FISICA

Gu

a D

idc

tica

de

Apr

endi

zaje

Reforma Integral de la Educacin Media Superior (RIEMS)

Lic. Gabino Cu MonteagudoGobernador Constitucional del Estado de Oaxaca

Act. Jos Germn Espinosa SantibezDirector General del Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca (Cobao)

Lic. Elizabeth Ramos AragnDirectora Acadmica

cp Rogelio Cadena EspinosaDirector de Administracin y Finanzas

Ing. Manuel Estrada MontaoDirector de Planeacin

Ing. Ral Vsquez DvilaGerente de la Fundacin Cobao ac

Ing. Rodolfo Salvador Osorio Casas

Ing. Abel Luis Avendao

GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE. FSICA II

1 Edicin. 2011 Fundacin Cobao, ac En trmite.

Av. Belisario Domnguez 1219, YalalagSanta Lucia del Camino.cp 71228, Oaxaca, Mxico.Tel/Fax: (01 951) 513 26 [email protected]

Ilustracin de portadaVladimir Kush

EdicinAlejandra Martnez GuzmnAzael Rodrguez Teodoro Eugenio Santibez Gruhl Benjamn Mndez Martnez

Correccin de estiloEfran Velasco Sosa

Diseo y cuidado editorialMextli Cruz Lavariega

Los derechos de autor de todas las marcas, nombres comerciales, marcas registradas, logos e imgenes que apa-recen en esta Gua Didctica de Apren-dizaje pertenecen a sus respectivos propietarios.

N. del Ed. Las citas que aparecen en la presente Gua -transcritas de fuentes impresas o de pginas digitales-, no fueron intervenidas ni modificadas, ya que son textuales.

Queda prohibida la reproduccin por cualquier medio, impreso y/o digital, parcial o total, de la presente gua, sin previa autorizacin de la Fundacin Cobao, ac

Impreso y hecho en Oaxaca, Mx.

DIRECtoRIo

equipo disciplinar elaborador

responsable de asignatura

jefe del departamento de fsica Y matemticas

Ing. Mara Guadalupe Luca Cuenca Jimnezmce Nancy Anglica Ortz Guzmn

Pl. 04 El TulePl. 04 El Tule

NDICE

Presentacin

introduccin

carta al docente

Bloque iExplicas El comportamiEnto dE los fluidosanExos

Bloque iiidEntificas difErEncias EntrE calor y tEmpEraturaanExos

Bloque iiicomprEndEs las lEyEs dE la ElEctricidadanExos

Boque iVrElacionas la ElEctricidad con El magnEtismoanExos

Fuentes documentales

5

7

9

1373

85137

143213

221251

257

3GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE >FSICA II 3GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE >FSICA II

GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE >FSICA II

presentacin

en el Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca nos queda claro que la educacin de calidad es una exigen-cia de las y los estudiantes de la sociedad de Mxico para fortalecer la formacin integral y contribuir a la trans-formacin, desarrollo y solucin de sus problemas, en el marco de su contexto comunitario, acadmico y laboral.

La consolidacin de la Reforma Integral de la Educacin Media Superior es la tarea toral que nos ocupa para cons-truir nuevos horizontes educativos, acordes a los tiempos de este nuevo milenio, que nos permitan estar a la vanguar-dia y enfrentar los retos que la sociedad nos impone y ante los cuales debemos estar preparados.

Los esfuerzos que, para cumplir esos objetivos se han realizado en nuestra Institucin, se reflejan en estas Guas Didcticas de Aprendizaje que hoy tenemos la satisfaccin de poner en manos de la juventud que acude a nuestras au-las, no slo para abrevar el conocimiento de la comunidad docente, sino para adquirir las herramientas que le permi-tan construir su propio juicio y convertirse en forjadores de su destino.

Atendiendo de forma precisa los procesos de ense-anza-aprendizaje encauzados en contextos disciplinares, curriculares y sociales amplios, hoy por hoy, estas Guas permitirn al estudiantado, de manera individual, en equi-pos y de forma plenaria, discutir y reflexionar sobre activi-dades que redundarn en la consecucin de su aprendizaje, es decir, de sus competencias, para ampliar posibilidades como individuos inmersos en circunstancias sociales y cul-turales particulares.

Este material est diseado de tal forma que permitir al docente ejercer su labor desde dos perspectivas: prime-ro, ensear para el cambio, para lo nuevo, incluso para lo desconocido; ensear a producir conocimientos no slo a consumirlos. Segundo: ensear para la transformacin, para que la o el estudiante reflexione crtica y creativamen-te sobre los conocimientos que ha construido y que debe utilizar en el acontecer cotidiano, transformando positiva-mente su entorno para encontrar mejores formas de vida.

Corresponde pues, al docente, revisar y replantear su-puestos tericos y prcticas en el aula, de tal suerte que estimule de manera decisiva a sus estudiantes, para in-tegrar a su educacin ingenio, creatividad y compromiso, porque hay que tener siempre presente que en la tarea do-cente, quien no evoluciona en la doble tarea de ensear y aprender, no cambia nada.

5GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE >FSICA II

El especialista y maestro en pedagoga, Porfirio Morn Oviedo, cita: La docencia no consiste nicamente en trans-mitir conocimientos, sino despertar en el estudiante el gusto y la alegra por aprender, crear en su alma un vnculo afecti-vo con los dems que le rodean; desarrollar al individuo des-de adentro y entender que no se puede ensear a las masas y en serie, porque todos son diferentes. La misin de la do-cencia es la de formar personas conscientes de su mundo y de lo que son capaces de hacer a favor de ese mundo. La ver-dadera docencia es aquella que propicia que el estudiante se forje la necesidad de aprender por su cuenta y que encuentre en el docente una gua, un acompaante de travesa para lle-gar al conocimiento y en el aula un espacio de encuentro, de intercambio, discusin y confrontacin de ideas.

Las herramientas estn a la mano de todas y todos los que directa e indirectamente estamos involucrados en el proceso educativo del Colegio; depende de nosotras y noso-tros que las cosas cambien en la sociedad, elevando nues-tro nivel educativo, acorde a los tiempos, de forma tal que contribuyamos a que Oaxaca crezca y se desarrolle tan-to en lo social, como en lo econmico y cultural, siempre avanzando y encontrando nuevas perspectivas en el hori-zonte para anteponer a la zozobra un haz de luz, una luz de esperanza indispensable para que la humanidad pueda acceder a estadios elevados de paz, libertad y justicia social: la educacin.

act. jos germn espinosa santibeZdirector general

6


introduccin

Esta gua que tienes en las manos es el producto del esfuerzo conjunto de un grupo de docentes, personal del rea aca-dmica y directivos del Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca, la cual se pretende constituya un material bsico para abordar los contenidos y desarrollar las competencias que exige el programa de estudios de Fsica II emitido por la Direccin General de Bachillerato.

La asignatura de Fsica II pertenece al ncleo de forma-cin bsica, el cual tiene la finalidad de propiciar el desarrollo de la creatividad, el pensamiento lgico y crtico entre los es-tudiantes, mediante procesos de razonamiento, argumenta-cin y construccin de ideas. Esto permite el despliegue de distintas competencias para la resolucin de problemas fsi-cos que trasciendan el mbito escolar.

Cabe hacer mencin que esta gua promueve el en-foque intercultural haciendo nfasis en la competencia genrica nmero 10 que establece fomentar y respetar la interculturalidad y diversidad de creencias, valores, ideas y prcticas sociales.

En este material se abordan los cuatro bloques en que est dividido el programa oficial de la asignatura. El primer bloque trata lo referente al comportamiento de los fluidos; el dos a la diferencia entre calor y temperatura; el bloque tres, las leyes de la electricidad y, en el bloque 4, la relacin de la electricidad con el magnetismo.

Cada bloque est dividido en sesiones de acuerdo con los desempeos que debes lograr conforme al programa de es-tudios. Una sesin consta de tres momentos: apertura, de-sarrollo y cierre, pudiendo desarrollarse a lo largo de una o varias horas clase, de acuerdo con los objetos de aprendizaje que se abordan y los desempeos que debes lograr.

En la apertura, se plantean situaciones donde se preten-de atraer tu inters con el planteamiento de situaciones que evidencien la aplicacin de los objetos de estudio.

