domingo, 27 de mayo de 2012

Lectura 24: ¿Por qué avanza un automóvil?

Hoy, el motor de gasolina es más complicado que en las primeras épocas del automóvil, pero la idea todavía es la misma. La gasolina tiene que mezclarse con el aire y quemarse. La mezcla de aire y gasolina arde a altas temperaturas. Los párrafos siguientes explican cómo y dónde se quema la mezcla.

Cómo trabaja el motor de gasolina

Todas las partes del motor de un automóvil trabajan al mismo tiempo. Una parte importante del motor es un tubo metálico y hueco llamado cilindro. Ajustada fuertemente dentro del cilindro se encuentra otra pieza denominada pistón. La gasolina y el aire se mezclan en los cilindros y allí la gasolina se quema. Esta se consume tan rápidamente y a tal temperatura que produce gases calientes. Cuando la gasolina se quema, el cilindro está fuertemente cerrado y los gases se hallan bajo una gran presión. Al quemarse de forma instantánea la gasolina se produce la explosión.

Una bujía produce la chispa que causa la explosión. El motor de un automóvil obtiene su poder de cientos de pequeñas pero poderosas explosiones. El primer motor de gasolina tenía sólo un cilindro. Hoy los motores tienen cuatro, seis u ocho cilindros.

Cómo trabaja el cilindro

Observe los diagramas de la Figura 1. Cada diagrama muestra uno de los cuatro pasos en que opera un cilindro. Cada paso se conoce como un tiempo. El pistón se mueve hacia abajo durante el tiempo de admisión. De manera simultánea, el aire y la gasolina mezclados se mueven dentro del cilindro (primer paso). Al moverse el pistón hacia arriba, la mezcla se comprime o prensa en un espacio pequeño. Este es el tiempo de compresión (segundo paso).

A continuación viene el tiempo de explosión. La bujía produce una chispa y la mezcla de aire y gasolina explota. La presión de esta explosión empuja el pistón hacia abajo (tercer paso). En seguida viene el tiempo de escape. Durante este tiempo, los gases producidos por la explosión se expulsan del cilindro (cuarto paso). Cuando los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo y de manera conjunta mueven sus bielas. Observe la Figura 1 de nuevo.

Cómo se transmite el poder a las ruedas

El movimiento de los pistones hacia arriba y hacia abajo produce, un poder. Pero para mover un auto, este movimiento hacia arriba y hacia abajo debe transformarse en un movimiento de rotación. Las bielas unen los pistones con la columna vertebral del motor: el cigüeñal. Al moverse los pistones se mueven las bielas y éstas, a su vez, hacen girar el cigüeñal. El cigüeñal transforma el movimiento hacia arriba y hacia abajo en un movimiento de rotación. Cuando el cigüeñal se mueve hace girar el volante. En muchos autos el poder de rotación lo llevan las llantas traseras y éstas los impulsan. Observe la Figura 2.

Cómo se refrigera el motor

Cuando la gasolina arde dentro de los cilindros se alcanza una temperatura aproximada a los 2.500°C. Este inmenso calor puede derretir el hierro y acelerar la oxidación de los metales. Por esta razón, un motor de gasolina debe tener un sistema de enfriamiento. La función de este sistema es remover el calor de las partes metálicas. El agua acumulada en el radiador hace este trabajo. Una bomba mueve el agua a través del motor y enfría los cilindros. El agua también se calienta y debe enfriarse. Esta función la cumple el ventilador. Observe la Figura 3. En climas muy fríos se añade al agua un anticongelante. Este preserva al agua de la congelación.

Cómo trabajan los frenos

El sistema de frenos se usa para desacelerar o detener un carro. Los frenos hidráulicos utilizan líquido a presión. Cuando el conductor presiona el pedal del freno, el líquido se empuja desde el cilindro principal, a través de las mangueras y los tubos, hasta los cilindros de las ruedas. (El cilindro principal y los cilindros de las ruedas no tienen nada que ver con los cilindros del motor). El líquido empuja las zapatas de los frenos contra los tambores que se hallan dentro de las ruedas. El roce de los tambores contra las ruedas las detiene. Los frenos de disco trabajan de manera diferente a los frenos de tambor, pero también operan con presión hidráulica. Observe la Figura 4.

