Physics

                        -------------------- 2016 --------------------

Mister: Jorge Armando Rojas Pérez

correo: jarp_cordobes@hotmail.com

Física 11 

TERCER PERIODO
Acústica y óptica

1.      Sonido-acústica.
2.       Características del sonido
3.      Tono y timbre
4.       Fuentes sonoras y efecto Doppler
5.     . Tubos y cuerdas sonoras.
6.     . La luz-óptica
7.       Fenómeno de reflexión y refracción
8.      Difracción y principio de Huygens
9.     .Óptica geométrica (espejos esféricos, lentes, instrumentos ópticos)

 Semana del 03 al 06 de Octubre 

Semana del 26 al 30 de septiembre 

Semana del 18 al 23 de septiembre 

Semana del 05 al 16 de septiembre 

Semana del 22 de Agosto al 02 de septiembre 

REALIZAR LA SIGUIENTE CONSULTA:

VELOCIDAD DE UNA ONDA TRANSVERSAL

ENERGÍA Y POTENCIA QUE TRANSMITEN LAS ONDAS

LAS ONDAS SÍSMICAS.

REALIZAR LOS SIGUIENTES PROBLEMAS 

1. En el extremo de una cuerda tensa y muy larga, de masa 0,04 kg y densidad lineal 0,08 kg/m, se produce un M.A.S, perpendicular a la dirección de la cuerda, de amplitud 0,02 m y frecuencia 8 Hz, si esta perturbación se propaga a lo largo de la cuerda con velocidad 20 m/s, determinar: a) la amplitud, la frecuencia y la longitud de onda de las ondas generadas. b) la energía que transmiten estas ondas. c) la potencia que transmiten las ondas producidas a lo largo de la cuerda.
2. Una cuerda de un arpa sinfónica de 2 m de longitud se somete a una tensión de 500 N. Si su masa es de 60 g, calcular: a) la densidad lineal de la cuerda. b) la velocidad de una onda en dicha cuerda.  Entregar el 5 de septiembre de 2016

FENÓMENOS ONDULATORIOS:  REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN 

TEMAS PARA EL EXAMEN ACUMULATIVO DE FÍSICA III PERIODO

  

1. Posición, velocidad y aceleración de M.A.S
2. Energía del movimiento armónico simple.
3. Péndulo simple y sus elementos.
4. movimiento ondulatorio y características.

Semana del 1 al 19 de agosto

REALIZAR LA SIGUIENTE ACTIVIDAD  PARA EL DÍA 17/08/2016

•Explica la diferencia entre una onda mecánica y una electromagnética.

•Da algunos ejemplos de fenómenos ondulatorios que conozcas, donde haya transporte de energía y no de materia.

•Si la velocidad de una onda es de 36 km/h y su frecuencia es de 2 Hz, determina la longitud de la onda en centímetros.

•Una onda tiene una frecuencia de 20.000 Hz y Se mueve a una velocidad de 72 km/h. Calcula:

a) El período de la onda.

b) Su longitud de onda.

Semana del 25  al 29 de Julio

Semana del 11 de Julio al 22 de Julio

TRABAJO DE NIVELACIÓN DE FÍSICA 11 II PERIODO

1.    Explica la diferencia entre movimiento oscilatorio y movimiento periódico.
2.    Responde. ¿El período de un péndulo depende de su masa? Explica tu respuesta.
3.    Realiza un cuadro comparativo, donde muestres similitudes y diferencias, entre el movimiento de un péndulo y el movimiento de una masa ligada a un resorte.
4.    El cometa Halley gira alrededor del Sol en dirección contraria a los planetas del sistema solar y da una vuelta completa en su órbita cada 75 o 76 años en promedio. Si se considera este evento como periódico, ¿es cierto afirmar que el movimiento del cometa Halley es un movimiento oscilatorio? ¿Por qué?
5.    En un sistema masa-resorte se comprime el resorte hasta la posición A y se suelta como se muestra en la figura.

a. Describe el movimiento de la masa para cuando hay fricción y cuando no hay fricción con el aire.b. Si la masa oscila 20 veces en un minuto, ¿cuál es el valor del período y la frecuencia?6.    Un cuerpo experimenta un movimiento armónico simple (MAS) con un período de 2 s. La amplitud de oscilación es de 3 m. Si en el instante inicial se encuentra el objeto en uno de los extremos de la trayectoria, halla:
a. Las ecuaciones para la elongación, la velocidad y la aceleración del objeto.b. La elongación, la velocidad y la aceleración cuando t  = 1 s.