En el desarrollo se busca que seas el principal actor en tu proceso de aprendizaje, sin dejar de lado la participacin responsable y profesional de la o el docente, en quien recae la encomienda de poner a tu disposicin los elementos nece-sarios para que logres los mejores resultados.

En el cierre, se pretende que reafirmes los conocimien-tos abordados con actividades complementarias, as como actividades extra clase llamados en esta gua trabajo inde-pendiente.

Con respecto a la evaluacin, se proponen algunos ins-trumentos tales como listas de cotejo, rbricas y guas de observacin, los cuales permiten valorar tus desempeos; stos se incluyen en los anexos de cada bloque.


8Es importante mencionar que, en cada bloque de este tra-bajo, encontrars una gua de observacin que ser utilizada para evaluar tus actitudes con respecto a los trabajos realiza-dos en esta gua.

Finalmente, esta propuesta tiene la intencin de propor-cionarte a ti y a tu docente un material que sirva de apoyo; de ninguna manera constituye un libro de texto.


carta al docente

Con la finalidad de lograr un mejor resultado con esta pro-puesta, te sugerimos utilizar una bibliografa complementa-ria a partir de la empleada en este trabajo.

Al ser esta gua, el resultado de un primer intento por ela-borar un material con tales caractersticas para la asignatura de Fsica II, te invitamos a que realices las observaciones, su-gerencias y/o propuestas para mejorar este material.


BLOQUE IBLOQUE IeXplicas el comportamiento de los fluidos

13

BLOQUE I

sesiones: 4

TIEMPO DEL BLOQUE: 20 CLASES

EXPLICAS EL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS


desempeos del estudiante al concluir el

bloque

Identifica las caractersticas de los fluidos que los diferencian de los slidos.

Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presin hidrosttica y presin atmosfrica relacionados con su entorno inmediato.

Comprende los principios de Arqumedes y Pascal as como su importancia en el diseo de ingeniera y de obras hidrulicas en general.

Utiliza las leyes y principios que rigen el movimiento de los fluidos para explicar el funcionamiento de aparatos y dispositivos utilizados en el hogar, la industria, etc.

objetos de aprendiZaje

Hidrulica

Hidrosttica.

Hidrosttica.

Hidrodinmica.

niVeles de conocimiento

Comprensin.

Utilizacin del conocimiento.

Comprensin.

Utilizacin.

competencias a desarrollar

Identifica problemas, formula preguntas de carcter cientfico y plantea hiptesis necesarias para responderlos.

Obtiene, registra y sistematiza la informacin para responder a preguntas de carcter cientfico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigacin o experimento con hiptesis previas y comunica sus conclusiones respetando la diversidad de valores, ideas y prcticas sociales.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenmenos naturales a partir de evidencias cientficas. Hace explcitas las nociones

cientficas que sustentan los procesos para la solucin de problemas cotidianos.

Explica el funcionamiento de mquinas de uso comn a partir de nociones cientficas.

Relaciona las expresiones simblicas de un fenmeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos cientficos.

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio fsico y valora las acciones humanas de impacto ambiental.

eValuacin

Gua de observacin.

Gua de observacin.

Rbrica.

Rbrica.

15

BLOQUE I

desempeo al concluir el bloque:Identifica las caractersticas de los fluidos que los diferencian de los slidos.

sesin 1 4 clases

1 clase

encuadre

Para realizar el encuadre del curso, se sugieren las actividades siguientes:

Presentacin de las personas que participan (dinmica libre).Anlisis de expectativas de los participantes (alumnas, alumnos y el o la docente).Para formalizar esta actividad, se sugiere que respondan en una hoja las preguntas siguientes:

Presentacin general del curso.

Describo tres situaciones de mi vida personal donde creo requerir los conocimientos, habilidades y actitudes a desarrollar en el curso.Qu espero del curso?Qu quiero que suceda en l?Qu estoy dispuesto a aportar para lograrlo?Qu espero de mi docente?

a.

b.c.d.e.

a.

b.

1.2.

3.

Bloque I Hidrulica. Hidrosttica. Hidrodinmica.

Bloque II El calor y la temperatura. La dilatacin trmica. El calor especfico. Procesos termodinmicos.

Bloque III Electricidad. Electrosttica. Electrodinmica.

Bloque IV Magnetismo. Electromagnetismo.

Se especifican las competencias genricas que se pretenden lograr durante el curso.Los objetos de aprendizaje que se abordarn en cada bloque:


16

La acreditacin: Establecimiento de las consideraciones mnimas para aprobar el curso.

Porcentaje de asistencias para cada evaluacin parcial: 90%. Cada bloque consta de 20 horas, por lo que slo puedes tener dos faltas sin justificante, con ms de dos faltas, pierdes derecho a examen parcial. Tres retardos constan de una falta. El o la docente especificar la tolerancia de entrada a la clase.

Calificacin mnima aprobatoria: 6.0.

La calificacin es la distribucin de los porcentajes.

Los porcentajes de cada actividad son definidos por tu docente en consenso con el grupo, los rubros a considerar sern:

Tareas. Proyectosoactividadesespeciales(experimentosoexposiciones). Trabajocolaborativoenclase. Examen.

c.

d.

Metodologa de trabajo. (En trminos generales cmo ser la dinmica de trabajo durante el curso).

Trabajo con la gua didctica de aprendizaje. Trabajo colaborativo en clase propiciando la participacin activa del

alumnado, en un ambiente de respeto a la diversidad e interculturalidad. Exposiciones. Aclaracin de dudas mediante diversos ejemplos. Actividades recreativas y experimentales sencillas en el aula.

Criterios y mecanismos para:

4. Prueba diagnstica (diseada por tu docente).

En este bloque se propone que un porcentaje de la calificacin corresponda a la elaboracin y exposicin de un proyecto relativo a los temas que se abordarn en el transcurso del mismo, por lo que podrs elegir para la elaboracin y presentacin del mismo, entre 3 opciones que se sugieren en los anexos 4, 5 y 6, los cuales se evaluarn con la rbrica del anexo 3.Encontrars en la gua un icono que indica el tema al que corresponde cada proyecto propuesto.Estos proyectos se expondrn con ayuda de un apoyo visual (presentacin de Power Point con fotografas o videos, mural de memoria fotogrfica o pictogrfica) que comprender dos secciones:

a.b.c.d.

Proyecto

Marco terico que fundamenta el funcionamiento del prototipo.Proceso de elaboracin del prototipo.Bibliografa: la indicada al final de la gua.Recursos a utilizar: cuaderno de cuadros, calculadora cientfica, materiales para las actividades experimentales sealadas y dems que considere pertinente tu docente.

GUA DIDCTICA DE APRENDIZAJE >FSICA II 17

BLOQUE I

apertura

trabajo independienteOrganizados en pequeos equipos mixtos, trae para la siguiente clase los materiales necesarios para la actividad un fluido curioso.

2 clase

un fluido curioso

material necesario:

Maicena Agua Un recipiente de 20 cm de dimetro y 12 cm de profundidad (lo ms aproximado posible a esa medida).

procedimiento:

Mezcla la maicena con el agua hasta tener una textura uniforme. Introduce lentamente la punta de los dedos en la mezcla, nota lo que sucede. Toma un poco de la mezcla y aplica presin sobre ella, observa lo que ocurre. Toma otro poco de la mezcla y grala como para hacer una esfera, oprmela fuertemente y luego

sultala sobre la palma de tu mano, observa y analiza lo que sucede.

desarrollo

Comenta con tu equipo y escribe tus observaciones:

1. Cules son las caractersticas de los fluidos?2. Cules son las caractersticas de los slidos?3. En la categora fluidos, cul es la diferencia entre lquidos y gases?4. A qu se refiere el estudio de la Hidrulica?

Con las respuestas anteriores comenta en grupo y completa la tabla siguiente:caractersticas gases lquidos slidos

Forma

Volumen

Compresibilidad

Actividad

18

fluidosLos fluidos comprenden dos estados de agregacin de la ma-teria, los gases y los lquidos, que no tienen forma definida y adoptan la forma del recipiente que los contiene. Mientras los gases se pueden comprimir con relativa facilidad y no tienen volumen definido, los lquidos tienen la particularidad de ser prcticamente incompresibles y s tienen un volumen definido.

Son fluidos todos los lquidos, gases y otro tipo de sustan-cias de composicin ms compleja tales como emulsiones, suspensiones, pastas y polmeros fundidos, entre otros. El chicle y la masa de pan, pueden considerarse tambin como fluidos aunque igualmente se clasifican como slidos defor-mables. En realidad la divisin entre fluido y slido deforma-ble no es muy clara, en ciertas circunstancias slo puede sealarse en qu grado un fluido se acerca ms a uno u otro comportamiento.

