Semana del 1º al 4 abril 2019

BLOQUE TEMÁTICO:	Bloque III. Un modelo para describir la estructura de la materia
TEMA:	La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas
SUBTEMAS:	• Presión: relación fuerza y área; presión en fluidos. Principio de Pascal.
APRENDIZAJES ESPERADOS	• Describe la presión y la diferencia de la fuerza, así como su relación con el principio de Pascal, a partir de situaciones cotidianas.

 Si haces la aplastadora o el brazo hidráulico, exentas el examen correspondiente al mes de abril

PRESIÓN

Es la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. 

Presión = fuerza (en newton)/superficie (m²). La unidad se llama Pascal = 1 N/m²

Al medir presiones elevadas, como gases que están comprimidos o vapor de una caldera, se usa la unidad denominada atmósfera (atm) 1atm = 1.013 x 105 N/m²

ejemplo:

Un elefante que pesa 40000 N (4000 kg) se mantiene sobre una pata con un área de 1000 cm2 (1/10 m2). La presión que ejerce es: 

P = 40000/1/10 = 40000 N/m2

¿Cuál es la presión que ejerce una mujer de 400 N (40 kg) sobre un tacón de aguja de área 1cm2 

(1/10000 m2)? P = 400 /1/10000 = 4000000 N/m2

Resultado = 10 veces mayor que la presión que ejerce el elefante.

La hidrostática es la parte de la física que se ocupa de estudiar los fluidos líquidos en reposo.

Presión hidrostática Es la presión que se ejerce en un punto a una profundidad determinada

Los líquidos y los gases ejercen ejercen fuerzas perpendiculares a las paredes del recipiente, pero también el fondo del mismo recibe mayor presión al tener que soportar las capas que están arriba formando columnas imaginarias.

Para determinar la profundidad de un objeto utilizaremos la siguiente fórmula: P = d x h x g donde: P= Presión (N/m²) d= Densidad (Kg/m³) h= Altura (m) g= Fuerza de gravedad (m/s²)

Ejemplo:

¿Cual es la presión que recibe un cuerpo sumergido en el agua de una alberca que se encuentra a 2m de profundidad?

El Principio de Pascal

La atmósfera ejerce presión sobre todos los objetos con los que está en contacto, incluyendo los otros fluidos. La presión externa que actúa sobre un fluido se transmite a través del mismo. El principio de Pascal establece que “la presión aplicada a un punto de un fluido estático e incompresible encerrado en un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido”.

   Si se ejerce una fuerza F exterior sobre un émbolo de sección S, se origina una presión en toda la masa líquida. 

P = F/S

La presión, como ya hemos comentado antes, es una magnitud escalar, no tiene dirección definida, pero la fuerza interior que origina es un vector perpendicular a la superficie sobre la que actúa. Por lo tanto dentro de una espera es perpendicular, en cada punto, a la superficie interior. 

   El chorro de líquido no sale con más fuerza por el agujero interior, como podría pensarse al empujar la fuerza externa el émbolo en esa dirección, sino que sale por todos los orificios con igual velocidad. 

Hay varios dispositivos que usan el principio de Pascal, por ejemplo, los frenos hidráulicos de un automóvil y la rampa hidráulica o el tan conocido “gato hidráulico”. 

   El gato hidráulico es empleado en los talleres para elevar coches. Es un depósito con dos émbolos de distintas secciones S1 y S2 conectados a él. La presión ejercida por el émbolo al presionar en la superficie del líquido se transmite íntegramente a todo el líquido. La presión es la misma en los puntos próximos a los dos émbolos. P1=P2. 

La fuerza F1 aplicada en el émbolo pequeño se aplica en un factor amplificado k tal que: F2 en el émbolo grande es k·F1. Además de amplificar el valor de F1 cambia su dirección de utilización, pues F2 estará dónde conectemos al depósito del segundo émbolo. 

Ejemplo

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Es la presión ejercida por el peso del aire atmosférico sobre cualquier superficie en contacto con él. Cotidianamente en todo momento encontramos situaciones en que es evidente la existencia de la presión atmosférica.

Aplicaciones de la presión atmosférica

• Gracias a la presión atmosférica respiramos, para esto ampliamos el volumen de nuestra caja toráxica abatiendo el diafragma , de modo que la presión en los pulmones disminuye y la presión atmósferica empuja el aire hacia adentro.
• disponiendo de una bomba al vacío, se puede sacar gran parte de aire existente en una lata, si esto se hiciera la lata se aplastará debido a la presión atmosférica. Antes de sacar el aire esto no sucedia porque la presión atmosférica estaba actuando tanto en el interior como en el exterior de la lata y estas dos presiones se equilibraban. Al actuar la bomba de vacío, la presión interna se reduce y la presión externa aplasta la lata.

Medida de la presión atmosférica

El físico italiano Torricelli tomó un tubo de vidrio de 1 m. de longitud, selló uno de sus extremos y lo llenó completamente de Hg, lo sumergió en un recipiente de Hg, al destapar el tubo Torricelli verificó que el líquido descendió a una altura de 76 cmHg; por lo tanto, la presión atmósferica equivale a la presión ejercida por una columna de Hg de 76 cm de alto "a nivel del mar". La unidad de medida Torr se usará en condiciones cercanas al vacío. La columna de Hg en Guanajuato es de 59.8 cm

Variación de la presión atmosférica con la altura

Profr. Ricardo Caudillo S.

TAREA PARA ENTREGAR EL JUEVES 4

1. Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora hidráulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeño circular de 8 cm de radio. Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño.


2. Con una prensa hidráulica, se quiere levantar un coche de masa 1250 kg. Si la superficie del émbolo menor es de 15 cm2 y la del émbolo mayor de 3 m2. Calcula la fuerza que debe aplicarse

3. ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?


4. Una persona de 84 kg se para sobre la losa de una casa que tiene por superficie 225 metros cuadrados. ¿Cuál será la presión que esta persona ejerce sobre la losa?

5. La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1 x10^5 Pa . ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 50 cm x 75 cm?

6. En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 40 cm, y el émbolo menor de 2.3 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque de 50,000 N?

7. Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza con una magnitud de 95 N mediante un pistón de área igual a 0.041 m² ¿Cuál es la presión?

8. ¿Qué fuerza habrá que realizar en el émbolo pequeño de un elevador hidráulico para levantar un camión de 15000 kg? Los radios de los émbolos son 2 m y 10 cm. 

9. La relación de secciones de los émbolos de una prensa hidráulica es 50. Si sobre el émbolo pequeño se ejerce una fuerza de 15 N, ¿qué fuerza elevará en el mayor?

10.  El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N, ¿cuál es el radio de éste émbolo?

11.  Si comprimes un globo hasta reducir su volumen a un tercio de su valor original, ¿cuánto aumenta la presión en su interior?.

12.Un trozo de metal de 8,6 kg desplaza 1 litro de agua cuando se sumerge completamente en ella. Calcula su densidad.