Presión y fluidos Física Leandra Salazar Instituto IACC 18/10/2017
CONTROL SEMANA 3 Ejercicio 1: En la tierra, la presión atmosférica a nivel del mar es de aproximadamente 101.325 [Pa]. Asumiendo un área aproximada para el pecho de una persona de 0.25 [m2], determine cuál es la fuerza que la atmosfera ejerce sobre el pecho de la persona. Explique por qué esta fuerza no daña el pecho ni el cuerpo de las personas. Datos: Presión: 101.325 [Pa] Área: 0,25 m2 Para determinar la fuerza, hay que despejar la siguiente ecuación: 𝑃=
𝐹 𝐴
F=P*A F= 101.325 [Pa] x 0.25 [m2]= 25.331,25 N El pecho no se aplasta producido por la fuerza ejercida, puesto que el aire, además de la sangre entre otros fluidos del cuerpo, tiene la misma presión que equilibra. Por otra parte a mayor altura, menor aire existe, por lo que pesa menos y ejerce una menor presión sobre las personas.
Ejercicio 2: Tres piscinas experimentales, muy angostas, pero profundas (4 [m] cada una), están llenas de tres sustancias diferentes. Una de ellas está llena de agua pura, otra de glicerina y otra de mercurio. Determine la presión en el fondo de cada una de ellas 𝐾𝑔
La densidad del agua es de: 1.000 [𝑚3 ] La formula a utilizar es: 𝑃 = (𝑝 × 𝑔 × ℎ) + 𝑃(𝑎𝑡𝑚ò𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎) Agua pura densidad 1000[kg/m3] P = (1.000(kg/m3) ×9,8 (m/s2) × 4 [m]) + 101.325 (Pa) 39.200 [Pa] + 101.325 [Pa] 140.525 [Pa]
Por lo tanto la presión del agua es de 140.525 [Pa]
Glicerina densidad 1260[kg/m3] 1.260[kg/m3] ×9,8 [m/s2] × 4 [m] + 101 325 [Pa] 49392 [Pa] + 101325 [Pa] 150.717 [Pa]
Por lo tanto la presión de la glicerina es de 150.717 [Pa] Mercurio densidad 13600[kg/m3]
=13.600[kg/m3] ×9,8 [m/s2] × 4 [m] + 101.325 [Pa] 533.120 [Pa] + 101.325 [Pa] 634.445 [Pa] Por lo tanto la presión del mercurio es de 634.445 [Pa] Ejercicio 3: El Río Amazonas, en su parte baja, tiene un caudal promedio de aproximadamente Q = 3.000.000 [ m3/ s ]. A partir de este dato, determine la velocidad del río en los siguientes tres puntos:
Punto 1 Ancho 1800 [m] Profundidad promedio 220 [m] Primero se calcula el área 𝐴 = 𝑑 𝑥 ℎ = 1.800[𝑚]𝑥 220[𝑚] = 396.000[𝑚2 ] Luego se calcula la velocidad con esta fórmula: Q=V*A Donde Q es el caudal, en este caso 3.000.000 [ m3/ s ], V la velocidad y A es el área, 396.000 m2 3.000.000 [ m3/ s ]= V * 396.000 m2
3.000.000 [ m3/ s ] / 396.000 m2 = V 𝑚
V= 7,6 [ 𝑠 ] Punto 2 Ancho 3700 [m] Profundidad promedio 250 [m]
𝐴 = 𝑑 𝑥 ℎ = 3.700[𝑚]𝑥 250[𝑚] = 925.000[𝑚2 ] Luego se calcula la velocidad con esta fórmula: Q=V*A Donde Q es el caudal, en este caso 3.000.000 [ m3/ s ], V la velocidad y A es el área, 925.000 m2 3.000.000 [ m3/ s ]= V * 925.000 m2 3.000.000 [ m3/ s ] / 925.000 m2 = V 𝑚
V= 3,24 [ ] 𝑠
Punto 3 Ancho 5.500 [m] Profundidad promedio 330 [m
𝐴 = 𝑑 𝑥 ℎ = 5.500[𝑚]𝑥 330[𝑚] = 1.815.000[𝑚2 ] Luego se calcula la velocidad con esta fórmula: Q=V*A Donde Q es el caudal, en este caso 3.000.000 [ m3/ s ], V la velocidad y A es el área, 1.815.000 m2 3.000.000 [ m3/ s ]= V * 1.815.000 m2 3.000.000 [ m3/ s ] / 1.815.000 m2 = V
𝑚
V= 1,65 [ 𝑠 ] Ejercicio 4: Desarrolle un texto de aplicación con sentido físico donde se presente la densidad teóricamente, relacionándola con su ecuación respectiva. En el mismo texto, explique los cambios de estados, detallando con un ejemplo de la vida cotidiana. (Puede ser una historia hipotética, siempre y cuando tenga sentido y explicación física). Utilice como mínimo 600 palabras y máximo 700
Tanto como en química y física la densidad es una magnitud que relaciona la masa de un cuerpo con el volumen que ocupa. P = m/v
Comúnmente la densidad de una sustancia varía cuando la presión o la temperatura cambian Como regla cuando la presión aumenta, la densidad de cualquier material aumenta también. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperatura.
La densidad, la temperatura, la presión y el estado de la materia, todos ellos están relacionados. Como ya se mencionó una temperatura más alta reduce la densidad de un fluido y viceversa. La densidad, de una sustancia cambia drásticamente la sustancia de sólido a líquido a gas. Altas temperaturas cambian la presión en un fluido. Aumento de la presión y reducción de la temperatura hace posible la producción de nitrógeno líquido, por ejemplo. Sin embargo el agua es la excepción. Posee moléculas polares que tienen una carga diferente en ambos extremos, y las cargas iguales de las moléculas de agua individuales a repeler. Cuando la temperatura aumenta, las moléculas de agua rebotan causar activamente el aumento de la energía y su repulsión de carga para hacer que el agua se expanda. La reacción tiene lugar en la dirección opuesta como la energía térmica se reduce y la temperatura baja. Con la mayoría de las sustancias, que aumenta la densidad como los solidifica de sustancias, pero las moléculas cargadas en repeler el agua de manera que la aglomeración de las moléculas no es tan cerca como con la mayoría de las sustancias. Como resultado, el hielo flota sólido en agua.
Bibliografía y web grafía
IACC (2017). Mecánica: presión y fluidos. Física. Semana 3.
http://bueno-saber.com/aficiones-juegos-y-juguetes/ciencia-y-naturaleza/loscambios-en-la-densidad-del-fluido-debido-a-la-temperatura.php