Los slidos por su parte tienen forma y volumen defini-do y pueden comprimirse o no, dependiendo de su porosidad. Cuando un slido est compuesto por partculas muy peque-as como es el caso de la harina, el azcar, la sal o las semi-llas como lenteja, frijol, arroz, etc., tienen un comportamiento similar al de los fluidos. Por lo que una definicin ms formal de fluido es la que se refiere a la porcin de la materia que se deforma con facilidad al ser sujeta a esfuerzos cortantes.

La hidrulica se ocupa del estudio de las teoras que ex-plican el comportamiento de los lquidos y sus propiedades. Aunque el trmino hidrulica viene del latn hydraulica y sta del griego hydraulik que corresponde al trmino femenino hydrauliks que a su vez se deriva de hydraulis, cuya traduc-cin al espaol podra ser tubo de agua, pues se compone de dos palabras hydro=agua, y aulos=tubo; la hidrulica no solamente se ocupa del comportamiento del agua, sino que tambin considera a otro tipo de fluidos como son los gases. Para su estudio se divide en hidrosttica e hidrodinmica. La hidrosttica se refiere a la fsica de los fluidos en reposo. La hidrodinmica, por su parte, se refiere a la fsica de los flui-dos en movimiento.

trabajo independiente Organizados en equipos pequeos, trae el material para la actividad cromatografa en papel de la clase siguiente.


BLOQUE I

3 clase

cromatografa en papel

Bilogos, mdicos y qumicos necesitan con frecuencia sepa-rar los componentes de una mezcla como paso previo a su identificacin.La cromatografa es una tcnica de separacin de sustancias que se basa en las diferentes velocidades con que se mueve cada una de ellas, a travs de un medio poroso, arrastradas por un disolvente en movimiento.Se utilizar esta tcnica para separar los pigmentos que for-man una tinta comercial.

material necesario:

Cuatro tiras de papel poroso. Se pueden utilizar serville-tas de papel o pauelos desechables.

Rotuladores o bolgrafos de distintos colores. Cuatro vasos desechables. Un poco de alcohol. Un poco de aceite comestible. Un poco de glicerina. Un poco de agua.

procedimiento:

Recorta 4 tiras del papel poroso que tengan unos 2 cm de ancho y que sean un poco ms largas que la altura del vaso.

Enrolla una tira de papel a un lpiz o bolgrafo, de tal for-ma que al colocarlo sobre el vaso, el papel toque el fondo del mismo. Haz lo mismo para las otras tres tiras.

Haz una marca fuerte en cada tira con un rotulador ne-gro, a unos 2 cm del borde.

Coloca los distintos lquidos en cada uno de los vasos, hasta una altura de 1 cm aproximadamente.

Sita la tira dentro del vaso de tal manera que el extremo quede sumergido en el lquido pero la mancha que has hecho sobre ella quede fuera de l, como se muestra en la figura.

Cromatografa en papel

Cromatografa en papel

Actividad

20

Con base en la actividad realizada responde las preguntas siguientes:

1. Por qu se mojan las tiras de papel?

2. Se mojan de igual forma las cuatro tiras?

3. Por qu?

4. Qu caractersticas de los lquidos consideras que influ-yen en la forma en que se moja el papel?

Completa la tabla de la pgina siguiente de acuerdo a:

En un primer momento llena la primera columna, escri-biendo lo que sabes acerca de los conceptos solicitados, apoyndote en los conocimientos previos.

En plenaria, con el apoyo y gua de el o la docente, comparte tus respuestas con el grupo, discutiendo uno por uno cada concepto. Reelabora cada uno de ellos y, una vez que lle-guen a una conclusin, escrbela en la segunda columna.

En la tercera columna, anota algunos ejemplos del con-texto en donde se manifiesten las caractersticas analiza-das de los lquidos.

Como actividad independiente, consulta en la bibliografa sugerida los conceptos y escrbelos en la cuarta columna, para que puedas comparar las conclusiones elaboradas en el aula.


BLOQUE I

caractersticasescribe lo que

sabesacerca de ...

una vez que has comentado con el grupo, reelabora

tu concepto

escribe ejemplos de tu contexto,

donde se manifiesten

cada una de las caractersticas

revisa la bibliografa

sugerida y escribe los conceptos

Viscosidad

Tensin superficial

Capilaridad

Cohesin

Adhesin

Densidad

Peso especfico

22

4 clasePara abordar los temas de hidrosttica e hidrodinmica, ne-cesitamos analizar las magnitudes de densidad y peso espe-cfico de diversos materiales.

densidad: es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

Con apoyo de tu docente, completa la notacin y unidades de la tabla siguiente:

simbologa descripcin

unidades

s.i. c.g.s ingls absoluto

m

V

peso especfico: es la cantidad de peso por unidad de volu-men de una sustancia.

Con apoyo de tu docente, completa la notacin y unidades de la tabla siguiente:

simbologa descripcinunidades


Pe

W

V

g

= mV

Pe = g Pe = W V

W = mg Pe = mg V

, , = mV


BLOQUE I

slidos densidad(kg/m3) lquidosdensidad(kg/m3) gases

densidad(kg/m3)

Acero 7,860 Aceite comestible 917 Aire 1.293

Aluminio 2,700 Aceite hidrulico 800 Bixido de carbono 1.98

Cobre 8,890 Agua (4 C) 1,000 Helio 0.179

Concreto 2,200 Agua de mar 1,033 Hidrgeno 0.0889

Corcho 240 Alcohol etlico 806 Nitrgeno 1.25

Cuarzo 2,660 Benceno 878 Oxgeno 1.43

Hielo 920 Gasolina 736

Latn 8,470 Mercurio 13,600

Madera de pino 550 Sangre entera (37 C) 1,060

Oro 19,300

Plata 10,500

Platino 21,400

Plomo 11,300

Roble 810

para resolVer problemas, es importante que consideres la estrategia siguiente:

Identifica las magnitudes que te dan como datos, utilizando la simbologa correspondiente. Realiza las conversiones de unidades, de tal manera que todos tus datos estn en el mismo

sistema de unidades. Despeja la variable que es la incgnita de tu problema. Lleva a cabo la sustitucin, anotando la cantidad y unidad correspondiente. Elabora las operaciones matemticas.

24

EjEmplo:Un tanque cilndrico de gasolina tiene 3 m de altura y 1.2 m de dimetro, cuntos kilogramos de gasolina es capaz de almacenar?

datos frmula despeje sustitucin resultado

v = r2h

= mv

m = V

m = 736 kgm3 3.39m3

actividad de evaluacin Organizados en equipos mixtos, resuelve en tu cuaderno los problemas siguientes, usando la estructura presen-tada en el ejemplo anterior.NOTA: anota tus operaciones y resultado utilizando el S.I.

Para tu participacin en clase, esta actividad se evaluar con la gua de observacin del anexo 1.

En coevaluacin, se elegir a un o una integrante de al-guno de los equipos, para resolver los problemas en el pizarrn y, comparar los procedimientos as como los resultados.

1. Determina el volumen de 450 g de alcohol. R: V= 5.58 x 10-4m32. Determina la masa y el peso de 1,200 litros de agua contenidos en un tinaco de azotea de una casa.

R: m= 1,200Kg W=11,760N 3. Calcula el peso y la masa aproximados de la azotea de tu saln. 4. En una persona adulta sana el volumen de sangre es de 4.5 hasta 6 litros. Considerando que un hom-

bre adulto de 70 kg tiene 5.5 litros de sangre aproximadamente, determina:a). El peso de la sangre.b). El porcentaje que representa del peso total. R: W= 57.13N, 8.33%

5. Qu es ms pesado 870 kg de latn o 3.5 ft3 de cobre? R: El Cobre6. Qu volumen de agua tiene la misma masa que 100 cm3 de plomo? R: V= 1.13 x 10-3m3=1.13L.7. Calcula la masa y el peso especfico de 1,500 l de gasolina. R: m=1,104 Kg, Pe= 7,212.8 N/m38. Calcula la densidad de un aceite, si su peso especfico es de 8,967 N/m3. R: = 915 Kg/m3

m = V

m = V

= mv


BLOQUE I

En tu cuaderno, resuelve los problemas siguientes:

Esta actividad se evaluar con la rbrica del anexo 2.En coevaluacin, se revisarn en el pizarrn los ejercicios del trabajo independiente con apoyo de la o el docente para observar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, detectar reas de oportunidad y reforzar conceptos.

cierre

En equipo, consigue para la siguiente clase el material para la actividad la botella mgica.

trabajo independiente

1. Qu volumen de agua tiene la misma masa que 40 cm3 de plata? Cul es el peso especfico de la plata?

2. Un matraz de 450 ml est lleno de un lquido desconocido, y una balanza electrnica indica que el lquido en cuestin tiene una masa de 340 g, cul es la densidad del lquido?