7.    Un cuerpo describe un movimiento armónico simple, de acuerdo con la expresión  x = 2cos (π/2.t+ π)con unidades en el SI. Determina:

a. La amplitud, la frecuencia angular, el período y la constante de fase.b. Las funciones de velocidad y aceleración del movimiento.c. La aceleración en función de la elongación x.
8.    Un móvil realiza un movimiento armónico simple de acuerdo con la ecuación x = 2cos (π/4.t)   unidades en el SI. Halla:

a.     La amplitud, velocidad angular, el período y la constante de fase del movimiento.
b.    La velocidad y aceleración máximas.
9.    Se tiene un orificio circular de 0,8 cm de diámetro, el cual está 8 m por debajo del nivel del agua.
a. ¿Con qué velocidad sale el agua por el orificio?b. ¿Cuál es el caudal?10.  La llave del lavadero llena un balde de 12 litros en 2 minutos. Si la sección transversal de la llave es de 1 cm²:
a.    ¿cuál es el caudal?
b.    ¿con qué velocidad sale el líquido?

11.  Un cuerpo experimenta un movimiento armónico simple de período 3 s y amplitud de oscilación de 1 m. Si al iniciar el movimiento el cuerpo se encuentra en el extremo negativo de la trayectoria, halla:
a.    Las funciones respecto al tiempo de elongación, velocidad y aceleración.
b.    La elongación, velocidad y aceleración cuando ha transcurrido un segundo.

Semana del 04 de Julio al 08 de Julio

Energía cinética en el m.a.s.

La energía cinética en un movimiento armónico simple en un punto está asociada a la velocidad que el cuerpo tiene en dicho punto. Recuerda que la velocidad en un oscilador armónico es máxima en la posición de equilibrio y 0 en los extremos.

La energía cinética E_c en un movimiento armónico simple varía de manera periódica entre un valor mínimo en los extremos y un valor máximo en la posición de equilibrio. Su valor puede venir expresado en función de la elongación x o en función del tiempo t.

En función de x	En función de t
Ec=1/2⋅k⋅(A2−x2)	Ec=1/2⋅k⋅A2⋅sin2(ω⋅t+φ0)

Donde

• E_c: Energía cinética. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio ( J )
• A: Amplitud. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro (m)
• ω: Frecuencia angular: Su unidad de medida en el sistema internacional es el radián por segundo ( rad/s )
• φ : Fase inicial. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el radián (rad)
• k: Constante del m.a.s. Su unidad de medida en el Sistema internacional es el Newton por metro (N/m )

El valor máximo de la energía cinética es Ec=1/2⋅k⋅A2  y el valor mínimo es 0.

Gráficas de la energía cinética en m.a.s.

Existen dos tipos de gráficas posibles para la energía cinética de un oscilador armónico: las que relaciónan la energía cinética con la elongación y las que la relacionan con el tiempo

Gráfica energía cinética - posición

Energía potencial en el m.a.s.

La fuerza recuperadora o elástica es una fuerza conservativa. El trabajo realizado por las fuerzas conservativas depende unicamente de los puntos inicial y final, y no del camino elegido. Por ello, las fuerzas conservativas dan lugar a la energía potencial. En este caso se trata de energía potencial elástica, al ser la fuerza responsable la fuerza recuperadora o elástica.

La energía potencial E_p en un movimiento armónico simple varía de manera periódica entre un valor mínimo en la posición de equilibrio y un valor máximo en los extremos. Su valor puede venir expresado en función de la elongación x o en función del tiempo t.

En función de x	En función de t
Ep=1/2⋅k⋅x2	Ep=1/2⋅k⋅A2⋅cos2(ω⋅t+φ0)

Donde

• E_p: Energía potencial. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio ( J )
• A: Amplitud. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro (m)
• ω: Frecuencia angular: Su unidad de medida en el sistema internacional es el radián por segundo ( rad/s )
• φ : Fase inicial. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el radián (rad)
• k: Constante del m.a.s. Su unidad de medida en el Sistema internacional es el Newton por metro (N/m )

El valor máximo de la energía potencial es Ec=1/2⋅k⋅A2  y el valor mínimo es 0.

Gráficas de la energía potencial en m.a.s.