Taller de lectura 24

Comprensión de los hechos

  1. Escriba los siguientes pasos en el orden en que ocurren dentro de un cilindro: tiempo de compresión, tiempo de admisión, tiempo de escape y tiempo de explosión.
    1. Tiempo de admisión.
    2. Tiempo de compresión.
    3. Tiempo de explosión.
    4. Tiempo de escape.
  2. ¿En qué parte del motor se quema la gasolina?
  3. ¿Qué produce la chispa que causa la explosión de la gasolina?
  4. ¿Qué elementos se mueven hacia arriba y hacia abajo, y originan el movimiento de las bielas?
  5. ¿Qué enfría el agua en el motor?
  6. ¿Dónde están los frenos de tambor?
  7. Relea el párrafo de la selección que tiene una marca de control. Subraye la oración que contiene la idea principal.
  8. Utilice las Figuras 1 y 2 para contestar las siguientes preguntas.
    1. ¿El pistón se mueve hacia arriba o hacia abajo en el tiempo de compresión?
    2. ¿El pistón se mueve hacia arriba o hacia abajo en el tiempo de explosión?
    3. ¿Por dónde salen los gases calientes durante el tiempo de escape?
    4. ¿Qué hace que el volante gire?

Interpretación de los resultados – lectura crítica

Llene los espacios que siguen con la palabra que completa cada oración.

  1. Cuando un auto se desplaza por una autopista los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo ___ ______
    muy rápido            y de un lado al otro            de lado
  2. En los autos con tracción delantera, el poder lo llevan las ruedas __________
    traseras            delanteras            laterales
  3. El __________ enfría el agua de sistema de refrigeración?
    cigüeñal            ventilador            escape
  4. En la Figura 1, ¿qué causa el tiempo de explosión?
  5. En la Figura 2, ¿qué hace girar el volante?
  6. En la Figura 3, ¿qué hace circular el agua a través del motor?
  7. En la Figura 4, ¿por dónde se desplaza el líquido de frenos para ir del cilindro principal hasta el cilindro de frenado?
  8. Explique con sus propias palabras los cuatro tiempos de la operación de un cilindro, según la Figura 1.
Lectura 23: Trabajo y máquinas

La gente utiliza máquinas todos los días. Algunas de ellas son complicadas y tienen muchas partes móviles. Otras son tan simples que las personas no las consideran máquinas. Una máquina es cualquier artefacto que hace el trabajo más fácil o más rápido.

¿Qué es trabajo?

Para los científicos, trabajo tiene un significado especial. Significa el uso de la fuerza para mover un objeto a través de una distancia. El objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. Esta definición de trabajo puede expresarse en una ecuación:
Trabajo = Fuerza x Distancia

Para mover un objeto, la máquina debe superar la fuerza que se opone al movimiento. Esta fuerza se llama la resistencia. La distancia a través de la cuál la máquina mueve el objeto se llama distancia de resistencia.

¿Cómo facilitan las máquinas el trabajo?

Al utilizar una máquina se emplea un trabajo para hacerla funcionar. La fuerza que aplica el operador a la máquina se llama esfuerzo. La distancia en la que el operador aplica el esfuerzo se llama distancia de esfuerzo.

Algunas máquinas hacen el trabajo más fácil multiplicando la cantidad de fuerza que se aplica a ellas y utilizándola para vencer la resistencia. La cantidad por la que una máquina multiplica una fuerza se llama ventaja mecánica de la máquina.
Ventaja mecánica = resistencia / Esfuerzo

Palancas

Una palanca es una máquina simple que puede multiplicar un pequeño esfuerzo para superar una gran resistencia. Una palanca parece una balanza. Tiene un brazo rígido que se balancea sobre un punto fijo llamado punto de apoyo. La mujer de la Figura 1 está utilizando una palanca simple. ¿Cuál es la resistencia? ¿Cómo se aplica el esfuerzo?