3. El dimetro de una pelota de ftbol es aproximadamente de 26 cm y su masa es de 650 g, cul es el volumen de la pelota y cul su densidad?

4. Segn las reglas, la pelota de un juego de boliche no pue-de tener una circunferencia superior a 68 cm ni masa que sobrepase 7 kg, cul es la densidad y el peso especfico de la pelota si sus propiedades fueran las de los lmites reglamentarios? (Considerar que y V = 43r

3 ).

5. Si un cubo de un metal cuyo lado es de 15 cm, tiene una masa de 28.6 kg, cul es la densidad del metal?De qu metal se trata?

actividad de evaluacin

R: V= 4.2 x 10-4m3=.42L. Pe= 102,900 N/m3

R: = 755.55 kg/ m3

R: V= 9.2 x 10-3m3 = 70.65 Kg/m3

R: = 1,326 Kg/m3 Pe= 12,994.8 N/m3

R: = 8,474.07 Kg/m3 ( latn )

= mv

= mv

= mv

= mv

BLOQUE I

desempeo al concluir el bloque:Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presin hidrosttica y atmosfrica relaciona-dos con tu entorno inmediato.

sesin 2 4 clases

1 clase

apertura

la botella mgica

Consigue una botella vaca de vidrio, de cuello largo y es-trecho (por ejemplo: de sidra o vino).

Llnala completamente con agua. Colcale en la parte superior, un trozo de papel aluminio

o de plstico que cubra la entrada de la botella. Voltala y observa lo que sucede.

desarrollo

Respecto a la actividad anterior, contesta las preguntas siguientes:1. Describe lo que sucedi al voltear la botella:

2. Desde tu perspectiva, explica cual es la causa de lo que sucedi:

En forma grupal comenta las respuestas obtenidas.


Actividad

De acuerdo con lo anterior, completa el cuadro siguiente:

concepto escribe lo que sabes acerca de . . .

una vez que has comentado con el

grupo, reelabora tu concepto

revisa la bibliografa sugerida y escribe los

conceptos

Presin

Presin hidrosttica

Presin atmosfrica

Presin manomtrica

Presin absoluta

28

2 claseConsiderando los conceptos discutidos y acordados en la ta-bla anterior, formalizaremos los modelos matemticos res-pectivos.presin: Es la relacin entre una fuerza aplicada y el rea sobre la cual acta.

Con apoyo de el o la docente, completa la tabla siguiente:



P

F

A

P = FA


BLOQUE I

presin hidrosttica: Es la fuerza por unidad de rea que ejerce un lquido en reposo, sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido. Como esta presin se debe al peso del lquido, su medicin depende de la aceleracin gravitacional y de la profundidad a la que se mide la presin.

presin manomtrica: Es la fuerza por unidad de rea, que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente cerrado que lo contiene, a determinadas condiciones de temperatura. Se le llama presin manomtrica, porque para medirla se utiliza un instrumento llamado manmetro.1

1 Consultar el anexo 7 donde se describen los diversos tipos de manmetros.

Ph = gh

Con apoyo de la o el docente, completa la tabla siguiente:


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

Ph

r

g

h

30

Pabs = Pman + Patm

Pabs = Ph + Patm

presin atmosfrica: Es la fuerza por unidad de rea que ejerce la atmsfera sobre la superficie terrestre.

La presin atmosfrica se mide con un instrumento lla-mado barmetro.1 El ms comn es el barmetro de mercu-rio. La presin atmosfrica medida a nivel del mar es de 760 mm de Hg, esto es, la presin que ejerce la atmsfera en ese punto corresponde a la presin hidrosttica ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura.

1 atm = 760 mm Hg1 atm = 76 cm Hg1 atm = 101 292.8 N/m2 = 1.013x105 Pa1 mm Hg = 133.28 N/m21 cm Hg = 1332.8 N/m2 1 atm = 14.7 lbfza/in2 1 lbfza/in2 = 6895 N/m2

presin absoluta: Es la presin total de un fluido, que resulta de sumar la presin manomtrica o hidrosttica mas la pre-sin atmosfrica.

1 Consultar el anexo 7 para saber ms acerca de los barmetros.

Con apoyo de el o la docente, completa la tabla siguiente:


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

Patm

Pman

Ph

Pabs


BLOQUE I

datos frmula sustitucin resultado

F = 60 ND = 8 cm = 0.08 mP = ?

A = r (0.04m)2 = 5.026x10-3m2

P = 60N5.026x103m2

P = 11,937.92 PaP = 11.94 kPa


h = 60 cm = 0.60m

r = 13 600 kg/m3

Ph = ?

ejemplo 2:Determina la presin hidrosttica en el fondo de una columna de mercurio de 60 cm. de altura.

A = r2h

ejemplo 1:Sobre un lquido encerrado en un cilindro de 8 cm de dimetro se aplica una fuerza de 60 N mediante un pistn, cul es el valor de la presin generada?

P = FA

Ph = pgh Ph = 13600kgm3

9.8

ms2

0.60m( )

Ph = 79,968Nm2

Ph

Ph

=79,968Pa




,

= 79.968 KPa

= mv

32


m= 35 kg

D =12 cm = 0.12 m

P atm = 686 mm Hg

= 91,430.08 Pa

Pman = ?

Pabs = ?

ejemplo 3:Si un mbolo de 35 kg descansa sobre una muestra de gas en el interior de un cilindro de 12 cm de dime-tro, cul es la presin manomtrica y absoluta? (Considera la presin atmosfrica igual a 686 mm de Hg).

A = r2h

W = mg

P = FA

A = r (0.06m)2

= 1.13x10-2m2

W = 35kg( ) 9.8 ms2

= 343N

P = 343N1.13x102m2

Pman = 30,353.98 Pa

3 clase

actividad de evaluacin Organizados en equipos mixtos resuelve en tu cuaderno los problemas siguientes, usando la estructura presen-tada en el ejemplo (anota tus operaciones y resultado utilizando el S.I.).Esta actividad se evaluar, para tu participacin en cla-se, con la gua de observacin del anexo 1.

686mmHg133.28Pa1mmHg

P!"# = P!"# + P!"# P!"# = 30,353.98 Pa+ 91,430.08 Pa Pabs = 121,784.06 Pa

Pabs = 121.78 kPa


BLOQUE I

En coevaluacin, de algn equipo se elegir a una per-sona para resolver los problemas en el pizarrn y com-parar los procedimientos y resultados.

1. Una mesa soporta un peso de 1078 N, si cada una de sus cuatro patas tiene un rea de 25 cm2, determina la presin en cada pata. R: P= 107,800 N/m2

2. Determina la fuerza que debe aplicarse sobre un rea de 0.3 m2 para que exista una presin de 1.2 KPa. R: F = 360 N

3. Calcula el rea sobre la cual debe aplicarse una fuer-za de 225 N para que exista una presin de 2200 N/m2. R: A = 0.10m2

4. Calcula la profundidad a la que se encuentra sumergido

un submarino en el mar, cuando soporta una presin hidrosttica de 12 MPa. La densidad del agua de mar es de 1033 kg/m3. R: h = 1,185.37m

5. Determina la profundidad a la que se encuentra un bu-ceador en el mar, si soporta una presin hidrosttica de 74780 N/m2. R: h = 7.39m

6. Determina la presin hidrosttica en los puntos A y B del diagrama a , considere la densidad del aceite como 885 kg/m3. R: PhA= 30,355.5 N/m2 PhB= 45,055.5 N/m2

cierre

proyecto

Agrpate en equipos mixtos de 4 integrantes para iniciar con la elaboracin del proyecto. El dispositivo del anexo 4 corresponde a la aplicacin de presiones, por lo que puedes seleccionarlo para tu trabajo final.