Existen dos tipos de gráficas posibles para la energía potencial de un oscilador armónico: las que relaciónan la energía potencial con la elongación y las que la relacionan con el tiempo

Gráfica energía potencial - posición

Semana del 30 de mayo al 03 de junio 

Semana del 30 de mayo al 03 de junio 

Semana del 23 al 27 de mayo

  

TEMAS PARA EL EXAMEN ACUMULATIVO DE FÍSICA II PERIODO

 

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD 

PRINCIPIO DE BERNOULLI

VISCOSIDAD

MOVIMIENTO OSCILATORIO 

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE: (AMPLITUD, ELONGACIÓN, PERIODO, FRECUENCIA, OSCILACIÓN

semana del 16 al 20 de mayo

semana del 2 al 13 de mayo

ELONGACIÓN, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN EN EL MAS

Si la elongación del Movimiento Armónico Simple se la representa según avanza el tiempo, se obtiene una gráfica periódica que corresponde a una función trigonométrica del tipo SENO o COSENO. Esta es la ley periódica del movimiento vibratorio.

De igual modo, si se considera además la Velocidad Lineal y la Aceleración Centrípeta de la partícula al mismo tiempo que transcurre la elongación, se obtiene los siguientes registros:

ECUACIONES.

ELONGACIÓN EN EL TIEMPO (t):

CASO ESPECIAL: ELONGACIÓN MÁXIMA

VELOCIDAD EN EL TIEMPO (t):

CASO ESPECIAL: VELOCIDAD MÁXIMA

ACELERACIÓN EN EL TIEMPO (t):

CASO ESPECIAL ACELERACIÓN MÁXIMA:

X = elongación
V = velocidad lineal
a = aceleración centrípeta
A = amplitud
ω = velocidad angular
t = tiempo transcurrido

NOTA: En la ecuación de aceleración aparece un signo ( - ) el cual indica que apunta siempre en dirección contraria a la velocidad, para hacer que la partícula regresa al punto de equilibrio.

CARACTERISTICAS.

La velocidad de la partícula es mayor mientras más lejos se encuentra de los puntos de retorno, siendo máxima cuando cruza por el punto de equilibrio y mínima (cero) en los puntos de retorno.

La aceleración de las partículas es mayor mientras más lejos se encuentra del punto de equilibrio, siendo máxima en los puntos de retorno y mínima (cero) en el punto de equilibrio.

IMPORTANTE: Las ecuaciones de Velocidad y Aceleración descritas anteriormente, son consecuencias de la gráfica inicial de la Elongación, ya que de ésta se derivan las demás. Sin embargo, las mismas ecuaciones también se pueden expresar como:

Esto se debe a que: Las gráficas del Seno y del Coseno son iguales en su forma, y sólo se encuentran desfasadas entre sí por un valor de π/2 o 90°.

Por este motivo, se cumple la siguiente regla general: Si la elongación se expresa en forma de Seno, entonces su velocidad está en términos de Coseno y su aceleración en Seno, y viceversa: si la elongación se expresa en forma de Coseno, entonces su velocidad está en términos de Seno y su aceleración en Coseno.

Decidir entre el uso del Seno o el Coseno para expresar elongación, depende del instante en que se comienza a contar una oscilación completa: si es desde el punto de equilibrio es una gráfica senosoidal, y si se inicia desde algún punto de retorno, la gráfica es del tipo cosenosoidal.

En todo caso, cualquier forma de la gráfica describirá el Movimiento Armónico Simple de la partícula y sus propiedades particulares, ya que ambas formas son válidas.

semana del 25 al 29 de abril

El siguiente vídeo explica de forma detallada el movimiento  armónico simple ver el recurso para ampliación del tema.

semana del 18 al 22 de abril

Movimiento oscilatorio armónico simple

Un cuerpo describe un movimiento periódico cuando las variables de posición, x, velocidad v y aceleración a de su movimiento toman los mismos valores después de un intervalo de tiempo cte denominado periodo. Ej: Movimiento circular uniforme, el péndulo o un cuerpo unido a un muelle. En los dos últimos casos el movimiento de vaivén se produce sobre la misma trayectoria (arco o recta). Decimos que es un movimiento oscilatorio o vibratorio.

Movimiento oscilatorio o vibratorio es aquel en el que el cuerpo se desplaza sucesivamente a uno y otro lado de su posición de equilibrio repitiendo para cada intervalo de tiempo sus variables cinemáticas.

