 el =ol#$en dis$in#ir" a la $itad4 p#es4 rec#erda4 la relacin entre presin ) =ol#$en del aire encerrado es #na relacin in=ersa$ente proporcional.

1. De*es to$ar en consideracin -#e para todos los casos de*e darte#n res#ltado de

2. (6 M 195+ (a c$! .

2. Considera -#e 1 (I M .7 pa.

!. La presin a*sol#ta es la s#$a de la presin $ano$&trica ) la at$os%&rica.Considera -#e en 6eracr# la presin at$os%&rica es de 1++ (a

apro,i$ada$ente.'. i a #na presin at$os%&rica de 1++ (a el $an$etro $arca !+ (I a4 7/

(a de presin at$os%&rica Ci#dad de &,icoF $arcara 2!.' (I@ t#sresp#estas de*es anotarlas en (a.

.H0 c#"nto e-#i=alen 2!+ XC en la escala el=in.



T F M 2!+XC 27! M 5+!

5+!

'1

HIDROSTÁTICA

2.1 PRESIÓN EN FLUIDOS

2.1.1 (rincipio de (ascal

2.1.2 0plicaciones

2.2 PRESIÓN HIDROSTÁTICA

2.2.1 Densidad en lidos ) L-#idos

2.2.2 (rincipio de 0r-#$edes

2.3 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

2.!.1 Tensin #per%icial

2.!.2 0d3esin4 Co3esin ) Capilaridad

2.4 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN FLUIDOS

2.'.1 asto 6ol#$&trico

2.'.2 6iscosidad

2.'.! (rincipio de erno#lli

'!

El si:#iente $apa concept#al te #*ica en %or$a :eneral so*re los conoci$ientos-#e =as aad-#irir enestecapt#lo4 as co$o las %or$as ) #tilidad para lo:rarlos.



'5

CAPÍTULO 2. HIDROSTÁTICA

2.1 PRESIÓN EN FLUIDOS

En el capt#lo anterior realiaste al:#nas acti=idades relacionadas con el aire4 )con ellas se co$pro* -#e Aante #na e,pansin o #na co$presin el aire tiende a$antener s# estado ori:inalB4 es decir4 -#e el aire es el"stico ) s#scepti*le de serco$pri$ido. Un :as co$pri$ido4 co$o el aire de la ?erin:a4 sie$pre e$p#?ar"3acia a%#era en todas direcciones4 creando as #na condicin de presin4 la c#alser" $"s :rande entre $"s se co$pri$a el aire al$acenado.



8i:#ra 27. Los *#os respiran aire co$pri$ido. i el aire de los tan-#es noest#=iera co$pri$ido4 llenara 9++ de ellos.

'7

(ara il#strar $e?or el co$porta$iento del aire c#ando se so$ete a #na presindeter$inada4 introd#ce dos :lo*itos en la ?erin:a %i:#ra 2/F.

8i:#ra 2/

(ri$ero e$p#?a el &$*olo. HJ#& ca$*ios o*ser=as en el =ol#$en de los:lo*itos. 03ora ?ala el &$*olo de $anera -#e pro=o-#es #na e,pansin %i:#ra29F.

8i:#ra 29

H(odras e,plicar tales ca$*ios en el =ol#$en de los :lo*itos en t&r$inos del$odelo cin&tico $olec#lar



'/

O*ser=a -#e el =ol#$en de los :lo*itos se red#ce4 pero conser=an s# %or$aes%&rica@ esto se de*e a -#e la %#era e?ercida so*re el &$*olo se trans$ite 3aciatodas direcciones en el interior de la ?erin:a ) no nica$ente en la direccin del

&$*olo4 p#es si as %#era4 los :lo*itos se aplastaran4 ) se Aac3ataranB4 o sealar:aran co$o salc3ic3a en el se:#ndo caso.

H(resentar" el a:#a las $is$as caractersticas de e,pandirse ) co$pri$irse co$oen el caso de los :ases.

En el caso del a:#a4 s# co$porta$iento ante #na e,pansin o #na co$presin esdi%erente. To$a la $is$a ?erin:a ) ll&nala 3asta tres c#artas partes de s# =ol#$entotal4 e$p#?a el &$*olo ) desp#&s ?"lalo a %in de pro=ocar #na e,pansin co$oen el caso del aireF.

HC$o interpretas estas di%erencias

0n c#ando el a:#a no se co$pri$e ni se e,pande4 s trans$ite la presin a la-#e la so$etes. 03ora =ea$os; introd#ce los :lo*itos en la ?erin:a4 repite laco$presin ) la e,pansin.

HJ#& =ariacin en s# =ol#$en e,peri$entan en cada caso.

H0 -#& concl#siones p#edes lle:ar a partir de estas e,periencias en torno a la

trans$isin de presin en el aire ) en el a:#a.

HC$o crees -#e sea la salida del a:#a en relacin con las paredes del recipiente perpendic#lar4 paralela o lineal. HC$o te e,plicas la direccin en -#e sale ela:#a c#ando e$p#?as del &$*olo.

i %#iste o*ser=ador en este sencillo e,peri$ento4 se:#ra$ente contestaste -#e ell-#ido trans$ite la presin aplicada en el &$*olo a todos los p#ntos delrecipiente es%&rico. La presin o*li:a al a:#a a salir por los ori%icios ) sie$pre lo3ace en %or$a perpendic#lar con respecto de las paredes del recipiente.

i por al:#na ran no tienes esta ?erin:a a la $ano4 p#edes 3acerla per%orando#na de pl"stico desec3a*le@ ase:rate de -#e los a:#?eros sean de i:#al ta$a>o.

'9



8i:#ra !+

HRec#erdas el l#din -#e aparece en el %ascc#lo I de 8sica I.

H(odras a3ora e,plicar por -#& se red#ce el =ol#$en del aire encerrado en el:otero c#ando se e$p#?a el tapn. 03ora *ien4 al entrar $"s a:#a al :otero4 &stese 3#nde. H<as pensado por -#&.

8i:#ra !1

(anc3o (ineda4 del (lantel 2+4 lle= a6eracr# #na *otella sin tapn con #n:otero dentro para -#e la conociera

s# pri$o. C#ando sali de la Ci#dadde &,ico4 el :otero esta*a cali*rado para $antenerse a %lote@ al lle:ar al p#erto4 o*ser= -#e se 3a*as#$er:ido ) tocado %ondo. De$o$ento pens -#e el aire p#do3a*erse escapado4 pero desp#&s de$editarlo *ien4 concl#) -#e la presin at$os%&rica 3a*a a#$entado4 lo -#e

pro=oc s# 3#ndi$iento. HEst"s de ac#erdo con esta e,plicacin.

5+

2.1.1 PRINCIPIO DE PASCAL

0#n-#e los l-#idos4 co$o te diste c#enta4 no se p#eden co$pri$ir4 c#ando por#n lado se e$p#?a el l-#ido contenido en #n recipiente4 la presin -#e se e?erceso*re &ste se trans$ite a las de$"s partes del l-#ido.



i pisas el pedal del %reno de #n coc3e4 Ae$p#?asB #n l-#ido a lo lar:o de #nt#*o -#e *a?a 3asta los %renos@ co$o el l-#ido no se p#ede co$pri$ir deac#erdo con el e?ercicio anteriorF4 la presin se trans$ite del pedal a los %renos.

8i:#ra !2. 0l pisar el pedal se e$p#?a #n l-#ido -#e *a?a a los %renos. El l-#ido

se trans$ite por i:#al presin a los %renos de cada r#eda poniendo a &stos encontacto con #n disco %i?ado a la r#eda.

Este 3ec3o lo e,peri$ent el $ate$"tico %ranc&s las (ascal4 en c#)o 3onor estale) se deno$ina P!$&,$$) " P-#,-4 el c#al se en#ncia co$o si:#e;

AEl incre$ento de presin en #n p#nto de #n l-#ido en e-#ili*rio4 se trans$itente:ra$ente a todos los p#ntos de dic3o l-#idoB

La ?erin:a de (ascal per$ite de$ostrar la trans$isin de presin en %or$a $as

e,peri$ental -#e con las ?erin:as -#e e$pleaste. Vsta consiste de #n recipientees%&rico per%orado pro=isto de #n &$*olo4 co$o se $#estra en la %i:#ra !!.

51

8i:#ra !!

(ara #tiliar esta ?erin:a es necesario llenarla con a:#a ) desp#&s aplicar #na%#era so*re s# &$*olo. En t# c#aderno de 8sica anota en -#& direccin )sentido sale el a:#a por los a:#?eros.



52

2.1.2 APLICACIONES AL PRINCIPIO DE PASCAL

60O COUNIC0NTE

<e$os realiado acti=idades para considerar la in%l#encia -#e e?erce la presinen los %l#idos contenidos en recipientes de %or$a de%inida. 03ora 4Hc$o seco$portar"n &stos si los est#dia$os en recipientes -#e se co$#nican entre s )tienen di%erentes %or$as.

En la %i:#ra !' considera$os ' recipientes di%erentes en %or$a ) ta$a>o4 ) c#)as *ases est"n #nidas por #n t#*o. e dice -#e tales recipientes son A=asosco$#nicantesB. i a:re:a$os a:#a en estos =asos ) espera$os -#e alcancen elestado de e-#ili*rio4 los p#ntos sit#ados en #n $is$o ni=el 3oriontal de*en

estar so$etidos a presiones i:#ales4 de lo contrario4 no 3a*r" e-#ili*rio4 p#es para lo:rarlo el a:#a de*er" alcanar alt#ras i:#ales en a$*os recipientes %i:#ra!'F.

El 3ec3o de -#e #n l-#ido tienda a ni=elarse en los =asos co$#nicantes tieneaplicaciones interesantes; para poner al $is$o ni=el dos p#ntos en lasconstr#cciones4 los al*a>iles #tilian #na $an:#era transparente llena de a:#a4a?#stan el ni=el de &sta en #no de los e,tre$os de la $an:#era en #n p#nto de la

pared4 ) con el otro e,tre$o p#eden localiar p#ntos en otros sitios -#e de*er"nestar al $is$o ni=el4 por e?e$plo4 para colocar en %or$a ni=elada los a#le?os de

#na cocina.

8i:#ra !5

5!