Organizados en equipos pequeos consigue el material para la actividad Las jeringas deslizantes.

diagrama a

Ejercicios

34

Resuelve en tu cuaderno los ejercicios siguientes, que sern evaluados con la rbrica del anexo 2.

En coevaluacin y, con apoyo de tu docente, se revisarn los ejercicios del trabajo independiente en el pizarrn, para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar du-das, detectar reas de oportunidad y reforzar conceptos.

trabajo independiente

1. A qu altura mxima llegar el agua al ser bombeada a travs de una tubera con una presin de 87.5 KPa? R:h=8.93m

2. Calcula la presin hidrosttica en el fondo de una alberca de 3 m de profundidad. R: h= 29,400 N/m2

3. Si se construye un barmetro usando agua en lugar de mercurio, qu altura de agua indicara una presin de 1 atmsfera? R: h= 10.34 m

4. Al medir la presin manomtrica con un manmetro de tubo abierto se registr una diferencia de alturas de 9 cm de Hg. Calcula la presin absoluta en:

a. mm Hg R: P= 716mm Hgb. cm Hg R: P= 71.6cm Hgc. N/m2 R: P= 95,428.48 N/m2

Considera el valor de la Patm de 626 mm Hg.

5. Un tanque de almacenamiento de 8 m de altura contiene alcohol. Determina la presin hidrosttica y absoluta en el fondo del mismo, considerando que la presin atmosfrica es de 680 mm Hg. R: Ph= 63,190.4 N/m2

R: PA= 153,820.4 N/m2

6. Determina la presin hidrosttica y absoluta en un tanque de 12 m de altura que contiene gasolina, considerando que la presin atmosfrica es de 720 mm Hg.________ R: Ph= 86,553.6 N/m R: PA= 182,515.2 N/m2


BLOQUE I

desempeo al concluir el bloque:Comprende los principios de Arqumedes y Pas-cal y su importancia en el diseo de ingeniera y de obras hidrulicas en general.

sesin 3 6 clases

1 clase

apertura

las jeringas deslizantes

material necesario: 4 jeringas de diferente tamao (una de 3 cm3 y tres de 10 cm3). 1 m de manguera para venoclisis. Cinta selladora. Lquido con colorante.

procedimiento:1. Quita la aguja a las jeringas y conecta cada extremo de

las mangueras con la punta de cada jeringa cuidando que quede bien selladas.

2. Conecta dos del mismo dimetro y luego dos de diferen-te dimetro, construye el dispositivo como se muestra en la figura. Pon una jeringa en cada mano cuidando que el mbolo de la de mayor dimetro est abajo. Por el otro lado coloca el lquido con colorante en la jeringa del em-bolo menor llenando la manguerita y el espacio de la je-ringa pequea de manera que su embolo quede arriba.

3. Ahora baja el pistn de la jeringa del embolo menor y ve que ocurre con la otra jeringa y viceversa.

4. Repite los pasos 2 y 3 para la conexin de jeringas del mismo tamao. Principio de Pascal

Actividad

36

De acuerdo con lo anterior contesta las preguntas siguientes:

1. En cada caso, qu ocurre al presionar los mbolos de las jeringas?

2. Para cada caso, argumenta tu respuesta.

3. En tu contexto, dnde se aplica este principio de funcionamiento?

desarrollo

El principio de Pascal se refiere a la posibilidad de transferir ntegramente una presin aplicada sobre un lquido encerra-do en un cilindro, considerando la incompresibilidad del mis-mo y una viscosidad prcticamente nula.

De acuerdo con lo anterior, todo lquido que est ence-rrado hermticamente dentro de un recipiente y reciba una presin, la transmitir ntegramente a todos los puntos del lquido y el recipiente que lo contiene.

El principio de Pascal se enuncia de la siguiente forma Toda presin que se ejerce sobre un lquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del lquido y a las paredes del recipiente que lo contiene.

La prensa hidrulica es una de las aplicaciones del prin-cipio de Pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de di-ferente dimetro, cada uno con su respectivo mbolo, unidos por medio de un tubo de comunicacin. Con este dispositivo, si una fuerza pequea acta sobre el mbolo menor, produce una gran fuerza sobre el mbolo mayor.

Antigua prensa hidrulica


BLOQUE I

De acuerdo con el principio de Pascal la presin en ambos mbolos es igual, por lo tanto:

Pudiendo usar el dimetro en lugar del radio de los cilindros:

Prensa hidrulica1

1 http://chaconyeison.blogspot.com/2011/04/principio-de-pascal-imagenes.html, fecha de consulta: 10 de octubre de 2011.

FA =

fa ya que A= r

2

FR2 =

fr2

FR2 =

fr2

FD2 =

fd 2

Con apoyo de la o el docente, completa la tabla siguiente:


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

P

p

A

a

D

d

R

r

38

La prensa hidrulica tiene su aplicacin ms inmediata en las estaciones de servicio para levantar automviles, en la in-dustria para comprimir y extraer aceites de algunas semillas o jugos de algunas frutas, y en los frenos hidrulicos de los automviles.

Comenta en grupo la importancia en el desarrollo tecnolgi-co del principio de Pascal.

2 clase

Ventaja mecnicaLa ventaja mecnica ideal en una prensa hidrulica, se refie-re a la relacin entre la distancia recorrida por la fuerza de entrada (h) y la distancia recorrida por la fuerza de salida (H), y nos indica las veces que se multiplica la fuerza de entrada (f) en un caso ideal, en que la friccin se considera nula.

Para determinar esta relacin, partimos de la aplica-cin del principio de la conservacin de la energa al funcio-namiento de la prensa hidrulica, con lo que se tiene que el trabajo de entrada debe ser igual al trabajo de salida ms el trabajo realizado contra la friccin.

En un caso ideal se considera nula la friccin, por lo que la igualdad aplicada al trabajo realizado en una prensa hidruli-ca, quedara de la forma siguiente:

Trabajo en el mbolo menor = Trabajo en el mbolo mayor + trabajo contra la friccinTmbolo menor = Tmbolo mayorF hFf =

hH

Mi =hH


hH

Mi =hH


hH

Mi =hH


hH

Mi =hH

=


BLOQUE I

Con apoyo de tu docente, completa la tabla siguiente:


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

F

f

H

h

Mi



sistema de unidades.

(En este caso en particular, por la estructura del modelo matemtico, es posible trabajar con diferentes sistemas de unidades en el mismo ejercicio, siempre y cuando las unidades de las magnitudes iguales estn en el mismo sistema).

Despeja la variable que es la incgnita de tu problema. Lleva a cabo la sustitucin, anotando la cantidad y unidad correspondiente. Elabora las operaciones matemticas.

40

EjEmplo 1:Qu fuerza se obtendr en el mbolo mayor de una prensa hidrulica que tiene un rea de 175 cm2 cuan-do en el mbolo menor de 25 cm2 de rea se aplica una fuerza de 70 N? Si el mbolo mayor se desplaza una distancia de 8 cm, cul es el desplazamiento del mbolo menor?


F = ?

A = 175 cm2

a = 25 cm2

f = 70 N

H = 8 cm

h =

F = 490 N

h = 56 cm

Ff =

hH

EjEmplo 2:Calcular el dimetro que debe tener el mbolo mayor de una prensa hidrulica para obtener una fuerza de 3240 N. Cuando en el mbolo menor con un dimetro de 8 cm se aplica una fuerza de 90 N, qu dis-tancia se desplaza el mbolo mayor si el mbolo menor recorre una distancia de 60 cm?


D = ?

F = 3240 N

d = 8 cm

f = 90 N

H = ?

h = 72 cm

D = 48 cm

H = 2 cm

FD2 =

fd 2

Ff =

hH

D = F d2

f

H = f hF

D = 3240N 8cm( )2

90N

=

=

=

F =(175 cm! 70N)

25 cm!

h = 490N 8 cm 70N

H = 90N 72 cm 3,240 N

(490 N)(8 cm)

(175 cm2)(70N)

(3240N) (8 cm2)

(90N) (72 cm)


BLOQUE I

actividad de evaluacinOrganizados en equipos mixtos resuelve en tu cuader-no los problemas siguientes, usando la estructura pre-sentada en el ejemplo.NOTA: Anota tus operaciones y resultado utilizando el S.I.Esta actividad se evaluar para tu participacin de cla-se con la Gua de Observacin del anexo 1.