Oscilación es lo mismo que vibración. Sin embargo se suele hablar de vibración para designar oscilaciones rápidas o de alta frecuencia.

Cualquier cuerpo que sea apartado de su posición de equilibrio estable tenderá a recuperar el equilibrio efectuando movimientos oscilatorios alrededor de esa posición.

Ej: Un cuerpo suspendido de un hilo permanecerá en equilibrio estable en la vertical. Si es apartado de la posición de equilibrio y se suelta oscilará alrededor de su posición de equilibrio. Se detendrá por la fricción del aire.

Supongamos un muelle que se aparta de su posición de equilibrio estable. Sobre él aparecen fuerzas restauradoras que tienden a devolverlo a su posición de equilibrio.

En este caso la F es la ley de Hooke.

F _restauradora = -k

k es una cte característica de cada muelle (N/m)

Una partícula tiene un movimiento oscilatorio armónico simple (MAS) cuando oscila bajo la acción de fuerzas restauradoras que son proporcionales a la distancia respecto de la posición de equilibrio y cuyo sentido es hacia la posición de equilibrio. Cualquier cuerpo con MAS se le llama oscilador armónico..

Segundo periodo

Conceptos temáticos 

Movimiento Armónico Simple y Ondas

•     Movimiento armónico simple (M.A.S) y elementos.
•     Frecuencia, periodo y elongación.
•     Velocidad, aceleración y energía en el M.A.S.
•     Péndulo simple y sus elementos.
•     Movimientos ondulatorios
•     Clasificación, elementos, graficas, función y fenómenos de ondas

semana del 11 al 15 de abril

Calor y temperatura

Calor

Al aplicar calor, sube la temperatura.

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. (Ver: Termodinámica, Tercera Ley)

Temperatura

La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calorque este contiene o puede rendir).

Diferencias entre calor y temperatura

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.

Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.

Misma temperatura, distinta cantidad de calor.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.

La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.

Cambios de estado

En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, esta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de estado. Los posibles cambios de estado son:

-de estado solidó a liquido, llamado fusión.

-de estado liquido a solidó, llamado solidificación.

-de estado liquido a gaseoso, llamado vaporización

-de estado gaseoso a liquido, llamado condensación

-de estado solidó a gaseoso, llamado sublimación progresiva.

-de estado gaseoso a sólido, llamado sublimación regresiva.

  semana del 28 de marzo al 8 de abril

Presión atmosférica

La caricatura ilustra "el peso de la atmósfera"

Si sobre una mesa se coloca un objeto pesado, el peso de ese cuerpo ejerce sobre la superficie de la mesa una cierta presión. Del mismo modo, aunque el aire no es un material muy pesado, la enorme cantidad de aire atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra hace que su peso total sea lo suficientemente grande como para que la presión que ejerce sobre ese punto tenga una gran magnitud.

Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire atmosférico, recibe el nombre de presión atmosférica.

Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

Algo importante que debemos considerar. Ya vimos, por el ejemplo inicial, que todo cuerpo genera una presión, pero esta presión que ejerce depende de su estado (sólido, líquido o gaseoso).

Los sólidos generan presión solo hacia abajo. Los líquidos generan presión hacia todos sus costados y hacia abajo. Y los gases generan presión por todo su derredor; o sea, hacia arriba, hacia todos sus costados y hacia abajo, por la propiedad más importante que los caracteriza: tienden a ocupar todo el espacio que los contiene.

La existencia de la presión atmosférica es evidente, por ejemplo, cuando se utiliza una ventosa: al comprimirla contra el vidrio eliminando el aire de su interior al soltarla recobra su forma, pero ahora la presión atmosférica la mantiene apretada contra la superficie del vidrio.

El aire atmosférico pesa

A  nivel del mar un litro de aire pesa 1,293 gramos. En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por el peso de una columna de aire cuya base es 1 cm² y la altura la distancia vertical entre el punto y el límite de la superficie libre de la atmósfera. 