El brazo rígido de las palancas tiene dos partes. El brazo de esfuerzo es la distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica la fuerza. El brazo de resistencia es la distancia entre el punto de apoyo y el punto de resistencia. Se puede hallar la ventaja mecánica de una palanca dividiendo la longitud del brazo de esfuerzo por la longitud del brazo de resistencia.
Ventaja mecánica = Brazo de esfuerzo / Brazo de resistencia.

En la Figura 2, el brazo de resistencia es de 1 metro, mientras el brazo de esfuerzo mide 5 metros. La ventaja mecánica de esta palanca es entonces cinco. En una balanza, el brazo de esfuerzo y él brazo de resistencia son iguales. Por consiguiente, la ventaja mecánica de una balanza es 1.

Se puede hallar cuánta fuerza se necesita para mover un objeto si se conoce la ventaja mecánica de una máquina. Para hacerlo, se divide la resistencia entre la ventaja mecánica.
Esfuerzo = Resistencia / Ventaja Mecánica

Poleas

Una polea, otra máquina altamente útil, es una forma de palanca. Una polea hace el trabajo más fácil cambiando la dirección de la fuerza. Es una rueda acanalada sobre la que se desliza una cuerda. Para levantar un objeto con una polea, se hala la cuerda. La acción de halar es el esfuerzo. El objeto halado es la resistencia.

Una polea colocada en una pared, en una viga o en cualquier soporte se llama polea fija. Las cortinas de las ventanas y las astas de las banderas tienen, a menudo, poleas fijas. Las poleas fijas no multiplican la fuerza puesta en ellas. Solamente cambian la dirección de la fuerza. Con frecuencia es más fácil halar contra una resistencia que levantarla.

Se gana una ventaja más grande si se utiliza una polea móvil. Esta se cuelga de una cuerda que está atada a una estructura de soporte. La cuerda se desliza a través de la polea. La polea misma mueve hacia arriba la cuerda cuando ésta se hala. Una polea móvil facilita levantar un objeto pesado. Se puede hallar la ventaja mecánica de una polea dividiendo la distancia de resistencia por la distancia de esfuerzo.
Ventaja Mecánica = Distancia de Resistencia / Distancia de Esfuerzo

Experimento
El siguiente experimento demostrará la ventaja de una polea fija.
Problema:
¿Qué ventaja mecánica puede obtenerse con la utilización de una polea?
Objetivo:
En este experimento usted medirá la ventaja mecánica de una polea fija.
Materiales:
Necesitará una estructura de apoyo, una polea liviana, una cuerda, un peso de dos kilogramos, una balanza de resorte y una regla de medición.
Procedimiento:
  1. Coloque el peso en la balanza de resorte. ¿Cuál es el peso de la carga o resistencia?
  2. Quite el peso de la balanza. Átelo a un extremo de la cuerda. Introduzca el extremo libre de la cuerda en la rueda de la polea. Cuelgue la polea de la estructura de apoyo y ate el extremo libre de la cuerda. Hale lentamente la balanza de resortes. Lea la escala de la balanza para determinar este esfuerzo. ¿A cuánto equivale este esfuerzo comparado con la resistencia? ¿Era más fácil levantar el peso a mano o hacerlo con la polea? ¿Por qué?

  1. Utilice la regla de medición para establecer qué distancia debe halar la cuerda hacia abajo para levantar 1 metro el peso. Compare las dos distancias. ¿Cuál es la ventaja mecánica de una polea fija?

Observaciones o conclusiones:
La Ventaja mecánica de una polea fija es 1. Piense en lo que esto significa. ¿Por qué es útil una polea fija?