0s $is$o4 la re:adera4 la ca%etera o la tetera son e?e$plos de =asosco$#nicantes; C#ando te *a>as con re:adera4 el a:#a =ertida en &sta sie$pre seenc#entra a #n $is$o ni=el en el depsito ) en s# t#*o lateral.

En el interior del recipiente ) en s# *oca el l-#ido tiene sie$pre el $is$o ni=el@

esto se de*e a -#e la presin at$os%&rica est" e$p#?ando con i:#al %#era ena$*os lados.

8i:#ra !

L- !"&#- $!6$,- es #na $"-#ina -#e apro=ec3a el principio de (ascal paraa$pli%icar el e%ecto de las %#eras; consiste de dos recipientes co$#nicados4dentro de los c#ales operan dos &$*olos de distinta s#per%icie4 co$o se =e en la%i:#ra !7.

8i:#ra !7

De ac#erdo con el (rincipio de (ascal4 si al &$*olo le aplicas #na %#eradeter$inada4 &sta se trans$itir" a tra=&s del l-#ido ) aca*ar" por presionar al&$*olo 0. (ara e=itar -#e &ste lti$o s#*a4 se car:a con #n peso necesario para-#e las presiones se i:#alen.

(or lo tanto4 si #na %#era de entrada4 81@ acta so*re #n &$*olo de "rea4 014



ocasionar" #na %#era de salida4 8+ 4 -#e act#ar" so*re el &$*olo de "rea4 0+ 4 )entonces;

presin de entrada M presin de salida

5'

El :ato 3idr"#lico se #tilia en $"-#inas o instr#$entos de tra*a?o4 co$o lossillones de los dentistas ) de los pel#-#eros4 per$iti&ndoles le=antar a s#sclientes con #n pe-#e>o es%#ero@ lo $is$o oc#rre con los ele=adores3idr"#licos. La prensa 3idr"#lica ta$*i&n si:#e el $is$o principio; co$pri$e%#erte$ente los o*?etos ) sir=e para e,pri$ir se$illas ) %r#tas a e%ecto de e,traeraceite o ?#:os. ir=e ta$*i&n para e$pacar4 en pe-#e>os =ol$enes4 al:odn43eno4 *as#ra4 etc.

ACTIVIDAD

i -#ieres di=ertirte #n rato4 p#edes realiar la si:#iente acti=idad; constr#)e #n:ato 3idr"#lico con dos ?erin:as desec3a*les -#e ten:an distintos di"$etros. Con#n co$pa>ero ?#e:a a =er -#i&n e$p#?a $"s %#erte con el dedo el &$*olorespecti=o %i:#ra !/F.

8i:#ra !/

HEn c#"l &$*olo presionaste $"s %#erte. Calc#la la presin -#e se e?erce encada &$*olo. 0nota las concl#siones en t# c#aderno ) co$&ntalas con elco$pa>ero -#e te a)#d a realiar la acti=idad.

E ()$($"&') " -# -!'/,6-# " <-# 0 " /56$) )!$<$&- 56" - !"#$%&56" #""9"!," #)8!" ")# #" '!-&#($'- &) #%) "& " #"&'$) "& 56" -,'- -*6"!@-7 ,)()#6,"" "& )# #%$)#7 #$&) "& ')-# $!",,$)&"#.



4 *ien4 nos 3e$os re%erido a los l-#idos desde n#estra apreciacin$icroscpica. (ara n#estros sentidos4 el a:#a -#e contiene #n recipiente est" enreposo@ sin e$*ar:o4 se:n el $odelo cin&tico $olec#lar4 -#e )a 3e$osdesarrollado4 las $ol&c#las del a:#a est"n en constante $o=i$iento en todasdirecciones.

i rec#erdas4 en el %ascc#lo I de 8sica II aparece #n pro*le$a relacionado con el:ato 3idr"#lico ) se te pide calc#lar s# e%iciencia e%iciencia M QsQeF@ esinteresante notar -#e este tipo de :atos o $"-#inas si$plesF %#ncionan#tiliando este $is$o principio@ as4 cada =e -#e *a?as la palanca del :ato4trans$ites presin al l-#ido -#e est" adentro@ co$o los l-#idos no seco$pri$en4 esta presin a s# =e se trans$ite so*re #n pistn :rande 3aci&ndolos#*ir cada =e -#e e?erces presin so*re el l-#ido.

55

Ntese -#e si el "rea del pistn :rande es 2+ =eces $a)or -#e el "rea del pistn pe-#e>o4 el l-#ido e?ercer" so*re el pistn :rande #na %#era 2+ =eces $a)or-#e la -#e e?erce el pistn pe-#e>o. H(or -#&. in e$*ar:o4 si el pistn pe-#e>o

*a?a 2+ c$4 el pistn :rande slo s#*e 1 c$. H(or -#&. (or otra parte4 recordar"s-#e la e%iciencia de #na $"-#ina real sie$pre

es $enor -#e 1 1++. H(or -#&.

8i:#ra !9. Estr#ct#ra de #n :ato 3idr"#lico ; 1F c#erpo a le=antar@ 2F pistn

pe-#e>o4 !F ="l=#las@ 'F ="l=#la para *a?ar la car:a@ 5F pistn :rande.

Contin#ando con el est#dio de los =asos co$#nicantesc#al-#ier recipiente en el -#e se =acen los l-#idossie$pre presentar" #na s#per%icie lisa c#ando &stosest&n en reposo.



8i:#ra '+

Une dos t#*os de =idrio con #no de 3#le; cierra el t#*o de 3#le en s# parte $edia

) =ierte el a:#a en #no de los de =idrio. 03ora a*re el t#*o de 3#le4 ) notar"s -#eel a:#a co$iena a %l#ir al se:#ndo t#*o de =idrio 3asta -#e la s#per%icie l-#idaen los dos t#*os alcana #n $is$o ni=el %i:#ra '1F.

5

8i:#ra '1

En =e de t#*os de =idrio ) $an:#eras de 3#le p#edes #sar #na $an:#eratransparente en %or$a de U. #*e ) *a?a #no de los t#*os e inclnalo 3acia

c#al-#ier lado. En c#anto el a:#a se tran-#ilia4 H-#& s#cede. Lo -#e oc#rre es-#e el ni=el del a:#a si:#e siendo el $is$o.

En los l-#idos en reposo de los =asos co$#nicantes la presin a c#al-#ier ni=eles la $is$a4 ran por la c#al en estos ni=eles la alt#ra de las col#$nas dell-#ido es i:#al. i a3ora a #no de los t#*os a:re:as a:#a ) al se:#ndo aceite4d#rante el e-#ili*rio los ni=eles de estos l-#idos no ser"n i:#ales.



0l realiar el e,peri$ento se o*ser=a -#e si 32 la col#$na de a:#aF es de 1 $4 lade aceite es de 1.1 $4 pero la de $erc#rio de 7.5 c$. i col#$nas de di%erentesl-#idos e?ercen presiones i:#ales4 las alt#ras est"n en proporcin in=ersa a lasdensidades de los l-#idos4 co$o se $enciona $"s adelante.

F$<6!- 42- C6-&) #"$"!'" -<6- "& 6&'68) "& U )#&$""# "& -(8)#-)# #" $<6--&"8$) - -!"#$%&-'()#*+!$,-.

*F i en el $is$o t#*ose =ierte aceite4 lascol#$nas 31 aceiteF )32 a:#aF ser"ndi%erentes@ sine$*ar:o4 s#s $asastendr"n el $is$o peso.

cF La col#$na 31 contiene$erc#rio4 la col#$na 32a:#a ) s# lon:it#d es de1!. =eces $a)or -#e ladel $erc#rio4 de*ido a la$a)or densidad del$erc#rio con respecto del

a:#a.57

Con *ase en el principio o*ser=ado4 pode$os calc#lar el =alor de la presinat$os%&rica con la si:#iente acti=idad; Llena de a:#a #na $an:#era de 1+ $etrosde lar:o4 c#)o e,tre$o in%erior est& cerrado. 0cto se:#ido4 s#*e con ella al tercer

piso de al:n edi%icio para $antenerla en %or$a =ertical@ para ello necesitar"s -#ete a)#den otros co$pa>eros. 0 contin#acin cierra 3er$&tica$ente el e,tre$os#perior de la $an:#era ) colcala en la posicin -#e $#estra la %i:#ra '!.



8i:#ra '!

03ora a*re el ori%icio in%erior; parte del a:#a sale de la $an:#era4 pero dentro-#eda #na col#$na. HDe -#& lon:it#d es esa col#$na. In=esti:a el "rea de lacirc#n%erencia de la $an:#era ) calc#la el =ol#$en. HC#"nta $asa de a:#acontiene esa col#$na4 Hc#"l es s# peso4 H-#& presin e?erce.

(#edes considerar el res#ltado o*tenido por #nos est#diantes -#e al ni=el del $ar #saron #na $an:#era de 1 p#l:ada M 2.5' c$ de di"$etro4 la llenaron de a:#a

p#ra4 ) o*ser=aron -#e el a:#a -#e per$aneca en la $an:#era desp#&s dedestapar el ori%icio in%erior %#e de 1+.! $etros.

8i:#ra '' . 6apor de a:#a@ 2 col#$na de a:#a4 ) ! col#$na de aire.

5/

Co$o co$pro*a$os en los t#*os en %or$a de U4 dos l-#idos di%erentes aceite )a:#a4 por e?e$ploF4 a#n-#e ten:an di%erente lon:it#d4 e?ercen presiones i:#alesen a$*os lados del t#*o@ en este caso4 al $antener tapado el e,tre$o $"s alto delt#*o e=ita$os -#e la presin at$os%&rica a%ecte al a:#a contenida en &l4



lo:r"ndose #n e%ecto de =aco. No o*stante4 no pode$os e=itar -#e se llene de=apor de a:#a %i:#ra ''G1F el c#al e-#i=ale apro,i$ada$ente al ! \ de la

presin at$os%&rica si o*ser=as *ien =er"s -#e el a:#a e*#lle c#ando co$ienaa *a?arF@ en el otro e,tre$o -#e est" destapado acta la presin at$os%&rica.HC$o calc#laras s# =alor4 Hc$o a%ecta a t#s res#ltados el 3ec3o de -#e el

=apor de a:#a atrapada en la $an:#era represente el !\ de la presinat$os%&rica.

i esta e,periencia la realias con $erc#rio4 Ha -#& alt#ra esperaras -#e se-#edara. HT#s res#ltados =ariaran si la realias en el p#erto de 6eracr#.