La presión atmosférica normal equivale a la que ejerce a 0º C y a nivel del mar una columna de mercurio de 76 cm de altura. Ese valor se toma como unidad práctica de presión y se denomina atmósfera. (Ver Experimentos sobre la presión del aire)

La presión atmosférica se suele expresar en mm de mercurio (milímetros de mercurio) o torricelli, diciéndose que la presión normal, a nivel del mar es de 760 mm de Hg. Este valor se llama también una atmósfera. Sin embargo, los “hombres del tiempo” suelen utilizar otra unidad para medir la presión: el milibar.Unidades de Presión

En cualquiera de las unidades, la presión que se considera normal a nivel del mar tiene un valor de 1 atmósfera o, lo que es lo mismo, 760 mm de Hg ó 1.012,9 milibares.

Medición de la presión

Para medir la presión de un fluido se utilizan manómetros. El tipo más sencillo demanómetro es el de tubo abierto.  Se trata de un tubo en forma de U que contiene un líquido, hallándose uno de sus extremos a la presión  que se desea medir, mientras el otro se encuentra en comunicación con la atmósfera.

Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen diversos tipos. El barómetro de mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacío, de manera que la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.

Presión atmosférica y altura

(Ampliar imagen)

Como la presión atmosférica se debe al peso del aire sobre un cierto punto de la superficie terrestre, es lógico suponer que cuanto más alto esté el punto, tanto menor será la presión, ya que también es menor la cantidad de aire que hay en su cima.

Por ejemplo, en una montaña la cantidad de aire que hay en la parte más alta es menor que la que hay sobre una playa, debido a la diferencia de nivel.

Tomando como referencia el nivel del mar, donde la presión atmosférica tiene un valor de 760 mm, se comprueba que, al medir la presión en la cumbre que se encuentra a unos 1.500 metros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica vale aproximadamente 635 mm; es decir, la presión disminuye con la altura.

De acuerdo a lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es la presión del aire, puesto que la columna de vidrio del barómetro que queda por encima también es menor. Dicho de otro modo:

La presión atmosférica disminuye con la altura

La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es un fluido que puede comprimirse mucho, por lo que las masas de aire más próximas al suelo están comprimidas por el propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, más densas. Así, cerca del nivel del mar un pequeño ascenso en altura supone una gran disminución de la presión, mientras que a gran altura hay que ascender mucho más para que la presión disminuya en la misma medida.

Efectos de la altura en el organismo

Los efectos de la altura sobre el organismo humano son percibidos claramente por los montañistas, quienes está propensos a sufrirlos a medida que ascienden las cumbres.

Algunos de esos síntomas se presentan como cefalea, síntomas gastrointestinales, debilidad o fatiga, inestabilidad o vértigos, transtornos del sueño, entre otros.

Según se ha visto, la medida más eficaz ante la aparición de síntomas del mal de montaña es el descenso a altitudes más bajas, aunque solamente sean unos cientos de metros.

semana del 14 al 18 de Marzo

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:

1.     El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

2.     La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.

Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.

De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple

Empuje=peso=r_f·gV

El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido r_f  por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.

Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje.

Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.

Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.

Ejemplo:

Supongamos un cuerpo sumergido de densidad ρ rodeado por un fluido de densidad ρ_f. El área de la base del cuerpo es A y su altura h.

La presión debida al fluido sobre la base superior es p₁= ρ_fgx, y la presión debida al fluido en la base inferior es p₂= ρ_fg(x+h). La presión sobre la superficie lateral es variable y depende de la altura, está comprendida entre p₁ y p₂.

Las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre la superficie lateral se anulan. Las otras fuerzas sobre el cuerpo son las siguientes:

·         Peso del cuerpo, mg

·         Fuerza debida a la presión sobre la base superior, p₁·A

·         Fuerza debida a la presión sobre la base inferior, p₂·A

En el equilibrio tendremos que

mg+p₁·A= p₂·A
mg+ρ_fgx·A= ρ_fg(x+h)·A

o bien,

mg=ρ_fh·Ag

Como la presión en la cara inferior del cuerpo p₂ es mayor que la presión en la cara superior p₁, la diferencia es ρ_fgh. El resultado es una fuerza hacia arriba ρ_fgh·A sobre el cuerpo debida al fluido que le rodea.

Como vemos, la fuerza de empuje tiene su origen en la diferencia de presión entre la parte superior y la parte inferior del cuerpo sumergido en el fluido.

Con esta explicación surge un problema interesante y debatido. Supongamos que un cuerpo de base plana (cilíndrico o en forma de paralepípedo) cuya densidad es mayor que la del fluido, descansa en el fondo del recipiente.