Taller de lectura 23

Comprensión de los hechos

  1. ¿Qué es una máquina?
  2. ¿Cuál es la ventaja mecánica de una máquina?
  3. ¿Cuál es el punto de apoyo en la Figura 1?
  4. Trace una línea que una cada término con su explicación.
    Punto de apoyoDistancia entre el fulcro y el punto de esfuerzo.
    Brazo de esfuerzoDistancia entre el punto de de apoyo y el punto de resistencia.
    Brazo de resistenciaPunto fijo sobre el que se balancea una palanca

Interpretación de los resultados - Pensamiento crítico

  1. Si una palanca tiene un brazo de esfuerzo de 4 metros y un brazo de resistencia de 2 metros, ¿cuál es la ventaja mecánica de la máquina?
  2. De las siguientes herramientas, ¿cuál no es una palanca? Un par de tijeras; un cascanueces; una barra de hierro; un hacha.
  3. Un par de tijeras es una especie de palanca. ¿Dónde está el punto de apoyo en un par de tijeras?
  4. ¿Dónde se aplica el esfuerzo en un par de tijeras? ¿Qué produce la resistencia?
  5. ¿Cuánto se debe halar la cuerda de una polea móvil para levantar 2 metros una carga?

Aplicar la habilidad: Seguimiento de instrucciones

  1. Escriba un resumen, en sus propias palabras, del experimento de la página correspondiente. Vuelve al texto y compare su resumen con el experimento. Realice las correcciones necesarias.
  2. El siguiente experimento debe mostrar cuánta fuerza se requerirá para levantar un objeto de un cierto peso con dos palancas diferentes. Complete las instrucciones. Tome como modelo el experimento de la página correspondiente. Use como brazo una regla; un bloque de madera como punto de apoyo. Use un peso como resistencia y otros pesos para medir el esfuerzo necesario para levantar la resistencia. Se necesitará una balanza de resorte para este experimento. Asegúrese de numerar los pasos en la etapa de procedimiento. Dibuje un diagrama que ilustre el experimento. El problema y el objetivo se han redactado como base del experimento.

Experimento
Problema:
Compare el esfuerzo necesario para levantar un objeto de cierto peso con dos palancas diferentes.
Objetivo:
En este experimento se comparará la fuerza necesaria para levantar una resistencia de cierto peso con dos diferentes palancas. El brazo de esfuerzo de una de las palancas debe tener dos veces la longitud del brazo de resistencia; el brazo de esfuerzo de la otra palanca, cuatro veces la longitud del brazo de resistencia.
Materiales:
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Procedimiento
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Observaciones o conclusiones
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sábado, 26 de mayo de 2012

Lectura 22: La Gravedad

1. La gravedad es una fuerza por la cual los objetos se atraen mutuamente. Cada objeto crea una fuerza gravitacional. La gravedad de la tierra atrae hacia su centro todo lo que está cerca o sobre ella. La gravedad mantiene la atmósfera de la tierra, atrayendo el aire que se encuentra a su alrededor. La atmósfera está compuesta de oxígeno y de otros gases.

La gravedad de la tierra y de la luna

2. Debido a que la luna está cerca a la tierra, la luna y la tierra ejercen, o ponen en acción, una fuerza gravitacional mutua. Como resultado de la atracción que ejerce la tierra sobre la luna, el lado de ésta que está enfrente de la tierra tiene una protuberancia. La gravedad de la luna también afecta la tierra. Si usted ha estado alguna vez durante un día en el mar, puede haber notado que el nivel del agua a lo largo de la playa no siempre es el mismo. Durante cerca de seis horas el mar cubre parte de la playa. Durante las seis horas siguientes, el nivel del océano desciende. Los ascensos y descensos del nivel del mar se denominan mareas. No habría mareas sin la fuerza de gravedad que ejerce la luna sobre la tierra.

La gravedad y el peso

3. La fuerza de gravedad es la que determina, o decide, el peso de un objeto. La gravedad de la luna difiere de la gravedad de la tierra. La gravedad de la luna es sólo una sexta parte de la gravedad de la tierra. Esto significa que los objetos pesan menos en la luna que en la Tierra. Para saber cuánto pesaría usted en la luna, divida su peso por seis. En el espacio no tendría peso, debido a que se encontraría por fuera de la fuerza gravitacional de cualquier planeta.