En la act#alidad e,isten aparatos o dispositi=os4 lla$ados *ar$etros4 -#e $idenla presin. El *ar$etro de $erc#rio %#e in=entado por E=an:elista Torricelli4 )consiste4 esencial$ente4 en #n t#*o de $erc#rio4 -#e se coloca in=ertido en #nrecipiente con el $is$o $etal. (arte del $erc#rio contenido en el t#*o sale de

a34 pero la presin e,terior del aire -#e acta en la s#per%icie de $erc#rio delrecipiente soporta #na col#$na de $erc#rio de alt#ra 3. (#esto -#e el siste$aest" en e-#ili*rio4 la presin e,terna es i:#al a la presin del peso de la col#$nade $erc#rio.

La presin at$os%&rica ta$*i&n se $ide con #n *ar$etro aneroide. En esteinstr#$ento se e$plea #n dia%ra:$a $et"lico sensi*le en #na c"$ara al =aco

para detectar al:#na presin4 la c#al se indica $ec"nica$ente. (ara $edir la presin $ano$&trica se #tilia el $an$etro de t#*o a*ierto4 el c#al consiste en#n t#*o en %or$a de U -#e contiene #n l-#ido -#e #s#al$ente es $erc#rio o

a:#a4 dependiendo de la $a:nit#d de la presin -#e se desee $edir4 co$o se$ostr en el capt#lo 1. Los $an$etros de t#*o cerrado $iden la presina*sol#ta. Otros dispositi=o til para $edir la presin $ano$&trica es el$an$etro de o#rdon4 -#e es #n t#*o $et"lico c#r=o aplanado cerrado en #ne,tre$o ) conectado por el otro a la ona en -#e =a a $edirse la presin a*sol#ta.

(or lo re:#lar4 estos dispositi=os se e$plean en la ind#stria para $edir la presinde la $a-#inaria -#e #tilia =apor4 ) est"n 3er$&tica$ente cerrados co$o lasollas de presin -#e se #tilian para cocinar.



8i:#ra '5

59

Con el si:#iente es-#e$a podr"s repasar los conceptos ) aplicaciones del te$a-#e est#diaste.

+



2.2 PRESIÓN HIDROSTÁTICA

La presin 3idrost"tica es a-#ella -#e ori:ina todo l-#ido contenido en #nrecipiente 3acia el %ondo ) las paredes del $is$o@ se de*e a la %#era -#e el pesode las $ol&c#las e?erce so*re #n "rea deter$inada.

La presin 3idrost"tica a#$enta en relacin directa a la pro%#ndidad.

(ara -#e co$prendas $e?or este concepto realia la si:#iente acti=idad.

Consi:#e #n t#*o transparente de =idrio o de pl"stico de !+ c$ de lar:o a*ierto por los dos lados. Recorta #n crc#lo de di"$etro s#perior al del t#*o4 de pre%erencia -#e sea de pl"stico r:ido4 ) 3ale #n ori%icio en el centro con la p#nta de #n al%iler. 03ora pasa a tra=&s del ori%icio #n 3ilo4 de $odo -#eatra=iese todo el t#*o4 ) "talo con #n pe-#e>o n#do por el e,tre$o interior del

crc#lo%i:#ra'F.

8i:#ra '

L#e:o estira el 3ilo por el e,tre$o s#perior del t#*o de $odo -#e el crc#loa?#ste per%ecta$ente al t#*o en el aire. Con el 3ilo tenso4 introd#ce el t#*o en #nrecipiente con a:#a4 ) a3ora s s#elta el 3ilo. HJ#& o*ser=as. 0l soltar el 3ilo4 elcrc#lo si:#i pe:ado al t#*o4 a#n-#e lo 3a)as introd#cido dia:onal o=ertical$ente.

1



8i:#ra '7ant&n el t#*o en #na posicin %i?a )a sea dia:onal o =erticalF4 )e$piea a =erter lenta$ente a:#a coloreada por el e,tre$o s#perior del t#*o.

8i:#ra '/. C#ando el ni=el del a:#a coloreada en el t#*o es el $is$o -#e en elrecipiente4 el pl"stico cae lenta$ente.

i tienes #n t#*o %le,i*le4 lo p#edes do*lar ) 3acer -#e to$e %or$as capric3osas4co$o las de la %i:#ra '9.



8i:#ra '9

2

La presin de %l#ido se e?erce en todas direcciones4 incl#so de a*a?o 3acia arri*a.

En este caso4 la presin -#e el a:#a e?erce so*re el pl"stico es lo -#e per$itese:#ir ad3erido al t#*o. i =iertes a:#a la p#edes colorearF dentro del t#*o4 el

pl"stico de?ar" de estar ad3erido c#ando la %#era -#e e?era el a:#a -#e contienesea $a)or -#e la presin -#e e?erce el a:#a del recipiente. O*ser=ar"s -#e laalt#ra del a:#a coloreada ser" i:#al a la alt#ra del a:#a -#e est" en el recipiente.Repite la acti=idad4 slo -#e a3ora #tilia alco3ol4 aceite ) $#niciones &stas=i&rtelas lenta$enteF. HJ#& alt#ra alcanaron estas s#stancias con respecto alni=el del a:#a en el recipiente al $o$ento en -#e se despe:a el pl"stico.

(ara se:#ir con s#s est#dios so*re la presin de #n l-#ido4 (anc3o ar$ #n

dispositi=o co$o el -#e se $#estra en la %i:#ra 5+.

#$er:i #na ?erin:a sin &$*olo con 5 c$! de aire encerrado a 2 $ de pro%#ndidad4 )

o*ser= -#e el =ol#$en -#e oc#pa*a el aire se red#ca a ' c$! . Repiti ele,peri$ento s#*iendo ) *a?ando n#e=a$ente la ?erin:a para ase:#rarse de -#e elaire no se escapara4 ) reprod#?o los res#ltados anteriores

8i:#ra 5+

De ac#erdo con la le) de o)le4 (anc3o raon de la si:#iente $anera; itene$os #na presin inicial de 7/ (a presin at$os%&rica en la Ci#dad de&,icoF ) #n =ol#$en inicial de aire de 5 c$! 4 entonces4 Hc$o de*e estarca$*iando la presin si tene$os #n =ol#$en %inal a dos $etros de pro%#ndidadFde ' c$! . De esta $anera;

P P- V ,(3PV -

,(3

7/ 5 !9+

F ' !9+

!



HJ#& =alor de*e encontrar (anc3o si4 se:n o)le4 la (6 sie$pre es constante.

En este caso4 el ca$*io de presin por la pro%#ndidad del a:#a se $ani%iesta porla dis$in#cin en el =ol#$en de aire encerrado en la ?erin:a4 )a -#e se co$pri$eal a#$entar la presin -#e se e?erce so*re &l. i d#plica$os la presin so*re #na

cantidad de :as encerrado4 Ha c#"nto se red#ce s# =ol#$en4 Ha -#& pro%#ndidadesperaras -#e se d#plicara la presin at$os%&rica -#e 3a) en al Ci#dad de&,ico.

(anc3o =ia? al p#erto de 6eracr# ) en co$pa>a de s# pri$o4 -#e es *#o4-#iso inda:ar la pro%#ndidad en la -#e se d#plica la presin at$os%&rica a ni=eldel $ar@ pidi a s# pri$o -#e *a?ara la ?erin:a llena de aire ) se det#=iera a la

pro%#ndidad en -#e el =ol#$en de aire se red#?era a la $itad. Una =e 3ec3oesto4 $idi la lon:it#d -#e 3a*a alcanado el 3ilo atado a la ?erin:a4 ) o*t#=oco$o res#ltado alrededor de 1+ $etros. Concl#) -#e al ni=el del $ar4 donde la

presin at$os%&rica es de 1+1 (a4 la presin se d#plica a #na pro%#ndidad de 1+$etros4 apro,i$ada$ente.

8i:#ra 51

HJ#& =ariacin en los res#ltados esperaras enla Ci#dad de &,ico4 donde la presinat$os%&rica es de 7/ (a a 1+.! $ de

pro%#ndidad en la C#idad de &,ico4 el=ol#$en del aire encerrado en la ?erin:a se

red#ce; aF la $itad4 *F $as de la $itad4 cF$enos de la $itad. i t# resp#esta no %#e la aF4Ha -#& pro%#ndidad el =ol#$en se red#ce a la$itad. e te oc#rre dnde o c$o podra =eri%icarse.

ACTIVIDAD

Calc#la la presin e?ercida en el %ondo de #n depsito de a:#a c#ando est" lleno4c#)a "rea en la *ase es de 1 $24 ) s# alt#ra de 5 $. a*e$os -#e la $asa es de1$! es i:#al a 1 +++ S:4 p#es la densidad del a:#a es de 1 S: en cada litro. 03ora

*ien4 H-#&

=ol#$en tiene dic3o depsito en total.

'



8i:#ra 52

i 1 $! contiene 1 +++ S: de $asa de a:#a4 H-#& $asa contiene n#estro

depsito. Co$o )a sa*e$os4 para deter$inar el peso de #n c#erpo 3a) -#e$#ltiplicar s# $asa por 9./ NS:4 )a -#e #n c#erpo de 1 S: pesa 9./ N. HConc#"ntos netons de %#era presiona el a:#a contenida.

03ora4 la presin se calc#la di=idiendo el peso del a:#a por el "rea del %ondo del

depsito N$2 M (aF. HJ#& res#ltado o*tienes.

2.2.1 DENSIDAD EN SÓLIDOS LÍQUIDOS

8i:#ra 5!