Si no hay fluido entre el cuerpo y el fondo del recipiente ¿desaparece la fuerza de empuje?, tal como se muestra en la figura

Si se llena un recipiente con agua y se coloca un cuerpo en el fondo, el cuerpo quedaría en reposo sujeto por su propio peso mg y la fuerza p₁A que ejerce la columna de fluido situada por encima del cuerpo, incluso si la densidad del cuerpo fuese menor que la del fluido. La experiencia demuestra que el cuerpo flota y llega a la superficie.

El principio de Arquímedes sigue siendo aplicable en todos los casos y se enuncia en muchos textos de Física del siguiente modo:

Cuando un cuerpo está parcialmente o totalmente sumergido en el fluido que le rodea, una fuerza de empuje actúa sobre el cuerpo. Dicha fuerza tiene dirección hacia arriba y su magnitud es igual al peso del fluido que ha sido desalojado por el cuerpo.

los temas para el examen acumulativo de 1 periodo de física son: Rotación en sólidos, torque y condiciones de equilibrio, densidad, presión ( de los líquidos),principio de Pascal y Arquimedes.

semana del 7 al 11 de Marzo

PRINCIPIÓ DE PASCAL

El funcionamiento de la prensa hidráulica ilustra el principio de Pascal

En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.¹

En pocas palabras, se podría resumir aún más, afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se esparcirá sobre toda la sustancia de manera integral.² El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

También podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.

Prensa hidráulica

Ilustración del experimento de Pascal de la rotura de un barril mediante presión en un tubo

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos .

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S₁ se ejerce una fuerza F₁ la presión p₁ que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p₂ que ejerce el fluido en la sección S₂, es decir:

con lo que las fuerzas serán:

con S₁ < S₂. Por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones:

 En el siguiente vídeo encontraran aplicaciones del principio de Pascal.

semana del 22 al 26 de febrero

Fluidos en reposo

Densidad 

Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá:

d = m/v

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m³) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m³, la densidad será de: 1000 kg/m³

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será:

Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

Sustancia	Densidad en kg/m³	Densidad en g/c.c.
Agua Aceite Gasolina Plomo Acero Mercurio Madera Aire Butano Dióxido de carbono	1000 920 680 11300 7800 13600 900 1,3 2,6 1,8	1 0,92 0,68 11,3 7,8 13,6 0,9 0,0013 0,026 0,018

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

Densidad: la densidad es una característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a líquidos y sólidos homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.

Cálculo de la densidad en los líquidos

En el laboratorio, vamos a coger agua en un recipiente y, utilizando una probeta y la balanza electrónica, vamos a calcular las masas que tienen diferentes volúmenes de agua; los vamos a anotar:

Masa de agua	Volumen de agua
m1 m2 m3	V1 V2 V3

Hacemos otras medidas similares con aceite:

Masa de aceite	Volumen de aceite
m4 m5 m6	V4 V5 V6

A continuación, dividimos cada medida de la masa de agua por el volumen que ocupa y lo mismo hacemos con las medidas obtenidas con el aceite.

¿Qué observaremos?

Masa / Volumen	Masa / Volumen
m1/V 1 = d agua m2/V 2 = d agua m3/V 3 = d agua	m4/V 4 = d aceite m5/V 5 = d aceite m6/V 6 = d aceite

Que los cocientes obtenidos con las medidas del agua son iguales entre sí, lo mismo que ocurre con las del aceite; pero, comparadas las unas con las otras, veremos que son diferentes.

¿Que hemos calculado en esos cocientes?

Hemos hallado la masa de la unidad de volumen de cada uno de estos cuerpos, es decir, su densidad.

densidad de un cuerpo = masa del cuerpo / Volumen que ocupa

Sus unidades serán en el S.I. kg./m³

Es frecuente encontrar otras unidades, tales como g/c.c. ; g/l ; etc....

Cálculo de la densidad en los sólidos:

Para hallar la densidad, utilizaremos la relación:

d = Masa / Volumen

Lo primero que haremos será, determinar la masa del sólido en la balanza.

Para hallar el volumen:

• Cuerpos regulares: Aplicaremos la fórmuLa que nos permite su cálculo. Si es necesario conocer alguna de sus dimensiones las mediremos con el calibre, la regla o el instrumento de medida adecuado.
• Cuerpos irregulares: En un recipiente graduado echaremos agua y anotaremos su nivel. Luego, sumergiremos totalmente el objeto y volveremos a anotar el nuevo nivel, la diferencia de niveles será el volumen del sólido.