La gravedad y la masa

4. La fuerza gravitacional que ejerce un objeto depende de su masa. La masa de un objeto es la cantidad de materia que contiene. Entre más masa tiene un objeto, la fuerza de gravedad que ejerce es mayor. Puesto que la tierra tiene más masa que la luna, su fuerza gravitacional es mayor. Todos los objetos tienen masa y crean una fuerza gravitacional. Sin embargo, sólo los objetos con masas grandes crean fuerzas gravitacionales notables.

5. La masa de un objeto no varía. Esto es cierto, pues no se ve afectada por la cantidad de fuerza gravitacional ejercida sobre dicho objeto. Por ejemplo, la masa de una persona es la misma en la tierra o en la luna. También es la misma en el espacio.

La gravedad y las colonias espaciales

6. El transbordador espacial será usado para llevar materiales hacia el espacio, con el fin de construir grandes colonias espaciales en órbita. La gravedad es de gran importancia en las colonias espaciales. Las personas que vivan en una colonia espacial tendrán peso. Podrán moverse como lo hacen en la tierra. Habrá un campo gravitacional artificial o hecho por el hombre, alrededor de la colonia espacial. Este campo será mantenido, o conservado, mediante la lenta rotación o giro de la colonia.

Taller de lectura 22

Comprensión de los hechos

Escriba las respuestas a las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué es lo que mantiene la atmósfera cercana a la tierra?
  2. ¿Por qué la tierra y la luna ejercen una fuerza gravitacional mutua?
  3. ¿Qué es lo que causa las mareas en el mar?
  4. ¿Cuántas veces mayor es la gravedad de la tierra que la gravedad de la luna?
  5. ¿Por qué la gente que viva en las colonias espaciales podrá moverse como lo hacemos en la tierra?
  6. ¿Por qué un objeto de masa grande ejerce una fuerza gravitacional fuerte?
  7. Complete cada frase con la palabra correcta de las suministradas a continuación.
    artificiales            mantenido            determina
    1. El señor Cortez se ha _________ en forma haciendo ejercicios.
    2. El estado del tiempo _________ si Jorge va al colegio caminando o en bus.
    3. La señorita Sonia tiene unas flores muy bonitas sobre su mesa. Es difícil notar que son ____________

Interpretación de los hechos

No todas las preguntas acerca de una selección están respondidas explícitamente en ella. Escriba V, si es verdadera, o F, si es falsa, sobre la línea que antecede a cada afirmación. Para tomar su decisión, tendrá que imaginar la información que no está establecida explícitamente en la selección

  1. _________Si una parte de un objeto fuera cortada de él, la parte restante tendría la misma masa.
  2. _________Usted pesaría más sobre un planeta grande que sobre un planeta pequeño.
  3. _________Entre más materia tiene un objeto, mayor será su peso.
  4. _________Entre más cerca se encuentre usted de un objeto, mayor será la fuerza de gravedad que ejerza sobre usted.
  5. _________Un manojo de ganchos sobre un escritorio se atraen mutuamente por la gravedad.

Aplicar la habilidad: Idea Principal y sustentaciones

La oración que contiene la idea principal de cada párrafo se suministra a continuación. Regrese al párrafo y seleccione las sustentaciones que hablan sobre la idea principal. Trate de seleccionar los detalles que usted crea más importantes o aquéllos que debería recordar. Escriba sobre ellos con sus propias palabras.

Párrafo 1
Idea principal: La gravedad es una fuerza por medio de la cual los objetos se atraen mutuamente.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

Párrafo 2
Idea principal: La tierra y la luna ejercen mutuamente, una fuerza de atracción gravitacional.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

Párrafo 3
Idea principal: El peso de un objeto lo determina la fuerza de gravedad.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

Párrafo 4
Idea principal: La fuerza gravitacional que ejerce un objeto depende de su masa.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

Párrafo 5
Idea principal: La masa de un objeto no varía.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