5



En n#estra =ida diaria o*ser=a$os -#e al:#nos c#erpos %lotan en el a:#a ) otrosse 3#nden. Ta$*i&n sa*e$os -#e todos los *lo-#es -#e 3a:a$os con el $is$otipo de $adera %lotan4 as co$o todas las canicas de =idrio4 )a sean :randes o

pe-#e>as4 se 3#nden. Tal parece -#e lo deter$inante para -#e %lote o se 3#nda #no*?eto es el tipo de $aterial del -#e est& %a*ricado4 ) no el ta$a>o. (#ede

a%ir$arse -#e cada $aterial posee #na propiedad -#e lo 3ace di%erente a todos; el$is$o =ol#$en en di%erentes $ateriales no e-#i=ale al $is$o peso. 0s4 ladi%erencia en la $asa de 1 S: de plastilina ) de 1 S: de plo$o es el =ol#$en -#eoc#pan. (or otra parte4 si tene$os dos c#*os de i:#al ta$a>o4 el -#e pese $"stendr" $a)or densidad %i:#ra 59F.

Consi:#e c#atro *lo-#es del $is$o ta$a>o =ol#$enF de $adera4 3ierro4al#$inio ) plastilina4 ) ord&nalos de $a)or a $enor densidad. HC#"l es el ordenen -#e -#edan. i la plastilina tiene %or$a irre:#lar4 p#edes $edir s# =ol#$ende la si:#iente $anera; llena #na pro*eta :rande con a:#a 3asta ] partes de s#=ol#$en e introd#ce la plastilina.

8i:#ra 5'. 31 M=ol#$en de a:#a desplaada por la plastilina

El =ol#$en de a:#a desplaado es e-#i=alente al =ol#$en de la plastilina HJ#&=alor o*tienes. Crees -#e al ca$*iar la %or$a de la plastilina ca$*ia;

aF G la $asa *F Gel =ol#$en cF Ga$*os dF G nin:#no

HJ#& resp#esta ele:iste. i al:n co$pa>ero t#)o no est" de ac#erdo con t#a%ir$acin4 H-#& 3aras para de$ostr"rsela e,peri$ental$ente

KKKKKKKKKKKKKKKKKK

#:erencia; En el la*oratorio te p#eden proporcionar #na *alana ) #na pro*eta:rad#ada@ $oldea de di%erentes %or$as #na *arra de plastilina4 de $anera -#e



cada pedao sea distinto de ta$a>o. idiendo la $asa ) el =ol#$en de la $is$a *arra de plastilina c#ando se 3ace A*olitasB o se le dan otras %or$as4 podra$ostrarse -#e ni la $asa ni el =ol#$en ca$*ian4 es decir4 se $antienen

constantes.0pro=ec3ando el $aterial -#e solicitaste en el la*oratorio4 realia la si:#ienteacti=idad e,peri$ental@ To$a tres pedaos de plastilina de distintos ta$a>ostratando de -#e los pedaos sean e=idente$ente di%erentesF4 pesa s# $asa4calc#la s# =ol#$en ) co$pleta la si:#iente ta*la;

M-#- <V)6("&,(3 ( <,(3

B-!!-,)("'-

P"-@)<!-&"

P"-@)("$-&)

. P"-@)"56")

Co$o p#edes notar4 a $a)or $asa el =ol#$en a#$enta. (ara sa*erlo -#i" no3a:a %alta $edirlo4 p#es la a%ir$acin anterior es #na relacin de tipo c#alitati=o4a la c#al se p#ede lle:ar sin tener -#e 3acer las $ediciones4 )a -#e c#al-#ier

persona nota -#e a $a)or $asa4 $a)or =ol#$en4 pero rec#erda -#e en 8sica son$"s tiles las relaciones c#antitati=as. i calc#las los cocientes respecti=os $=F

para cada caso4 o*ser=ar"s -#e se o*tendr" apro,i$ada$ente el $is$o res#ltado-#e corresponde a la densidad de la plastilina.

(or tanto la densidad4 ta$*i&n lla$ada $asa espec%ica se de%ine co$o elres#ltado de di=idir la $asa de #n c#erpo entre s# =ol#$en. e representa

$ate$"tica$ente de la si:#iente %or$a;

$

U

=



7

donde; U M densidad en S:$! $ M $asa en Silo:ra$os S:F = M =ol#$en en $!

0 contin#acin se te $#estra #na ta*la de densidades correspondientes a al:#nas

s#stancias de ac#erdo a los iste$as c:s ) al Internacional.

T-8- " D"&#$-"#

,<# SISUSTANCIA <,(3 <(3

<idr:eno +.++++9+ .+9++++0ire +.++1! 1.!++

Corc3o +.2' 2'+.asolina +.7+ 7++.<ielo +.92 92+.

0:#a 1.++ 1+++.0:#a de $ar 1.+! 1+!+.licerina 1.25 125+.

0l#$inio 2.7 27++.<ierro 7. 7/+.

Co*re /.9 /9++.(lata 1+.5 1+5++.(lo$o 11.! 11!++.erc#rio 1!. 1!++.

Oro 19.! 19!2+.(latino 21.' 21'++.

ACTIVIDAD

1. (ro*le$a; Un cilindro $acio de al#$inio tiene #n =ol#$en de ! c$! ) #na$asa de

/.1 :ra$os. Enc#entra s# densidad ) co$p"rala con la de la ta*la de arri*a.

2. Usando el =alor de la densidad del al#$inio4 H-#& $asa tendra #na pesa$acia de este $aterial de 7.5c$!.



/

!. HC#"l ser" la $asa de los si:#ientes c#*os -#e est"n 3ec3os de distinto$aterial con #n =ol#$en de 25 c$! cada #no. Utilia la ta*la de densidades.

8i:#ra 55

olicita en el la*oratorio #na =olanta4 aceite4 alco3ol4 a:#a ) #na pro*eta@ coloca

tres =asos de #nicel con 5+ c$! de a:#a4 aceite ) alco3ol para cada #no. HEst"s deac#erdoen -#etene$os el $is$o =ol#$en de l-#ido en cada #no.

8i:#ra 5

HC#"l es la $asa para; el a:#a KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK el aceite KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK el alco3ol KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

9

Ord&nalos se:n s# densidad. HC#"l tiene $a)or densidad. Enc#entra el =alorn#$&rico de s# densidad #tiliando la e,presin;

$



U

=

2.2.2 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Esco:e #n o*?eto c#al-#iera; piedra4 ladrillo4 *otella4 ) p&salo en #na *alana%i:#ra 57F. En #na c#*eta =ierte a:#a 3asta -#e se derra$e. Coloca #na tinade*a?o de la c#*eta; 3alo con c#idado para no derra$ar a:#a.

Introd#ce la piedra en la c#*eta4 conser="ndola s#spendida de la *alana.O*ser=a -#e la *alana re:istra a3ora #n peso $enor de*ido a -#e el e$p#?ea)#da a sostenerla. O*ser=a ta$*i&n -#e se derra$a a:#a so*re la tina de*ido a-#e &sta de*e de?ar espacio para la piedra %i:#ra 5/F.

8i:#ra 57. Utilia #na *alana arit$&tica ) corro*ora s# $asa e,acta con #na *alana de precisin.

8i:#ra 5/

7+



Retira las pesas de la *alana ) anota el peso de la piedra s#$er:ida en el a:#aF.La di%erencia ser" el =apor del e$p#?e.

(eso de la piedra en el aire KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK N (eso de la piedra s#$er:ida KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK N 6alor del e$p#?e

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK N

8inal$ente o*ser=a #na c#riosa relacin entre el e$p#?e ) el a:#a derra$ada ;(esa el a:#a desplaada por la piedra4 esto es4 el a:#a derra$ada en la tinadesc#enta el peso de la c#*eta =acaF.

(eso del a:#a desplaada KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK N

0l s#$er:ir la piedra en la c#*eta t#=iste la sensacin de -#e la piedraAe$p#?a*aB 3acia arri*a4 lo c#al es caracterstico de '))# )# ,6"!)# 56" #"

#6("!<"& "& 6& /56$)7"# ",$!7 )# /56$)# "(69-& -,$- -!!$8- - '))#)# ,6"!)# 56" #" #6("!<"&"& ")# ,)& 6&- *6"!@- $<6- - "#) " /56$)56" "#-@-&. E#'" "(69""!'$,- -,$- -!!$8- 56" "9"!,"& )# *6$)# "&<"&"!- #" ,)&)," ,)() P!$&,$$)" A!56/(""#.

(ara perci*ir esta %#era4 se p#eden 3acer $ltiples o*ser=aciones; c#ando nadas) tratas de lle:ar al %ondo de #n estan-#e4 sientes el e$p#?e -#e te i$p#lsa 3aciala s#per%icie4 co$o si la %#era de :ra=edad 3#*iese de?ado de act#ar@ c#andoest"s dentro del $ar p#edes $o=er con %acilidad piedras enor$es4 co$o si ela:#a te a)#dase. 0l salir de &sta4 en ca$*io4 sentir"s todo el peso de la piedra.

De ac#erdo al (rincipio de 0r-#$edes todo c#erpo s#$er:ido en #n l-#ido est"s#?eto a dos %#eras op#estas; s# peso -#e lo e$p#?a 3acia a*a?o ) el e$p#?e dell-#ido -#e lo i$p#lsa 3acia arri*a.

(or tanto;

1. i el peso de #n c#erpo es ("&)! - "(69" -#e reci*e4 %lotar" por-#edesalo?a $enor cantidad de l-#ido -#e s# =ol#$en %i:#ra aF.

2. i el peso del c#erpo es $<6- - "(69" -#e reci*e4 per$anecer" ene-#ili*rio4 es decir4 s#$er:ido dentro del l-#ido %i:#ra *F.

!. i el peso del c#erpo es (-0)! 56" " "(69"7 #" 6&"4 s#%riendo #nadis$in#cin aparente de peso %i:#ra cF.



8i:#ra 59

71

El si:#iente $apa te presenta los conceptos $"s so*resalientes -#e est#diaste eneste se:#ndo te$a. <a #na recapit#lacin.

72

2.3 PROPIEDADES DE LOSLÍQUIDOS

0de$"s de la Densidad ) el (esoEspec%ico est#diados en el te$aanterior4 e,isten otras propiedades de

los l-#idos co$o son; Tensin#per%icial4 Capilaridad4 0d3erencia4 Co3esin ) =iscosidad. E$pece$os a3oracon la Tensin #per%icial.