Todas las medidas las realizaremos, por lo menos, tres veces y calcularemos la media aritmética para reducir errores.

Actividad: 

INTERPRETA

•   La gran mayoría de turistas que llegan a Colombia visitan la Sierra Nevada de Santa Marta. ¿Qué tipo de zapatos les recomendarías usar?
•  ¿En qué situación pesa más un cuerpo, cuando está en el agua o cuando está fuera de ella?
•     ¿Cuáles son las condiciones que se deben cumplir para que un cuerpo se hunda dentro de un líquido?
•   ¿Por qué baja la línea de flotación de un barco cuando este pasa de navegar en un río a navegar por mar?
• 
  
• Realiza y analiza las siguientes experiencias.

a. Toma dos hojas de papel y colócalas verticalmente una frente a la otra. Sopla entre ellas. ¿Qué observas? Explica este hecho.

b. Deja caer simultáneamente, desde la misma altura, una moneda y una hoja de cartulina. ¿Llegan al mismo tiempo al piso? Justifica.

c. Recorta un trozo de cartulina con la forma exacta de la moneda. Pronostica si caerán juntos simultáneamente. Experimenta y explica.

PROBLEMAS BÁSICOS

1.       ¿Cuál es el volumen ocupado por 1.000 g de aluminio?

•     El osmio es una de las sustancias más densas que existen en la naturaleza. Su densidad equivale a 22,6 g/cm³ y el aluminio es uno de los elementos más ligeros con una densidad de 2,7 g/cm³. ¿Cuántas veces más grande es el volumen de 100 g de aluminio comparado con el volumen de 100 g de osmio?
•     Tenemos un cubo de 2 cm de lado y su masa es 24 g. ¿cuál será su densidad?. ¿Cuál será la unidad fundamental de densidad en el S.I?
•     ¿Qué densidad tendrá una sustancia de 100 g de masa y 30 cm³ de volumen?. Exprésala en el S.I.
•     La masa de un cubo de 3 cm de lado es de 100 g. ¿Cuál es la densidad del cubo? Exprésala en el S.I.
•       Si la densidad del agua es de 1000 kg/m³. ¿Qué densidad tendrá un vaso que contiene 250 cm 3 de agua? ¿Qué masa tendrá esos 250 cm³ ?
•     La masa de un trozo de aluminio es de 10 g y su volumen 3,7 ml. ¿cuál es su densidad?. Si cogemos ahora un trozo de aluminio de 20 gramos, ¿qué densidad tendrá?. ¿Por qué?.
•     ¿Qué volumen ocuparan 300 g de una sustancia cuya densidad es 2,7 g/cm³

semana del 15 al 19 de febrero

TALLER DE FÍSICA

TORQUE Y ROTACIÓN EN SOLIDOS

1.      Determina cuál de los siguientes sistemas gira con respecto a O, hacia dónde gira y cuál es el valor del torque.
   
2.  Un mecánico aplica a una llave de tuercas de 24 cm de longitud, una fuerza de 20 N para soltar una tuerca de una llanta.

• ¿Qué torque realiza la fuerza?

Si hubiera utilizado una extensión de 10 cm para la llave, ¿qué fuerza debería aplicar para soltar la tuerca?                                                                                                                                CONDICIONES EQUILIBRIO PARA CUERPO RÍGIDOS 

En el siguiente enlace podrán encontrar ayuda sobre el eje temático de condiciones de equilibrio en cuerpos rígidos.

http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap6.pdf

           Los anteriores vídeos le servirán de ayuda para lograr comprender el tema.
  semana del 7 al 12 de febrero

Eje temático: equilibrio de rotación y torque o momento

de fuerza.

consultar los siguientes video aplicativos para ayuda del eje temático

https://www.edumedia-sciences.com/es/media/38-torque-par-o-momento-de-fuerza

Estudiantes de grado 11 A prepararse para el taller que se estará realizando lunes 15 de febrero de 2016.

Primer periodo

conceptos temáticos

Fluidos y Termodinámica

• Torque
• Concepto y clasificación de palancas.
• Primera y segunda condición de equilibrio.
•  Densidad y presión
• Principio de Pascal y Arquímedes.
• Mecánica de fluidos
• Calor y temperatura (unidades)
• Leyes de la termodin