Párrafo 6
Idea principal: El transbordador espacial será usado para llevar materiales al espacio y construir grandes colonias espaciales en órbita.
Sustentaciones:
a. ______________________________________________________
b. ______________________________________________________
c. ______________________________________________________

viernes, 25 de mayo de 2012

Lectura 21: Segunda ley de Newton

Sabemos que si aplicamos una fuerza sobre un cuerpo en la dirección correcta y con la magnitud adecuada, es posible que el objeto empiece a moverse. Sabemos también que un cambio en la velocidad de un cuerpo se denomina aceleración. Y por obvias razones se deduce que a mayor masa del cuerpo, mayor es la fuerza necesaria para alterar su estado de movimiento y que al aumentar la fuerza ejercida, también aumenta la aceleración. En consecuencia se puede decir que la fuerza (F) ejercida sobre un cuerpo es proporcional a la masa (m) del cuerpo y a la aceleración (a) obtenida por éste. Matemáticamente, F = m × a. Si la masa se mide en kilogramos (Kg) y la aceleración en metros por segundo cuadrado (m/seg2), las unidades de fuerza serían Kg× m/seg2; a esta combinación de unidades se le denomina Newton, se representa como (N) y es la unidad de fuerza en el sistema internacional (SI).

Cálculos sencillos
La fórmula F = m × a, permite calcular la fuerza al multiplicar masa por aceleración.
De la misma fórmula se deduce que:
m = F/a: la masa se calcula dividiendo fuerza entre aceleración
a = F/m: la aceleración se calcula dividiendo fuerza entre masa

Ejemplo:

Si se aplica una fuerza horizontal de 20N hacia la derecha, sobre una caja de 30Kg ubicada en una superficie horizontal, lisa y sin rozamiento, ¿Cuál es el valor de la aceleración adquirida por la caja?

Solución:

Datos del problema
F = 20N
m = 30Kg
a = ?
Fórmula adecuada
a = F/m
Entonces:

Observe que los Newton se han representado como Kg×m/seg2 para poder cancelar Kg y dejar las unidades de aceleración (m/seg2). Este procedimiento se efectúa también al calcular la masa pero en ese caso se eliminan las unidades de aceleración.

Taller de lectura 21

  1. ¿Como se denomina el cambio de velocidad en un cuerpo?
  2. ¿En qué unidades se miden la masa y la aceleración?
  3. ¿A qué unidades equivale el Newton?
  4. ¿Cuál es la unidad de fuerza en el sistema internacional?
  5. Escriba las fórmulas de fuerza, masa y aceleración.
  6. ¿Qué operación se hace para calcular la fuerza, la masa y la aceleración?
Lea cuidadosamente el enunciado del ejemplo y responda las preguntas 7, 8 y 9.
  1. ¿Si la superficie horizontal sobre la cual está la caja, presentara rozamiento, la aceleración obtenida al aplicar la misma fuerza seria mayor, menor o igual? ¿Por qué?
  2. ¿Si la caja estuviera sobre una superficie inclinada sin rozamiento, la fuerza necesaria para obtener la misma aceleración seria mayor, menor o igual? Sustente su respuesta teniendo en cuenta dos opciones: si la caja se mueve hacia arriba o si la caja se mueve hacia abajo. Represente las situaciones con esquemas.
  3. En el ejemplo, ¿cual es la razón para representar los 20N, como 20Kg×m/seg2?
  4. Realice los siguientes ejercicios:
    1. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza aplicada sobre un objeto de masa 32.5Kg si adquiere una aceleración de 2.5m/seg2?
    2. Sobre un objeto de 100Kg, ubicado en una superficie horizontal sin rozamiento se aplica una fuerza horizontal de 15.16N. ¿Cuál es el valor de la aceleración?
    3. Sobre un objeto ubicado en una superficie horizontal sin rozamiento, se aplica una fuerza también horizontal, de 5.8N. Si el cuerpo empieza a moverse con una aceleración de 3m/seg2, ¿Cuál es el valor de su masa?
Lectura 20: Propiedades de los fluidos (Líquidos)

Las principales propiedades de los líquidos son:

  1. La superficie de un líquido que está en equilibrio es plana y horizontal.

  2. La fuerza ejercida por un líquido sobre una superficie cualquiera, es siempre perpendicular a esta superficie.
    (perpendicular: se dice de la línea o plano que forma ángulo recto con otra línea o con otro plano)