2.3.1 TENSIÓN SUPERFICIAL



#pn:ase -#e de #n resorte $#) sensi*le se s#spende #n troo de ala$*reli$pio4 el c#al se introd#ce en a:#a ) se retira de ella 3acia arri*a. 0l intentare,traer el ala$*re del a:#a se o*ser=a4 por el estira$iento del resorte4 -#e las#per%icie del a:#a e?erce #na %#era so*re el ala$*re. La s#per%icie del a:#a

presenta #na $a)or oposicin al alar:a$iento -#e el resorte4 ) tiende a

contraerse. e nota asi$is$o esta tendencia c#ando se 3#$edece #n pincel decerdas %inas. C#ando el pincel est" *a?o el a:#a4 las cerdas est"n %lo?a$enteespon?adas4 $"s o $enos c#ando el pincel est" seco4 pero c#ando &ste se e,trae4la pelc#la s#per%icial de a:#a se contrae4 #niendo las cerdas %i:#ra +F. E#'-*6"!@- " ,)&'!-,,$%& " - #6"!*$,$" " )# /56$)# #" "&)($&-

'"&#$%& #6"!*$,$-.

8i:#ra +.. C#ando se e,trae el pincel del a:#a4 las cerdas se #nen por e%ecto dela tensin s#per%icial.

La tensin s#per%icial es la ca#sa de la %or$a es%&rica de las :otas de l-#ido. Las:otas de ll#=ia4 las de aceite ) las -#e se desprenden de los $etales %#ndidos sontodas es%&ricas de*ido a -#e s#s s#per%icies tienden a contraerse %orando a cada:ota a as#$ir la %or$a -#e tiene la s#per%icie $ni$a. Esta es #na es%era4 elc#erpo :eo$&trico -#e tiene la s#per%icie $ni$a para #n =ol#$en dado. (or estaran las :otitas de nie*la ) de roco so*re las telara>as o so*re las 3o?as =ellosasde las plantas son es%eras di$in#tas %i:#ra 1F.

7!



e:#ra$ente 3a*r"s o*ser=ado -#e al:#nos insectos se sostienen con s#s patasen la s#per%icie del a:#a ) no se 3#nden.. (ero4 >'" -# 6"#') - "&#-! ,%()#"! "()$($"&') " -# ()+,6-# " -<6- -!- 56" #" + "#'"*"&%("&)?.

LA TENSIÓN SUPERFICIAL es el res#ltado de la contraccin de la s#per%iciede los l-#idos4 la c#al a s# =e es ocasionada por atracciones $olec#lares. a?ola s#per%icie4 cada $ol&c#la es atrada en todas direcciones por las $ol&c#las=ecinas4 con el res#ltado de -#e no presenta #na tendencia a ser atrada en al:#nadireccin pre%erente.

U&- ()+,6- "& - #6"!*$,$" " 6& /56$)7 "& ,-(8$)7 "# -'!-/- #%) )!#6#",$&-# - ,-- -) 0 -,$- -8-9) "#" " #"&) " /56$) &) -0-'!-,,$%& -,$--!!$8- %i:#ra 2F. 0s4 estas atracciones $olec#lares tienden atirar de la $ol&c#la de la s#per%icie 3acia el interior del l-#ido. Esta tendencia a

atraer las $ol&c#las de la s#per%icie 3acia el seno del l-#ido ocasiona -#e las#per%icie sea lo $"s pe-#e>a posi*le. La s#per%icie se co$porta co$o siest#=iera constre>ida en #na pelc#la el"stica. Esto se 3ace e=idente c#ando secolocan a:#?as de acero o las anti:#as 3o?as de ras#rar secas so*re el a:#a )

parecen %lotar@ en realidad son sostenidas por la tensin s#per%icial del a:#a.



8i:#ra 2. Una $ol&c#la en la s#per%icie es atrada por s#s =ecinas slo en %or$alateral ) 3acia a*a?o. Una $ol&c#la -#e se enc#entra por de*a?o de la s#per%iciees atrada i:#al$ente en todas s#s direcciones.

7'

La tensin s#per%icial del a:#a es $a)or -#e la de otros l-#idos co$#nes. (ore?e$plo4 el a:#a li$pia tiene $a)or tensin s#per%icial -#e el a:#a ?a*onosa.(ode$os =er esto c#ando #na pe-#e>a pelc#la de ?a*n en la s#per%icie del a:#ase e,tiende so*re la s#per%icie entera. Ta$*i&n p#ede =erse para el aceite o la:rasa -#e %lotan so*re el a:#a. El aceite tiene $enos tensin s#per%icial -#e ela:#a ) se o*ser=a co$o #na pelc#la -#e c#*re toda la s#per%icie4 e,cepto c#andoel a:#a est" caliente. La tensin s#per%icial del a:#a dis$in#)e con el calor4de*ido a -#e c#ando las $ol&c#las se $#e=en con $a)or rapide )a no est"n#nidas con la $is$a co3esin. Esto per$ite -#e la :rasa o el aceite de las sopas

calientes %lote en pe-#e>as *#r*#?as so*re la s#per%icie. (ero c#ando la sopa seen%ra ) la tensin s#per%icial del a:#a se incre$enta4 la :rasa o el aceite sedise$inan so*re la s#per%icie de la sopa. La sopa se =#el=e A:rasosaB. La sopacaliente sa*e distinto de la %ra principal$ente por-#e la tensin s#per%icial dela:#a ca$*ia con la te$perat#ra.

2.3.2 ADHESIÓN7 COHESIÓN CAPILARIDAD

i se introd#ce en el a:#a el e,tre$o de #n t#*o de =idrio co$pleta$ente li$pio4c#)o di"$etro in%erior sea pe-#e>o4 el a:#a $o?ar" el interior del t#*o )

ascender". En #n t#*o con di"$etro in%erior apro,i$ado de ^ $$4 por e?e$plo4el a:#a s#*ir" poco $"s de 5 c$. Con #n di"$etro an $enor4 el a:#a asciende$#c3o $"s %i:#ra !F.

8i:#ra !

Las $ol&c#las del a:#a son atradas 3acia el =idrio $"s de lo -#e se atraen entres. La atraccin entre s#stancias di%erentes se deno$ina -"#$%&4 ) entres#stancias i:#ales se deno$ina ,)"#$%&. C#ando se introd#ce #n t#*o de =idrio



en a:#a4 la ad3esin entre a-#ella ) el =idrio ocasiona -#e #na pelc#la del:adade a:#a sea %orada 3acia arri*a so*re las s#per%icies del t#*o %i:#ra ' aF. Latensin s#per%icial ocasiona -#e esta pelc#la se contrai:a %i:#ra ' *F. La

pelc#la so*re la s#per%icie interior contina contra)&ndose4 ele=ando el a:#a conella 3asta -#e la %#era de ad3esin se e-#ili*ra con el peso de a:#a ele=ada

%i:#ra ' cF. En #n t#*o del:ado4 el peso del a:#a en &l es pe-#e>o ) el l-#idoasciende a $a)or alt#ra -#e si el t#*o %#era de di"$etro :rande.

75

i se introd#ce #n pincel en a:#a4 &sta asciende por los espacios estrec3os entrelas cerdas por la accin de la ,-$-!$-. C#ando el ca*ello del lector pendeso*re la *a>era4 el a:#a re#$a 3acia s# c#ero ca*ell#do en la $is$a %or$a. 0ses co$o el aceite i$pre:na 3acia arri*a la $ec3a de #n -#in-#& ) el a:#aasciende 3#$edeciendo #na toalla de *a>o c#ando #n e,tre$o de ella seenc#entra s#$er:ido. i se introd#ce #na p#nta de #n terrn de acar en ca%&4 elterrn co$pleto se 3#$edecer" con rapide. La accin de la capilaridad en loss#elos es i$portante en la cond#ccin del a:#a 3acia las races de las plantas4 )est" presente en $#c3os %en$enos de la nat#ralea. #) interesante4 H=erdad.

7

2.4 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN FLUIDOS

C)&#$<6" 6& 8)'" " -'- 8-#'-&'" -')7 0 ,)& 6& -*$"! ) 6& ,-) "<-)-@" 6&- #"!$" " -<69"!)# 3 (/&$() " -!!$8- - -8-9) 0 - - ($#(-$#'-&,$- 6&) " )'!) '-)# ,)& ,$&'- -"#$-7 "&- " 8)'" ,)& -<6-. U&-"@"&)7!"'$!- - ,$&'- -"#$-7 >56+ )8#"!-#?.



T-- )'!- "@ )# -<69"!)# ,)& ,$&'- -"#$-7 -@ -)!- )'!)# '!"# -!"")!" 8)'" 0 ,"!,- " *)&)7 '-)# '-(8$+& ,)& ,$&'- -"#$-7 "&- " 8)'",)& -<6- 0 !"'$!- - ,$&'- -"#$-. Q6+ )8#"!-# "& "#'- ),-#$%&?.

E& " !$("! ,-#) -8!# $#') 56" " -<6- "#,-- )! )# )!$*$,$)# 0 56" -

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S:F 27 XC

En el se:#ndo caso se:#ra$ente te 3a*r"s percatado de -#e a la $is$a pro%#ndidad ell-#ido escapa a la $is$a =elocidad. Esto se de*e a -#e el l-#ido a:#aF e?erce presinso*re el %ondo ) las paredes del recipiente en todos s#s p#ntos. 0de$"s4 dic3a presin es perpendic#lar al recipiente en todos s#s p#ntos de ac#erdo con el principio de (ascal.

H(or -#& crees -#e el a:#a sale del recipiente KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

HCrees -#e e,iste al:#na ener:a -#e 3ace -#e sal:a el a:#a del recipiente KKKKKKKK

i e,iste4 Ha -#& crees -#e se de*a. KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

Dentro de #n recipiente los l-#idos poseen ener:a de*ido a s# peso@ c#ando &sta se li*era4el %l#ido se $#e=e. 0 este tipo de ener:a se le lla$a "&"!</- " !"#$%& ) =a creciendocon%or$e $"s alt#ra ten:a el l-#ido4 co$o el caso de las presas -#e :eneran ener:ael&ctrica %i:#ra 5F.

C#*re con cinta ad3esi=a los a:#?eros -#e 3iciste de arri*a a a*a?o4 llena de a:#a el *ote )retira la cinta4 slo del a:#?ero del e,tre$o s#perior4 por 5 se:#ndos. Rec#pera el a:#a -#esale en #na pro*eta de 5+ $l c$!F4 para anotar el =ol#$en -#e desalo?a. Realia la$is$a operacin con cada #no de los a:#?eros ) anota t#s o*ser=aciones en lata*la. HJ#& ded#ces.