En coevaluacin, de algun equipo se elegir una perso-na para resolver los problemas en el pizarrn y compa-rar los procedimientos y resultados.

1. Los radios de los mbolos de una prensa hidrulica son de 10 cm y 50 cm respectivamente, qu fuerza ejercer el mbolo mayor si sobre el menor acta una de 30 N? R: F= 750 N

2. Las secciones de los mbolos de una prensa hidrulica son de 8 cm y 20 cm respectivamente, qu fuerza de entrada se requiere para levantar un objeto de 80 kg en el mbolo mayor? R: f= 313.6 N

3. Sobre el mbolo de 12 cm de un prensa hidrulica se apli-ca una fuerza de 40 N y en el otro se obtiene una fuerza de 150 N, qu seccin tiene este mbolo? R: A= 45cm2

4. Cul es el dimetro del mbolo menor de una prensa hi-drulica, si una fuerza de 78.4 N es capaz de elevar una carga de 50 kg en el mbolo mayor que tiene un radio de 80 cm? R: d= 64cm

42

3 clase

1. Sobre el mbolo menor de una prensa se aplica una fuer-za de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1,000 N, cul es la relacin entre los radios de los mbolos?

R: 1:4.472. El mbolo pequeo y el mbolo mayor de una prensa

hidrulica tienen dimetros de 3 cm y 18 cm respectiva-mente:

3. El tubo de entrada que suministra aire a presin para que funcione un elevador hidrulico tiene 2 cm de dimetro y el mbolo de salida tiene un dimetro de 32 cm, qu presin de aire (manomtrica) debe utilizarse para elevar un automvil de 1,800 kg? R: P= 219,335 N/m2

4. Una fuerza de 180 N se aplica al pistn pequeo de una prensa hidrulica cuyo dimetro es de 6 cm, cul deber ser el dimetro del pistn grande para que pueda levan-tar una carga de 200 kg? R: D= 19.8 cm

Si requieres ms prctica en este tipo de ejercicios, te re-comendamos resolver de manera autnoma los problemas propuestos en los libros de texto sugeridos en la seccin de bibliografa, o bien, consulta y resuelve ejercicios de algunas pginas de internet. Te sugerimos:

Qu fuerza de entrada se requiere para proporcio-nar una fuerza total de 2,950 N en el mbolo grande? R: f = 81.94N

Qu desplazamiento debe tener el mbolo pequeo para elevar al grande 1 cm? R: h= 36 cm

http://www.fisicanet.com.ar/fisica/estatica_fluidos/tp01_hidroestatica.phphttp://www.fisicanet.com.ar/fisica/dinamica_fluidos/tp01_hidrodinamica.php

Prensa hidrulica lizuan 20 tn Galera de Maquinaria Zubizarreta,sl

Fuente: Flickr.com

actividad de evaluacin De manera individual resuelve los siguientes ejerci-cios en tu cuaderno, esta actividad se evaluar para tu participacin en clase con la Gua de Observacin del anexo 1.

En coevaluacin, y con el apoyo de la o el docente se revisarn los problemas en el pizarrn, para comparar los procedimientos y resultados.


BLOQUE I

trabajo independienteOrganizados en equipos mixtos, consigue para la clase siguiente, el material para la actividad construccin de un submarino.

En tu cuaderno, resuelve los ejercicios siguientes, que sern evaluados con la rbrica del anexo 2.

1. Qu fuerza se obtendr en el mbolo mayor de una pren-sa hidrulica que tiene un rea de 240 cm2 cuando en el mbolo menor de 20 cm2 de rea se aplica una fuerza de 80 N? Si el mbolo mayor se desplaza una distancia de 8 cm, cul es el recorrido del mbolo menor?

R: F= 960N h= 96cm

2. Calcula el dimetro que debe tener el mbolo mayor de una prensa hidrulica para obtener una fuerza de 4500 N, cuando en el mbolo menor hay un dimetro de 15 cm y se aplica una fuerza de 200 N.

R: D= 71.15cm

3. El dimetro de los mbolos de una prensa hidrulica son de 45 y 10 cm respectivamente. Calcula la fuerza ejercida en el mbolo de dimetro menor para que el mbolo ma-yor tenga una fuerza de 4.2 KN.

R: f= 207.41N

4. El mbolo pequeo y el mbolo mayor de una prensa hi-drulica tienen dimetros de 3 y 36 cm respectivamente:

a. Qu fuerza de entrada se requiere para proporcionar una fuerza total de 1 KN en el mbolo grande?

R: f= 6.94Nb. Qu desplazamiento debe tener el mbolo pequeo

para elevar al grande 2 cm? R: h= 288.18cm

44

TUBO DE ENTRADA/SALIDA DE AIRE

LASTRE AGUJEROS

En coevaluacin y con apoyo de la o el docente se revisarn en el pizarrn los ejercicios del trabajo independiente para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, de-tectar reas de oportunidad y reforzar conceptos.

4 clase

construccin de un submarino

materiales:

1 bote de 600 ml. Cinta canela. Picahielo. Manguera de venoclisis o de dilisis. Piedras pequeas o tornillos. Encendedor. Tina mediana (donde pueda deslizarse el bote sin proble-

mas ).

procedimiento:

1. Haz dos orificios en la parte lateral del bote a una distan-cia entre ellos de 3 cm aproximadamente.

2. Pega en lnea las piedritas del lado de los orificios.

3. Calienta el picahielo con el encendedor para hacerle un orificio a la parte del centro de la tapa del bote.

4. Mete la manguera en el orificio de manera que pueda quedar un buen tramo dentro de la botella y el otro tra-mo fuera.

5. Cierra la botella.

6. Pon agua suficiente en la tina.

7. Coloca el bote encima del agua y observa qu pasa.

8. Con la boca saca el aire de la botella y observa que ocurre.

9. Ahora mete aire por la manguera al bote y observa que pasa.

Actividad


BLOQUE I


1. De los puntos 7, 8 y 9, qu ocurri en cada caso?

2. Para cada caso, argumenta tu respuesta.

3. En tu contexto, dnde se aplica este principio de funcionamiento?

46

5 claseprincipio de arqumedesEl empuje que reciben los cuerpos al ser introducidos en un lquido, fue estudiado por el griego Arqumedes, quien enun-ci el principio siguiente:

De acuerdo con el Principio de Arqumedes, el empuje que recibe un cuerpo sumergido en un lquido, es igual al peso del lquido que desaloja; por lo tanto, para calcular dicho peso, se necesita saber la densidad del lquido y el volumen que se desaloja del mismo.De:

Debido a que el volumen del lquido que se desaloja es igual al volumen sumergido del objeto, tenemos que:

Donde:

E = Empuje que recibe el objeto sumergido en el lquido (N, D, Poundal)r = Densidad del lquido (kg/m3, g/cm3, lb/ft3)V = Volumen de la parte sumergida del objeto (m3, cm3, ft3)g = Constante de aceleracin gravitacional (9.8 m/s2 = 980 cm/s2 = 32ft/s2)

De acuerdo con la magnitud del peso y del empuje, tendre-mos los casos siguientes:

Un cuerpo sumergido (total o parcialmente) en un fluido est sujeto a la accin de una fuerza vertical hacia arriba cuya magnitud es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.

E =WE = gV

=

= =

=


BLOQUE I

El cuerpo flota, si su peso es menor que el empuje que recibe, porque desaloja menor cantidad de lquido que su volumen.

Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecer en equilibrio. Para el mismo cuerpo sumergido dentro del lquido, el peso aparente se puede calcular de la siguiente forma:

Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje que recibe, el objeto se hunde, sufriendo una aparente disminucin de su peso, en cuyo caso, el peso aparente puede ser calculado de la siguiente forma:

E =Empuje que recibe el objeto sumergido en el lquido (N, D, Poundal).Wr =Peso real (en el aire) del objeto sumergido (N, D, Poundal).Wa=Peso aparente del objeto sumergido (N, D, Poundal).