  3. Si en un recipiente se colocan varios líquidos, estos se ubican en orden de sus densidades (masas específicas) (sustancias más densas en el fondo)

  4. La presión en el interior de un líquido aumenta con la profundidad.

    Esta propiedad se puede representar matemáticamente por la ecuación fundamental de la hidrostática p = p1 + ρgh. Donde p, es la presión ejercida sobre un objeto sumergido; p1 es la presión atmosférica; ρ es la densidad del líquido, g es la aceleración de gravedad del planeta y h es la (profundidad) distancia entre la superficie y el objeto. De esta fórmula se deduce que la presión sobre un objeto sumergido depende directamente de la profundidad a la cual esté. La tabla muestra las densidades de algunos líquidos.

    Sustanciaρ Kg/m3
    Agua1
    Agua de mar1.03
    Mercurio13.6
    Gasolina0.675
  5. Cuando sumergimos un cuerpo en un líquido, este ejerce sobre el cuerpo una fuerza orientada hacia la superficie. A esta fuerza se le denomina fuerza de empuje (E), y es igual al peso del líquido desplazado por el objeto sumergido. E = ρvc g. Donde ρ es la densidad del líquido; vc es el volumen sumergido del cuerpo y g es la aceleración de gravedad del planeta. Si se sumerge un cuerpo lentamente, la fuerza de empuje aumenta hasta que el cuerpo es sumergido totalmente. Luego de eso, la fuerza de empuje se mantiene contante aunque aumente la profundidad.

Taller de lectura 20

  1. Escriba la segunda propiedad de los líquidos y escriba el significado de la palabra “perpendicular”

  2. La figura 1 representa un recipiente lleno de agua, con 4 agujeros. Con base en las respuestas al punto anterior, trace flechas que indiquen la dirección en la que saldría el agua por cada uno de los orificios.

  3. En un recipiente cilíndrico se colocan cantidades iguales de agua de mar, mercurio y gasolina. Haga un dibujo que represente la situación, especificando el orden en el que se depositan los líquidos.

  4. Se coloca una pieza de madera en la superficie de un líquido. ¿Cual es la fuerza que mantiene la madera a flote? Haga un esquema de la situación y represente dicha fuerza con una flecha.

  5. Se colocan objetos similares en el fondo de recipientes con igual nivel de agua como muestra la figura 2. Relacione las presiones recibidas por los objetos a través de los signos >, < o =. Sustente su respuesta.

  6. Escriba la ecuación fundamental de la hidrostática y con base en ella realice los siguientes ejercicios:

    1. Cual es la presión que soporta un buzo a 110 metros de profundidad en el mar, si la presión atmosférica es de 1At = 1.013×105 pascales.

    2. ¿Qué presión soporta un objeto en el fondo de un tanque de gasolina de 6 metros de altura totalmente lleno, si la presión atmosférica es de 0.8 atmósferas?

  7. Escriba la quinta propiedad de los líquidos.
  8. La figura 3 muestra un objeto en un recipiente con agua en 4 situaciones diferentes:
    1. ¿en cual de las situaciones es mayor la fuerza de empuje? ¿Por qué?
    2. ¿en cual de las situaciones es menor la fuerza de empuje? ¿Por qué?
    3. Se afirma que la fuerza de empuje es igual en las situaciones C y D, ¿Cómo se explica esa afirmación?
  9. Escriba la fórmula que permite calcular la fuerza de empuje y con base en ella, realice los siguientes ejercicios:
    1. Calcule la fuerza de empuje que el agua ejerce sobre un cubo de madera de 1000cm3, cuando este ha sido sumergido:
      • Un tercio de su volumen
      • Dos tercios de su volumen
      • Completamente
  10. Copie y complete el mapa conceptual
Lectura 19: Hidrostática

Es la parte de la física que estudia los fluidos en reposo. Un fluido es un cuerpo que puede desplazarse fácilmente y que cambia de forma bajo la acción de fuerzas pequeñas. Los líquidos y los gases son fluidos. Y entre ellos, el agua y el aire son fluidos ideales, pues su baja viscosidad facilita su estudio.