77

A<69"!)# ,-&'$- " -<6- "& ,(3"#-)9-- - )# #"<.

1 2 3 4



=

Relaciona la cantidad de a:#a desalo?ada c$! contra el tie$po se:#ndosFesta*lecido en cada a:#?ero ) e,plica t#s res#ltados.

c$! se:

1. '.

2. 5.

!. .

2.4.1 GASTO VOLUMÉTRICO

0l co$parar la =elocidad de los c3orros de a:#a ) $edir la cantidad de a:#a -#ese escapa por cada ori%icio en el $is$o inter=alo4 nota$os -#e 3a) di%erencias de$a:nit#d en relacin al tie$po4 lo c#al no$*ra$os :asto =ol#$&trico.

J c$!

t se:.

Esta $is$a relacin la pode$os aplicar en las t#*eras de n#estras casas4 lasc#ales est"n conectadas a d#ctos -#e distri*#)en el a:#a a toda la ci#dad. El a:#a-#e lle:a a las t#*eras de n#estros 3o:ares pro=iene re:#lar$ente de presas3idr"#licas -#e se enc#entran en s#per%icies $#) altas para -#e4 por presin3idr"#lica4 el a:#a al$acenada sal:a con =elocidad de #n t#*o instalado en el%ondo de la presa ) as s#rtir a las po*laciones.

7/



8i:#ra 5

El :asto de #n l-#ido ta$*i&n se deter$ina $#ltiplicando el "rea de la seccintrans=ersal del t#*o4 por la =elocidad del l-#ido.

0J

E?e$plo;

J#ere$os calc#lar el :asto =ol#$&trico de #n %l#ido -#e tiene #na =elocidad de 1$se:.4 siendo el di"$etro de la t#*era de 1 p#l:ada las t#*eras son:eneral$ente de #na p#l:adaF.

2 Di"$etro de la t#*era M 2.5' c$ J M =elocidad del l-#ido M 1 $se:.

d2 !1'1 25' . F22

.

0 M "rea de la seccin trans=ersal del t#*o M 5+ c$

. ''

2

5.+ , 1+ '$

'2 '!

5+ 1 s 5+ 1+ $s



0 J . ,1+ $F $F . ,

79

2.4.2 VISCOSIDAD

Consi:#e #na ta*la de pl"stico de 5+ , 5+ c$4 $iel de a*e?a4 a:#a4 aceite para$otor de coc3e4 ) aceite de cocina en pocas cantidades 5+ $lF. o*re la ta*la3a c#atro di=isiones4 ) en cada #na de ellas de?a esc#rrir cada #na de lass#stancias. O*ser=a la =elocidad con -#e esc#rre cada #na de ellas ) anota c#"l esla de $a)or4 $edia ) $"s lenta =elocidad. e:#ra$ente te percataste de -#e ell-#ido =iscoso con $"s %l#ide =elocidadF es el a:#a.

Los :lo*os de aire caliente p#eden =olar por-#e %lotan en el aire4 i:#al -#ec#al-#ier c#erpo %lota en #n l-#ido4 de ac#erdo con el (rincipio de 0r-#$edes

-#e est#dia$os anterior$ente. Los a=iones A%lotanB en el aire a pesar de ser tan pesados por-#e s#s alas les proporcionan #na %#era lla$ada e$p#?e4 -#e los$antiene en el aire.

8i:#ra

(ara darte #na idea de c$o %#ncionan las alas de #n a=in para $antenerlo ene-#ili*rio4 sopla con %#era por enci$a de #na tira de papel ) o*ser=a c$o el

papel se le=anta. C#ando $"s r"pido sopla el aire4 $enor es s# presin. 0l soplar4la presin por de*a?o del papel es $a)or -#e por enci$a@ esto e$p#?a el papel3acia arri*a.

/+



8i:#ra /. La %#era de las alas consiste en -#e tiene s#per%icie s#stentadora. #dise>o per$ite -#e el aire %l#)a $"s r"pido por la parte s#perior.

Ciertos l-#idos4 co$o el a:#a %l#)en con rapide4 otros4 co$o la $iel %l#)en$"s lento ) se derra$an $"s despacio@ al:#nos l-#idos@ si los 3as o*ser=ado condeteni$iento4 son $"s A:r#esosB -#e otros )4 por lo tanto4 se dice -#e son $"s=iscosos. El =idrio4 considerado co$o #n slido4 no lo es4 )a -#e in=esti:acionesrealiadas 3an de$ostrado -#e es #n l-#ido. No lo pode$os =er %l#ir por-#e es

$#) =iscoso@ sin e$*ar:o las =entanas $#) anti:#as tienen la parte in%erior $"s:r#esa4 )a -#e el =idrio 3a estado %l#)endo 3acia a*a?o d#rante a>osF.

De los l-#idos -#e e$pleaste4 el $enos =iscoso %l#)e $"s r"pido4 :enera $"s presin ) s# :asto es $enor en co$paracin con otros. Es por esto -#e #n %l#idoen $o=i$iento de*e carecer de =iscosidad en #n :rado $",i$o para no oponerresistencia al %l#?o@ ello per$ite dis$in#ir las p&rdidas de ener:a $ec"nica -#e

prod#ce la =iscosidad4 p#es d#rante el $o=i$iento4 &sta prod#ce cierta %riccinentre las di%erentes capas del l-#ido.

2.4.3 PRINCIPIO DE BERNOULLI

De ac#erdo con el concepto de -#e la ener:a no se crea ni se destr#)e4 slo setrans%or$a4 el principio de erno#lli es #na sencilla e,presin de la Le) de laConser=acin de la Ener:a aplicada al %l#?o de #n l-#ido. El principio deerno#lli esta*lece -#e la ener:a total de #n l-#ido es constante en todo$o$ento.



<e$os co$pro*ado la ener:a total de #n l-#ido a tra=&s de la ener:a potencialc#ando el l-#ido est" en reposo4 de la ener:a cin&tica c#ando presenta$o=i$ientos -#e =an a #na deter$inada =elocidad4 ) la ener:a de presinc#ando tene$os al l-#ido encerrado4 por e?e$plo4 en al:#na presa. 03ora *ien4la #nin de las tres es la ener:a total -#e todo l-#ido e,peri$enta.

/1

(or lo re:#lar4 #na parte de estas ener:as se disipa c#ando el l-#ido roa las paredes del cond#ctor@ esta ener:a perdida por %riccin se de*e de restar a laener:a total del l-#ido.

Ener:a total de #n l-#ido en c#al-#ier circ#nstancia; Ener:a potencial Ener:a de presin Ener:a cin&tica Roa$iento

i la ener:a total per$anece constante4 ) )a 3as deter$inado -#e la =elocidadener:a cin&tica de #n l-#idoF =ara4 dependiendo del di"$etro o seccin delcond#ctor por e?e$plo #n t#*oF4 Hde dnde sale o ac#$#la el l-#ido la ener:a

para estos ca$*ios. La resp#esta est" en el principio de erno#lli ; i en #nl-#ido se altera la =elocidad por el ca$*io en la seccin del t#*o cond#ctor4 laener:a de presin ta$*i&n se altera para $antener el *alance.

La %or$a $"s si$ple del principio de erno#lli es la si:#iente; ADonde la=elocidad de #n l-#ido es ele=ada4 la presin es *a?a4 ) donde la =elocidad de #nl-#ido es *a?a4 la presin es ele=adaB.

8i:#ra 9. T#*o de 6ent#ri.

En el t#*o de 6ent#ri4 por el -#e circ#la a:#a4 se indica en -#& parte es $a)or la=elocidad del a:#a ) en c#"l es $enor4 as co$o en -#& parte es $a)or la presindel a:#a ) en c#"l es $enor.



Co$pr#e*a el teore$a de erno#lli por ti $is$o; Coloca #n e$*#do en posicinin=ertida en #na lla=e -#e transporte a:#a. 0*re la lla=e para -#e sal:a #n c3orrore:#lar de a:#a. Coloca #na pelota de pin:Gpon: 3asta el %ondo del e$*#do )s#&ltala. HJ#& o*ser=as. e:#ra$ente la pelota -#ed s#spendida en la corrientede a:#a sin caer %i:#ras 7+ ) 71F.

/2

Esto se de*e a -#e4 al %l#ir el a:#a ) encontrarse con #n o*st"c#lo -#e es en estecaso la pelotaF4 a#$enta s# =elocidad al pasar alrededor de &l4 dis$in#)endo s#

presin. En n#estro e?e$plo4 co$o la pelota reci*e la presin -#e la at$s%era

e?erce so*re ella4 ) &sta es $a)or -#e la presin del a:#a4 no cae.

/!

0 contin#acin te presenta$os #n res#$en de los te$as -#e est#diaste en estese:#ndo capt#lo. Rep"salo para -#e rea%ir$es t#s conoci$ientos.

1. P!$&,$$) " P-#,-; e co$pri$en :lo*itos dentro de #na ?erin:a4 pri$ero rodeados de aire ) desp#&s de a:#a4 para $ostrar -#e losl-#idos4 si *ien pr"ctica$ente no se co$pri$en4 s trans$iten la

presin -#e se les aplica. e reto$a el e?e$plo del l#din -#e se =ioen la introd#ccin de 8sica I4 -#e e,plica c$o se trans$ite la

presin a tra=&s del a:#a de #n recipiente para co$pri$ir el aire -#ese enc#entra dentro de #n :otero.



2. Otras aplicaciones del (rincipio de (ascal Ala presin aplicada al%l#ido se trans$ite con i:#al =alor a todas las partes del $is$oBFson los %renos 3idr"#licos4 la prensa 3idr"#lica ) el :ato 3idr"#lico.Reto$ando el concepto de $"-#ina $ec"nica co$pro*a$os c$ose trans$ite la ener:a a tra=&s del l-#ido.