Wa =Wr E




E > W

E = W

E < W W

E

48

EjEmplo 1:Un cilindro de cobre de 10 cm de dimetro y 20 cm de altura, se sumerge completamente en agua. Determina:

a. El peso del cilindro.b. El empuje que recibe.c. El peso aparente del cilindro.


d = 10cm = 0.10m

h = 20 cm

V V= r(0.05m)2(0.20m)=

V=1.57x10-3 m3

m = 13.96 kg

W= 13.96 kg (9.8 m/s2) =

Wa = 136.81 N 15.39 N

W= 136.81 N

E = 15.39 N

Wa =121.42 N

= mV

W = mg

E = gV

E = gV

Wa =Wr E

Wa =Wr E

m = V

E = 1000 kgm3

9.8

kgs2

Una pieza metlica tiene un peso real de 80 N y un peso aparente de 69.81 N cuando se hunde completa-mente en agua. Determina:

a. El empuje que experimenta el objeto.b. El volumen del lquido desalojado.c. La densidad del metal.


Wr = 80 N

Wa = 66 N

E = 80N 69.81N E = 10.19 N

V=1.04x10-3 m3

r= 7849.3 kg/m3 = 80N9.8 kgm2

1.04x10

3m3( )

E =Wr Wa

V = Eg

= WgV

= (8890

!)(1.5710!!!)

(1.5710!!!)

=10.19

1000! 9.8

!

m

m

m s2


BLOQUE I

actividad de evaluacinOrganizados en equipos mixtos resuelve en tu cuader-no los problemas siguientes, usando la estructura pre-sentada en el ejemplo (anota tus operaciones y resulta-do utilizando el S.I.).Esta actividad se evaluar para tu participacin en clase con la Gua de Observacin del anexo 1.

En coevaluacin, y con apoyo de la o el docente se revi-sarn los problemas en el pizarrn para comparar los procedimientos y resultados.

1. Si una pieza de 80 N al aire se sumerge posteriormen-te en glicerina, cul es el peso de la misma dentro de la glicerina si el volumen desalojado es de 1,280 cm3 y la densidad de la glicerina es de 1,200 kg/m3? R: WA= 64.95N

2. Un prisma rectangular de cobre cuya base es de 64 cm2 y tiene una altura de 18 cm se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre en un recipiente que est comple-tamente lleno de alcohol.

a. Qu volumen desaloja de alcohol? R: V= 5.76 x 10-4m3b. Cul es el peso real del prisma? R: W= 100.35Nc. Qu empuje recibe? R: E= 4.55Nd. Cul es el peso aparente del prisma debido al empuje?

R: WA= 95.8N

3. Una pieza metlica tiene un peso real de 45 N y un peso aparente de 30 N cuando se hunde completamente en agua. Determina:

a. El empuje que experimenta el objeto. R: E= 15Nb. El volumen del lquido desalojado. R: v= 1.53 x 10-3m3c. La densidad del metal. R: = 3,000 kg/m3

4. Un objeto slido pesa 34 N en el aire. Cuando este objeto se suspende de un dinammetro y se sumerge completa-mente en agua, el peso aparente es de 31 N. Determina:

a. El empuje que experimenta el objeto. R: E= 3N b. El volumen del lquido desalojado. R: V= 3.06 x 10-4m3c. El volumen del objeto. R: V= 3.06 x 10-4m3 d. El material del que est hecho el objeto. R: Plomo

m = V

50

6 clase

1. Un cubo de madera de 10 cm de lado flota en equilibrio en agua con las partes de su volumen sumergido. Consi-dera E=W como segundo caso.

a. Cul es el peso del cubo? R: w= 7.35 Nb. Cul es la masa del cubo? R: m= 0.75 kg.

2. Una pieza de metal de 20 g tiene una densidad de 4,000kg/m3 y se sumerge completamente en un recipiente con aceite ( p=1,500 kg/m3) mediante un hilo, cul es la tensin en el hilo?

3. La masa de un trozo de piedra es de 9.17 g en el aire. Cuando la piedra se sumerge completamente en un lquido cuya densidad es de 873 kg/m3, su masa aparente es tan slo de 7.26 g. Determina la densidad de la piedra. R: = 4,130 Kg./m3

4. Una persona de 90 kg, est parada sobre una capa de hie-lo de 30 cm de espesor que flota en agua dulce, cul es el rea ms pequea capaz de sostener a la persona?

cierre

proyecto

proyecto

Agrpate en equipos de 4 integrantes para iniciar con la elaboracin de tu proyecto. El dispositivo del anexo 5 corresponde a la aplicacin del principio de Pascal, por lo que puedes seleccionarlo para tu trabajo final.

Agrpate en equipos de 4 integrantes para iniciar con la elaboracin de tu proyecto. El dispositivo del anexo 6 corresponde a la aplicacin del principio de Arqumedes, por lo que puedes seleccionarlo para tu trabajo final.

actividad de evaluacin De manera individual resuelve en tu cuaderno los siguien-tes ejercicios. Esta actividad se evaluar para tu partici-pacin en clase con la gua de observacin del anexo 1.

En coevaluacin y con apoyo de la o el docente se revisa-rn los problemas en el pizarrn para comparar los pro-cedimientos y resultados.

R: A= 7.35m2

=

m = V


BLOQUE I

trabajo independienteOrganizados en equipos mixtos, consigue para la siguiente clase el material para la actividad la botella misteriosa.Resuelve en tu cuaderno los ejercicios siguientes, que sern evaluados con la rbrica del anexo 2.

En coevaluacin y con apoyo de la o el docente, se re-visarn en el pizarrn los ejercicios del trabajo indepen-diente para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, detectar reas de oportunidad y reforzar conceptos.

1. El peso de una pulsera de metal es de 0.15 N en el aire y de 0.088 N cuando est sumergida completamente en agua. Encuentre su densidad. R: p= 2,419.35 Kg/m3

2. Un cubo de aluminio de 1.14 Mg es puesto en un tanque. Se agrega agua al tanque hasta que la mitad del cubo queda sumergido.

a. Cul es el peso del cubo? R: w= 11,172Nb. Cul es el empuje sobre el cubo? R: E= 2,058Nc. Si en lugar de agua, se coloca mercurio hasta la mitad

del cubo, cul es el empuje sobre el cubo? Qu le su-cede al cubo en ste caso? R: 27,998.8, Flota

3. Para el cubo del problema anterior, considera la situacin siguiente: si se coloca agua hasta que la mitad del cubo queda sumergido y despus se coloca mercurio hasta que el peso del cubo y el empuje se equilibran, de qu espesor es la capa de mercurio? R: h= 0.43m

4. Un globo meteorolgico requiere operar a una altitud donde la densidad del aire es de 0.9 kg/m3. A esa altitud, el globo tiene un volumen de 20 m3 y est lleno de helio. Si la bolsa del globo pesa 88 N, qu carga es capaz de soportar el globo a ese nivel? R: Wcarga= 53.32N

BLOQUE I

desempeo al concluir el bloque:Utiliza las leyes y principios que rigen el movi-miento de los fluidos para explicar el funciona-miento de aparatos y dispositivos utilizados en el hogar, la industria, etc.

sesin 4 7 clases

1 clase

apertura

Hasta este momento hemos analizado principios que se apli-can a lquidos en reposo, es decir, hemos incursionado en el mbito de la hidrosttica.

Ahora iniciaremos en el estudio de la hidrodinmica, que se enfoca al comportamiento de los lquidos en movimiento. Los principios que abordaremos suponen el comportamiento de un lquido ideal, que satisface las condiciones siguientes:

Viscosidad nula.

Incompresibilidad.

Movimiento del lquido estacionario o de rgimen estable, tambin llamado laminar (considera que cada partcula que pasa por un punto en particular, se mueve a lo lar-go de una trayectoria lisa, en contraste al flujo turbulento que se entiende como irregular, con cambios abruptos de velocidad y remolinos).

El lquido se mueve sin turbulencias.


54

la botella misteriosa

material necesario: 1 Botella de 3 litros de refresco con tapa (o la ms grande que

encuentres). Agua. Colorante. Cinta adhesiva. 3 tinas medianas. Embudo. Regla de 30 cm. 1 picahielo. Encendedor. 1 vaso de 100 ml. Cronmetro.

procedimiento:

1. Perfora tres orificios a la botella en la parte lateral a diferen-tes distancias y en lnea recta, (como se observa en la figura), usando para ello el picahielo caliente y procura eliminar to-das las rebabas de cada perforacin, para evitar la friccin del agua al salir. Mide el dimetro de cada orificio, (este dato te servir ms adelante para realizar algunos clculos).

