jueves, 2 de agosto de 2018

Fluidos

FÍSICA DE OCTAVO GRADO (8°)

FLUIDOS

Un fluido es un cuerpo cuyas partículas cambian de posición con facilidad. Los líquidos y los gases son fluidos.

CARACTERÍSTICAS DE LOS FLUIDOS

Los fluidos presentan las siguientes características:
  • Las partículas que los constituyen no tienen posiciones fijas, sino que se pueden mover independientemente de una posición a otra deslizándose entre sí.
  • Los fluidos adoptan la forma del recipiente que los contiene.
  • La distancia entre partículas que conforman un líquido les permiten resistir fuerzas de compresión. En cambio, la distancia entre partículas de gas, los hacen fácilmente compresibles.
  • Un gas se puede expandir de forma indefinida y por eso, llena el espacio que tenga disponible.
Observen el siguiente vídeo:



FUERZAS EN EL INTERIOR DE UN LÍQUIDO

Un fluido dentro de un recipiente, ejerce fuerzas sobre las paredes de este. Para comprender como actúan estas fuerzas al interior de un fluido es necesario comprender los conceptos de presión y densidad

Presión:

Es una magnitud derivada y se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre un cuerpo y sobre el área sobre la cual actúa la fuerza. La presión (p) mide la fuerza por unidad de superficie.


Si el efecto de la fuerza depende de la magnitud y dirección, también depende de la superficie o el área sobre la actúa. Cuanto menor sea el área, mayor es su efecto.


La magnitud de la presión en el Sistema Internacional (SI)

En el sistema Internacional de medida la unidad de presión es el N/m2 al que se denomina Pascal (Pa) e indica la fuerza en Newtons ejercida sobre cada m2 de superficie.

Ejemplo: Un cuerpo de 10 kg de masa se apoya en un área de 2 m2. Calcule la presión que ejerce.
Solución:
Datos:
m = 10 kg
A = 2 m2
Como la presión es: P = F / A, tenemos que averiguar cuál es el valor de la fuerza (F) y está determinado en este ejercicio por el peso de la masa de 10 Kg
W = m*g
W = 10 Kg * 9.8 m/s2
W = 98 Newtons

Ahora si… P = 98 N / 2 m2
                P = 49 N/m2
                P = 49 Pascales(Pa)

Observen el siguiente vídeo:


La densidad:

Es una característica de cada sustancia y se define como la medida de la cantidad de masa contenida en una unidad de volumen.
Según el sistema Internacional de medidas (SI) se mide en kg/m3 pero con frecuencia se expresa en gr/cm3. De manera sencilla, si la masa es la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo, la densidad hace referencia a que tan compacto está este material en un volumen determinado.


En sólidos y en líquidos homogéneos, la densidad generalmente no cambia con la presión y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes, por lo tanto, la densidad es variable y es necesario indicar en qué condiciones se mide.

Tabla 1. Densidades de algunos materiales


Ejemplo: Un clavo tiene una masa de 15,8 gramos y para calcular su volumen, se sumerge en agua y el volumen del agua despejada es de 2 cm3. Determinar la densidad del clavo.
Datos:
m = 15,8 gr
v = 2 cm3

δ = M/V
δ = 15,8 gr / 2 cm3
δ = 7,9 gr/cm3

Como podemos ver, esa densidad corresponde a la del hierro. El clavo esta hecho de hierro.

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LA PRESIÓN EN UN LÍQUIDO





Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior 

El valor de la presión será mayor cuanto mayor sea la profundidad a la que se encuentre.



Cálculo de la Presión dentro de un líquido

La expresión que permite hallar la presión que genera un líquido sobre cualquier objeto es:

P = δL * g *h

Donde: P =Presión de un líquido
   δL =densidad del líquido
   g =aceleración de la gravedad
   h = profundidad

A esta ecuación se le describe como la ecuación fundamental de la hidrostática y muestra que la presión de un líquido depende de la profundidad (h), de la densidad del líquido (δL) y de la aceleración gravitatoria (g)

Principio de Pascal
Cuando se aplica presión a un líquido, esta presión se trasmite por igual a través de todas las partículas del fluido. El principio de Pascal se enuncia así:

La presión ejercida en un punto de un líquido se trasmite con igual magnitud a todos los puntos del mismo.





Aplicaciones del Principio de Pascal

Tiene múltiples aplicaciones y constituye la base teórica de las máquinas hidráulicas, las cuales se utilizan para levantar grandes masas.


Ejemplo:
Se quiere levantar un auto de 250 kg que reposa en un pistón de área 25 cm2. Cuál es la fuerza que se debe aplicar en el otro pistón si este tiene un área de 1000 cm2?
Datos:
F1 = 250 kg*9.8 m/s2=2450 N
A1 = 1000 cm2
F2 = ?
A2 = 25 cm2












Rta: Se deben aplicar solo 61, 25 N para levantar el auto de 2450 N.

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En la próxima Guía… Principio de Arquímedes.