2. P!"#$%& H$!)#''$,-; e introd#ce el concepto de presin 3idrost"tica$ostrando c$o las *#r*#?as de a:#a a#$entan s# =ol#$en al s#*ir a las#per%icie ) c$o el aire atrapado en #na ?erin:a red#ce s# =ol#$enc#ando &sta se s#$er:e en el a:#a a $"s de #n $etro de pro%#ndidad. (ara3acer nota*le el e%ecto4 se relaciona este 3ec3o con la le) de o)le4 -#e )ase est#di4 si la ?erin:a se s#$er:e a 1+.! $ de pro%#ndidad en el $ar4 elaire atrapado en ella red#cira s# =ol#$en a la $itad del inicial4 lo c#alseria #n indicio de -#e esta presin apro,i$ada$ente 1++ (a en las#per%icieF se 3a d#plicado. En la Ci#dad de &,ico *astara #na

pro%#ndidad de poco $enos de / $ para d#plicar la presin at$os%&rica.

0 di%erencia de la at$s%era4 la presin e?ercida por el a:#a es directa$ente proporcional a la pro%#ndidad@ esto se de*e a -#e la densidad del l-#ido es pr"ctica$ente la $is$a en la s#per%icie -#e en el %ondo. En los =asosco$#nicantes se $#estra -#e es la alt#ra de la col#$na4 ) no la cantidad dell-#ido4 lo -#e deter$ina el =alor de la presin. 0l colocar a:#a ) aceite en #nt#*o en %or$a de U4 se o*ser=a -#e se re-#iere #na col#$na de $a)or alt#ra parael aceite4 -#e para el a:#a4 a %in de e?ercer la $is$a presin. 0s4 #na col#$na de1 $ de a:#a e?erce #na presin de 1+ (a4 $ientras -#e #na de 1 $ de aceite lo3ace en 9 (a apro,i$ada$ente4 pero #na de $erc#rio de 1 $ e?ercera #na

presin de 1!5 (a. Con #n t#*o en %or$a de U ) #n slo l-#ido se p#edeconstr#ir #n $an$etro *ar$etroF en %or$a de Y4 tapando el e,tre$o s#periorde la $an:#era@ p#ede esta*lecerse #na analo:a con el t#*o en %or$a de U cona:#a ) aceite4 res#ltando -#e en =e de la col#$na de aceite4 se tendra #nacol#$na de aire de =arios Sil$etros de alt#ra.

/'

Conociendo el =alor de la presin at$os%&rica4 se esperara -#e la col#$na de

a:#a en el *ar$etro %#era de poco $"s de 1+ $ al ni=el del $ar ) de casi / $ enla Ci#dad de &,ico@ sin e$*ar:o4 al realiar el e,peri$ento se o*ser=a -#e lacol#$na alcana entre

7.5 ) 7. $ .Ta$*i&n se o*ser=a -#e el a:#a e*#lle $ientras desciende por la$an:#era4 de tal $anera -#e en el A=aco de aireB 3a) =apor de a:#a. En el caso



de $edir en el ni=el del $ar ) en la Ci#dad de &,ico apro,i$ada$entecorresponden presiones de 1+1 ) 7/ (a4 respecti=a$ente.

En el caso del *ar$etro de $erc#rio la presin -#e e?erce el =apor de $erc#riores#lta desprecia*le ) s#ele 3a*larse de A=aco *aro$&tricoB.

1. D"&#$- 0 !$&,$$) " A!56/(""#; e reto$a el pro*le$a de la%lotacin. Un pedao de $adera %lota en a:#a a#n siendo $"s

pesado -#e #na canica4 ) est" se 3#nde. Esto no es ca#sado por el peso4 sino por la AdensidadB@ lo co$pacto de #n $aterial es lo -#edeter$ina -#e #n o*?eto se 3#nda o %lote. e re=isa el concepto dedensidad para los slidos ) l-#idos 3o$o:&neos.

2. Est#dia$os el concepto de e$p#?e de 0r-#$edes a tra=&s de la presin 3idrost"tica; analia$os el e$p#?e al introd#cir en el a:#a

pris$as de i:#ales di$ensiones de al#$inio4 de plastilina4 de 3ierroo de $adera. El res#ltado se :eneralia para c#al-#ier %or$a delo*?eto4 al relacionar el =ol#$en s#$er:ido con el peso del l-#idodesalo?ado. (or -#& %lotan o se 3#nden los o*?etos; #na a:#?a deacero per$anece en la s#per%icie del a:#a4 pero se 3#nde c#ando sedis#el=e deter:ente en &sta.

2. F6$"@ 0 $#,)#$-; La e,periencia nos de$#estra -#e al:#nos l-#idos%l#)en $e?or -#e otros@ as4 el a:#a %l#)e $e?or -#e el aceite4 por ello sedice -#e &ste es $"s =iscoso. (or otra parte@ es e,periencia co$n -#e al

calentar el aceite &ste dis$in#)a s# =iscosidad . No de*e con%#ndiese la=iscosidad con la densidad. El aceite es $"s =iscoso4 pero $enos denso-#e el a:#a. La =iscosidad corresponde a la %riccin entre las capas dell-#ido c#ando &ste %l#)e. (or este $ecanis$o se disipa la ener:a$ec"nica en #n l-#ido. En #n %l#ido ideal4 sin =iscosidad4 se conser=arala ener:a $ec"nica. 0s4 si se tienen dos tan-#es de a:#a #nidos por #nt#*o4 #no de ellos lleno ) el otro =aco4 con #n =alor cero de la =iscosidad4el a:#a ira pasando nte:ra$ente de #n tan-#e al otro4 de $anerainde%inida4 al:o si$ilar a la %or$a de co$porta$iento de #n p&nd#lo ideal4donde la %riccin =ale cero. En la pr"ctica lo -#e s#cede es -#e si el t#*o

es relati=a$ente anc3o4 el a:#a 3ar" #nas c#antas oscilaciones ) alcanar"el reposo4 -#edando a la $is$a alt#ra en a$*os tan-#es co$o en los =asosco$#nicantes =istos anterior$ente.

/5



Otro %en$eno relacionado con la conser=acin de la ener:a $ec"nica en los%l#idos es el e%ecto V"&'6!$; c#ando #n l-#ido o #n :as pasa de #n cond#cto $"sanc3o a #no $"s estrec3o4 a#$enta s# =elocidad al $is$o tie$po -#e dis$in#)ela presin -#e e?erce so*re las paredes del cond#cto. Es al:o si$ilar a lo -#es#cede c#ando #na $#ltit#d -#iere salir por #n cond#cto estrec3o al a*andonar la

:radera de #n ca$po de %t*ol; antes de lle:ar al tnel de salida a=ana $#)lenta$ente4 pero las personas e?ercen #na :ran presin@ a la in=ersa4 al entrar porel tnel oc#rre lo contrario4 a=anan r"pida$ente ) dis$in#)e la presin. Enal:#nos %rascos de per%#$e4 as co$o en el car*#rador de los a#tos4 pode$os =ert#*os de 6ent#ri. El =#elo de los a=iones4 la s#spensin de papalotes en el aire )las Ac#r=asB -#e se lo:ran con las pelotas de *&is*ol ta$*i&n tienen -#e =er coneste e%ecto. La %or$#lacin $ate$"tica de la conser=acin de la ener:a en los%l#idos se conoce co$o principio de erno#lli.

/

03ora res#el=e los si:#ientes e?ercicios con los -#e podr"s aplicar los

conoci$ientos -#e ad-#iriste en este capt#lo.

1. Tene$os #n :otero en #n =aso con a:#a4 el c#al se 3#nde sola$enteen #na de las si:#ientes ci#dades. HC#"l crees -#e sea esa ci#dad )

por -#&.

2.aF &,ico R M KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK *F0cap#lco KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK cF Tol#ca

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

2. O*ser=a la si:#iente %i:#ra ) $enciona -#& principio se est" aplicando.

8i:#ra 72

R MKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK



KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK

!

!. Un depsito contiene #n =ol#$en de 15 $ de a:#a. HC#"l ser" s# $asa ) s# peso. 0s $is$o4 calc#la la presin -#e e?erce el a:#a en el depsito.

R M

8i:#ra 7!

/7

1. e =a a constr#ir #na:asolinera la c#al =a a#tiliar #n tan-#e cilndricocon #na lon:it#d de !.5 $4 )#n di"$etro de 1.' $. Cons#ltando la ta*la de densidades. HC#"ntosS: de :asolina se podr"n al$acenar.

2. RM

2. HC#"l ser" el :asto =ol#$&trico de #na *o$*a de :asolina4 si la =elocidad

con -#e &sta %l#)e es de 1 $se: ) el di"$etro es de 1.5 p#l:adas.R M

. Un *lo-#e de $adera c#)o =ol#$en es de 5++ c$! tiene #na $asa i:#al a !++:. HJ#& densidad tiene esa $adera en S:$! . i #n troo de esa $adera tiene #n=ol#$en de 2.5 $! 4 Hc#"l es s# $asa.

1. i el p#nto $"s *a?o de #na piscina en la Ci#dad de &,ico se enc#entra a1 $ de pro%#ndidad4 H a -#& presin est" so$etido ese p#nto.

1. En cierto ele=ador 3idr"#lico4 #n trailer de 1+ t de peso die $ilS:F est" sostenido

2. por #n pistn o &$*olo c#)a "rea es de 5 $2 . HC#"l es la presinso*re el pistn.



2. HC$o =ara la presin at$os%&rica con la alt#ra4 H ) c$o la presin3idrost"tica con la pro%#ndidad.

!. enciona ) e,plica tres %or$as e,peri$entales de $edir la presinat$os%&rica.

11.HC$o pode$os $ostrar4 rec#rriendo a #n e,peri$ento4 -#e el peso dell-#ido desalo?ado por #n c#erpo s#$er:ido en &l4 es i:#al al peso del c#erpo%#era del l-#ido.

//

Corro*ora t#s resp#estas con las -#e te presenta$os a contin#acin. i sonsi$ilares -#iere decir -#e do$inas $#) *ien los te$as@ pero si t#=iste errores4repasa

n#e=a$ente los contenidos.

1. *F (or-#e es #na ci#dad -#e se enc#entra al ni=el del $ar4 en donde cadac#erpo reci*e apro,i$ada$ente 1.+!! S: c$2 e-#i=alente a 1+1.2 (a.(or lo tanto p#ede darse el %en$eno de -#e se 3#nda el :otero dentro del=aso con a:#a.