2. Tapa cada orificio con cinta adhesiva.

3. Prepara una cantidad suficiente de agua coloreada (10 litros aproximadamente).

4. Llena la botella con el agua que preparaste y colcala en la ori-lla de la mesa (es muy importante que la coloques a la altura del piso), coloca las tinas con la finalidad de no regar el agua.

5. Pon el embudo en la botella, para que puedas mantener el ni-vel constante de agua en la misma.

6. Destapa los tres orificios, observa que ocurre, recuerda man-tener el nivel constante de agua en la botella.

7. Tapa los orificios, mantn el nivel del agua en la botella y ahora tapa tambin la botella.

8. Destapa los 3 orificios al mismo tiempo y ve lo que ocurre.

9. Tapa nuevamente los orificios, llena la botella y mide la altura de cada orificio de donde llega el lquido en la botella hasta cada orificio, prepara el embudo para mantener el flujo cons-tante de agua y coloca el recipiente de 100 ml dentro de la tina y en un banco cerca de la mesa.Botella de Torricelli

Actividad


BLOQUE I

orificio altura (m) tiempo que tarda en

llenar los 200 ml (s)

distancia horizontal (m)

1

2

3


1. Qu ocurri en el paso 6? Por qu?

2.Que ocurri en el paso 8? Por qu?

3. En cul de los casos se llen ms rpido el recipiente de 200 ml? Por qu supones que sucedi as?

10. Destapa el primer orificio de tal manera que el lquido caiga en el recipiente de 200 ml y toma el tiempo que tarda en llenarse, as como la distancia horizontal a la cual llega el chorro. No olvides mantener el nivel constante.

11. Repite el paso 10 para el segundo y tercer orificio. Los datos obtenidos vacalos en la tabla siguiente:

56

Como observaste en la actividad anterior, cuando un lquido fluye, tarda cierto tiempo en reunir un determinado volumen; a esta velocidad de flujo se le conoce como gasto, y se define de la forma siguiente:

gasto: Es el volumen de un lquido que pasa a travs de cierta seccin transversal en la unidad de tiempo.

Considerando una tubera de longitud d y rea de seccin transversal A, el volumen que fluye es:

Sustituyendo en gasto, tenemos:


desarrollo

dG = Vt

V = dt

V = Ad

G = AdtG = Av


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

G

V

t

A

v

2 clase


BLOQUE I


unidades

s.i. c.g.singls

absoluto

F

m

t

G

Si se expresa la cantidad de lquido en masa que pasa por una seccin trasversal por unidad de tiempo, a esto se le conoce como flujo msico, que se define como:

flujo: Es la cantidad de masa de un lquido que pasa a travs de cierta seccin transversal en la unidad de tiempo.

Si despejamos la masa del modelo matemtico de la densi-dad, tenemos:

Si se sustituye m en el modelo de flujo, tenemos

Sustituyendo G en la ecuacin resultante, nos queda de la si forma guiente:

F= r GCon apoyo de tu docente, completa la tabla siguiente:

F = mt = mv m=V

F= Vt

F = mt = mv m=V

F= Vt

p = m V

m = pV

58

ecuacin de continuidadCuando un lquido circula por una tubera de dimetro no uni-forme, se considera que la cantidad de lquido que pasa por un punto A es igual a la cantidad de lquido que pasa por un punto B, toda vez que hemos considerado que los lquidos son incompresibles y que el flujo del mismo es estacionario, de rgimen estable o laminar.

Por lo tanto, aunque la seccin de la tubera vare, el gasto en el punto A debe ser el mismo que el gasto en el punto B. Para que esto suceda, cuando la seccin transversal de un tubo es mayor, la velocidad del lquido es menor, y cuando la seccin es menor, la velocidad aumenta.

Matemticamente, lo anterior queda establecido en la ecuacin de continuidad, que se expresa:

Sustituyendo el rea del crculo en la ecuacin de continui-dad, tenemos:

Simplificand

Puedes usar los dimetros en lugar del radio:

GA = GBAAvA = ABvB

A = r2

rA2vA = rB2vBA = r2

rA2vA = rB2vB

rA2vA = rB2vB

dA2vA = dB2vB


BLOQUE I



s.i. c.g.s inglsabsoluto

GA

AA

vA

rA

dA 1).

GB

AB

vB

rB

dB



sistema de unidades.

(En este caso en particular, por la estructura del modelo matemtico, es posible trabajar con diferentes sistemas de unidades en el mismo ejercicio, siempre y cuando las unidades de las magnitudes iguales estn en el mismo sistema).

Despeja la variable que es la incgnita de tu problema. Lleva a cabo la sustitucin, anotando la cantidad y unidad correspondiente. Elabora las operaciones matemticas.

60

Con los datos obtenidos en la actividad calcula el gasto por el orificio 1.


V= 200 ml = 0.2 l

= 2x10-4m3

t =

EjEmplo 1:Determina el dimetro de una tubera por la cual pasa un gasto de 420 l/s con una velocidad de 4 m/s.


v = 4 m/s

A = 0.105 m2

r = 0.183 m

d = 0.366 m

EjEmplo 2:Por una tubera de 1.5 cm de dimetro circula agua con una velocidad de 16 m/s, la tubera sufre un ensanchamiento a 6 cm. Determina la velocidad del flujo en este punto.


dA = 1.5 cm

vA = 16 m/s

dB = 6 cm

vB = ?

vB = 1 m/s

G = Vt

= 0.42m3

s

A = r2

G = Av

r = A

A = Gv A == .42m

3

s4 ms

r = 0.105m2

dA2vA = dB2vB vB =dA2vAdB2

vB =1.5cm( )2 16m / s

6cm( )2

G = 420 ts 1m31000l

Ejercicio


BLOQUE I

actividad de evaluacinOrganizados en equipos mixtos resuelve en tu cuader-no los problemas siguientes, usando la estructura pre-sentada en el ejemplo (Anota tus operaciones y resul-tado utilizando el S.I.).Esta actividad se evaluar para tu participacin de clase con la gua de observacin del anexo 1.

En coevaluacin, se elegir una persona de algun equipo para resolver en el pizarrn los problemas anteriores y comparar los procedimientos con sus resultados.

1. Calcula el gasto de agua por una tubera al circular 3 m3 en 4 minutos. R: G= 0.012m3/S

2. Calcula el tiempo en que se llenar un tanque cuya capa-cidad es de 12 m3 al suministrarle un gasto de 60 l/s.

R: t= 200S.

3. Calcula el gasto de agua por una tubera que tiene un di-metro de 8 cm, cuando la velocidad del lquido es de 2.5 m/s. R: G= 0.013m3/s

4. Determina el dimetro que debe tener una tubera para que el gasto de agua sea de 380 l/s a una velocidad de 8 m/s. R: D= 0.24m

5. Por una tubera fluyen 4800 litros de agua en dos mi-nutos. Calcular el gasto y l flujo. R: G= 0.04m3/s F= 40 Kg/s

62

trabajo independiente En tu cuaderno resuelve los ejercicios siguientes, que sern evaluados con la rbrica del anexo 2.

En coevaluacin y con apoyo de tu docente, se revisarn los ejercicios del trabajo independiente en el pizarrn, para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar du-das, detectar reas de oportunidad y reforzar conceptos.

1. Que volumen tendr un tanque de almacenamiento de gasolina, si para llenarlo, se mantuvo un gasto de 0.4m3/s por un tiempo de 5 min. R: 120m3

2. Calcula el tiempo que tardar en llenarse una alberca, cuya capacidad es de 800 m3 y se alimenta recibiendo un gasto de 20 litros/s. R: t= 40,000 s.

3. Calcula el gasto de agua por una tubera que tiene un dimetro de 5 cm, cuando la velocidad del lquido es de 1.8 m/s. R: G= 3.53 x 10-3m3/s.

4. Calcula el dimetro que debe de tener una tubera, para que el gasto sea de 0.08 m3/s a una velocidad de 1.5 m/s. R: D= 0.26m.

5. Por una tubera de 16 cm de dimetro circula agua a una velocidad de 1.6 m/s. Calcula la velocidad que llevar el agua, al pasar por un estrechamiento de la tubera donde el dimetro es de 4 cm. R: VB= 25.6m/s.

6. Por una tubera de 6 cm de dimetro, circula agua a una velocidad de 3 m/s, si en una parte de la tu-bera hay un estrechamiento y la velocidad es de de 12m/s, cul es el dimetro de la tubera en este punto? R:dB= 3cm.

3 clase

FISICA

Documents

Transcript of FISICA