Para el estudio de la hidrostática es necesario definir dos magnitudes: la presión y la densidad.

Presión:

Presión es la fuerza normal ejercida sobre un cuerpo por unidad de área. Por fuerza normal se entiende la fuerza o el componente de la fuerza ejercida de manera perpendicular a la superficie involucrada. Matemáticamente, esta relación se representa por la expresión:

La anterior fórmula indica que la presión depende de la fuerza y del área. Una fuerza pequeña puede generar una gran presión si se aplica sobre un área muy pequeña. Por esta razón afilamos los cuchillos y demás objetos corto punzantes. Del mismo modo, una gran fuerza puede generar una presión pequeña si se aplica sobre un área grande. Esta es la razón por la cual la base de una pared es más ancha que ella y porque los edificios tienen bases amplias.

En el sistema internacional, la unidad de fuerza es el Newton y la unidad de área es el metro cuadrado. Por tanto, las unidades de presión pueden darse en newton por metro cuadrado (N/m2). Sin embargo, a esta combinación de unidades se le conoce como pascal. Es decir que un pascal es la presión equivalente a un newton por metro cuadrado. En las obras de ingeniería, por lo general, la presión se mide en pascales por tratarse de presiones muy grandes.

En el sistema inglés, la presión es la libra por pulgada cuadrada. Esta unidad se utiliza mucho en la industria. La presión del aire en los neumáticos se mide en libras (aunque debería decirse libras por pulgada) y en esta unidad se calibran buena parte de los compresores.

En el caso de la presión atmosférica, se utilizan unidades como la atmósfera o el torr por ser presiones muy pequeñas. Una atmósfera de presión equivale a la presión ejercida por una columna de mercurio (Hg) de 76 centímetros sobre un metro cuadrado al nivel del mar. Un torr equivale a un milímetro de mercurio.

Los instrumentos para medir la presión se denominan manómetros. En el caso de la presión sanguínea, el aparato usado es el esfigmomanómetro, que funciona igual al manómetro pero reacciona a cambios de presión mucho más pequeños.

Equivalencias entre unidades de presión

En la mayoría de los cálculos se utilizan las unidades del sistema internacional, de manera que es importante conocer la equivalencia de las diferentes unidades de presión con relación al pascal.

  • 1pascal = 1N/m2
  • 1 Atmósfera = 1.013×105 pascales (Pa)
  • 1 torr = 1mmHg = 133 pascales
  • 1bar = 10 pascales
  • 1 libra/pulgada2 = 6.891×103 pascales

Taller de lectura 19

  1. ¿Qué es la hidrostática?
  2. ¿Qué es un fluido?
  3. ¿Por qué el aire y el agua son fluidos ideales?
  4. ¿Qué es presión?
  5. Escriba la fórmula para calcular la presión
  6. ¿para que se afilan los cuchillos?
  7. ¿Por qué las bases de los edificios deben ser anchas?
  8. ¿Cuál es la unidad de presión en el sistema internacional? ¿Cuál es su símbolo?
  9. ¿Cuál es la unidad de presión en el sistema inglés?
  10. ¿en que unidades se mide la presión atmosférica?
  11. ¿Qué instrumentos se utilizan para medir la presión?
  12. ¿Cómo se llama el instrumento utilizado para medir la presión sanguínea?
  13. Escriba la equivalencia de las diferentes unidades de presión en relación al pascal
  14. Copie la siguiente tabla

La presión se halla dividiendo la fuerza entre el área
El área se calcula dividiendo la fuerza entre la presión
La fuerza se obtiene multiplicando presión por área

Realice los siguientes ejercicios con base en las fórmulas de la tabla anterior

  1. Calcule la presión ejercida por un objeto cuyo peso es 40 newton si su área base es de 10 metros cuadrados
  2. Calcule la fuerza de un objeto cuya área base es de 12.5m2 si ejerce una presión de 200Pa
  3. ¿Cual será el área base de un objeto si su peso es 1200N y ejerce una presión de 25000Pa?