2. El (rincipio de (ascal. a -#e el ni=el de a:#a -#e se da en las $an:#erases si$ilar al e%ecto -#e se prod#ce en los =asos co$#nicantes4 donde cada#no de &stos alcana la $is$a alt#ra de*ido a -#e cada #no de ellos reci*ela $is$a presin at$os%&rica.

1. $ M 15.+++ S:

2. (eso M 1'7.+++ N (resin M 19. (a

!. (rocedi$iento

7++ S:

U de la :asolina M !

$

Rec#erda -#e para calc#lar el =ol#$en de #n cilindro #tilia$os;

2



d

63

'

1'2!

. F

Entonces 6 .. F 5!/

!5!1'1 . $

'

$

para calc#lar la densidad #sa$os la %r$#la U

=

pero co$o -#ere$os conocer la $asa4 entonces despe?a$os $ U.=

< 3

"&')&,"# KK 3.3( 31 <

(

( 31 < " <-#)$&-

9

5. 5 . d M !./1 c$ J 1 $ se:

2 22

d . . F +++1 $ .

0 !1'1 ++!/1 $

2 !



0J .+++1 $ 1 $ F +++1 $ se:

F se: .

U

. La e,presin para calc#lar la densidad es $=4 para el se:#ndo caso

de*er"s despe?ar $.

S:

U ++ 4 M 15++ S:

!

$

1. En la Ci#dad de &,ico la presin a#$enta 1+ (a apro,i$ada$enteF por cada $etro de pro%#ndidad del a:#a.

2. Calc#la; P f @ donde ( M presin4 % M %#era pesoF ) a M "rea. a

!. La presin at$os%&rica se co$porta de %or$a e,ponencial ) la presin3idrost"tica de %or$a lineal.

'. aF ediante la red#ccin del =ol#$en de aire atrapado en #na ?erin:a%ascc#lo ! de esta asi:nat#raF @ *F por $edio de #na $an:#era de 1+ $de lon:it#d4 llena de a:#a ) tapada 3er$&tica$ente por el e,tre$os#perior4 para desp#&s calc#lar la presin e?ercida por la col#$na de a:#a4) cF $ediante #n *ar$etro de $erc#rio.

11.Realiando el e,peri$ento@ $idiendo el peso de #n o*?eto en el aire ) dentrodel a:#a4 ) pesando el a:#a -#e se desalo?a.

9+

Ela*ora #na sntesis conte$plando cada #no de los conceptos -#e con%or$an elsi:#iente dia:ra$a. i lo consideras necesario4 p#edes intercalar $"s conceptos )

relaciones a %in de -#e lo:res #na $e?or co$prensin de los te$as.



co$prende los capt#los

91

Realia los si:#ientes e?ercicios a %in de -#e apli-#es los conoci$ientos -#e

ad-#iriste en este %ascc#lo.

I. ESCRIBE LA RESPUESTA CORRECTA ENSEGUIDA DE CADAPREGUNTA QUE SE PLANTEA.

1. S$ ,)),-# 6&- 9"!$&<- ,)& " +(8)) -,$- -8-9)7 '-&)" " )!$*$,$)7- 9--!" " +(8))7 +#'" #" !"<!"#-. E;$,- - 56+ #" "8".

2. >P)! 56+ #" *)!(-& <)'-# " -<6- #)8!" -# )9-# " 6&- -&'-7 0,%() #" -(- "#'" *"&%("&)?.

3. E -<6- $"!" "& - C$6- " M+;$,) - 4WC. >A ,6&') "56$-" "&'!)" - "#,-- -8#)6'-7 "#')# <!-)#?.

1. E# - ))#$,$%& " 6& /56$) - *6$!. A "#') #" " ,)&)," ,)():



2. S" "*$&" ,)() - (-#- )! #6)6("&

!. >C%() #" -!/- "<-! -<6- - 6& "$*$,$) " 4 $#)# #$& 6'$$@-! 6&-8)(8-?.

2

II. EN LAS LÍNEAS QUE APARECEN AL FINAL DE CADAASEVERACIÓN COLOCA UNA V CUANDO ESTA SEA VERDADERA UNA F CUANDO SEA FALSA.

1. U& <-') $!6$,) "# 6& "9"() " !$&,$$) " P-#,-

2. L- "&"!</- ,$&+'$,- " 6& /56$) "# - ($#(- "& ')) #6 !",)!!$). E#') &)# ) $&$,- " P!$&,$$) "A!56/(""#.

!. U& 8-!,) *)'-&) "# 6& "9"() " P!$&,$$) " B"!&)6$.

'. E P!$&,$$) " P-#,- #" -$,- - ("$! " &$" " $#) " 6&- ,-#-.

5. E P!$&,$$) " A!56/(""# #" 8-#- "& - -'- "&#$- " )# ,6"!)#.

. L- "),$- " 6& /56$) "# $<6- "& 6& '68) 56" - " (-0)! - ("&)! $("'!) "& ')) #6 !",)!!$).

III. RELACIONA LAS SIGUIENTES COLUMNAS INDICANDO A QUÉPROCESO TERMODINÁMICO PERTENECE CADA UNO DE LOSSIGUIENTES EXEMPLOS O CONCEPTOS.

1. U& !",$$"&'" '"!() "&) ,)& 6& /56$) *!/) - ISOBÁRICO . 2.E )6("& " 6& <-# -6("&'- "& !"-,$%& $&"!#- - -

!"#$%& #$ #" (-&'$"&" - '"("!-'6!- ,)&#'-&'". 8 ADIABÁTICO

3. El =ol#$en de #n :as a#$enta en relacin directa a la te$perat#ra4 si se$antiene la presin constante. cF IOTVRICO



F '. El llenado de los cilindros de :as caseros.

F 5. Es #n siste$a -#e no per$ite la trans$isin de ener:a.

F . C#ando a #n recipiente de aerosol de c#al-#ier prod#ctoF se le e,pone al

sol4 con el ries:o a -#e e,plote.

9!

IV. RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS7 DESARROLLANDOEL PROCEDIMIENTO ADECUADO PARA SU SOLUCIÓN.

1. e tiene #n &$*olo con ! c$ de di"$etro si le aplica$os #na %#era de / N . HJ#& presin e?erce el &$*olo.

2. Una $#?er de 57/ N se $antiene en e-#ili*rio so*re el tacn de #no de s#sapatos el c#al tiene #n di"$etro de 2.5 c$. HJ#& presin e?erce so*re el piso.

!. Dos *lo-#es de ce$ento pesan 75 N ) el "rea de contacto es de '5+ c$2 so*re #na colc3oneta. HC#"l es la presin -#e e?ercen los *lo-#es.

'. HC#"l es la %#era de #n *ote -#e ca) so*re #na ca$a el"stica e?erciendo#na

presin de +.+75 (a ) t#=o contacto con #na "rea de '++ c$2

.9'

Estas son las resp#estas -#e de*iste dar a las 0cti=idades de Consolidacin siest#=iste *ien en todas 8ELICID0DE@ 3as co$prendido $#) *ien el te$a. it#=iste $"s de #n error4 re$tete al contenido ) rep"salo 3asta -#e consideres -#e)a lodo$inas.

I.

1. e de*e a la presin at$os%&rica -#e se e?erce so*re el &$*olo.

2. (or-#e las $ol&c#las del a:#a tienden a contraerse4 ) a esto se le conoceco$o tensin s#per%icial.

!. 179 Sel=in.



'. 6iscosidad.

5. Densidad.

. Colocando #n depsito a #n ni=el $"s alto -#e el del edi%icio.

II.

1. 8

2. 8

!. 6

5.8

. 6

III.

1. *F

2. cF

!. aF

'. cF

5. *F

. aF

95

I6.

1. ( M 1.1!1 (a

Datos 8r$#la #stit#cin

AM_ r

G



Di"$etro M ! c$ 2 0 M 7+/ c$2 M 7 +/ ,1+`'$2

..G

8#era M / NG

rea M G

(resin M F /N

P M

( MM 11!1/ (a

A .

`'2

7+/ , 1+ $

.

( M 11.!1/ (a

2. P 11. P-

D-')# 8r$#la #stit#cin

F6"!@- ND$("'!) 2.,(

0 rM _ 2D c$ r c$ 0 c$ M⇒ M M M25 125 '92 2 . . ._ r

Á!"- ?P!"#$%& ?

( 8 0 M( $ N $ M M ` 5/7 '9 1+1197959 1 ' 2 2 . . N ,

( M 1197.9591 (a

9

!. ( M +.1 (a

Datos 8r$#la #stit#cin G8#era M 75 N 8 75 N

2 ( M ( MM 1. (a

Grea M '5+ c$0 '5+ c$2 G(resin M



( M 1. (a

4. F 3K N

D-')# 8r$#la #stit#cin

Á!"- 4KK ,(2 P!"#$%& K.K P- ( M 8 0

+.+75 '++F , 1+ M !+ , 1+G' G'

F6"!@- ?

8 M (. 0 8 M!+ N , 1+ M +.++!

N G'

97

ALVARENGA7 eatri et al. 8sica :eneral. !a. <arla4 &,ico4 s%.BRANDYEIN et al. . 8sica. La ener:a4 las %or$as ) s#s ca$*ios.(#*licaciones C#lt#ral4 &,ico4 19/2. CARNOT4 adi ; Re%le,iones so*re la

potencia $otri del %#e:o. erie Ciencia ) T&cnica4

I(N4 19/7. CRAIG7 0nna*el ) Di%% Rosne). Enciclopedia de la ciencia. #sae.GENZER ) o#n:ner . 8sica. 'a. (#*licaciones C#lt#ral4 &,ico4 19/+.GUTIÉRREZ 0ranaeta4 Carlos. E,peri$entos de 8sica I ) II con e-#ipo de

*a?o costo.

Uni=ersidad 0#tno$a de Na)arit. OARZÁBAL 6elasco4 8&li,. Lecciones de8sica. CEC04 &,ico4 199+. PERELMAN7 . ; 8sica recreati=a. to$o 24 5a.de.4 Ed. irGosc4 19/!. PÉREZ ontiel4 <&ctor. 8sica II para *ac3illerato.(#*licaciones C#lt#ral. &,ico. SHAIM <a*er et al . 8sica (C. Ed. Re=ert&41975. YALTER7 Earl . 8sica recreati=a. La %eria a$*#lante de la 8sica. 2a ed.Li$#sa.

FÍSICA II

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