FISICA-2

Guí

a D

idác

tica

de

Apr

endi

zaje

Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS)

Lic. Gabino Cué MonteagudoGobernador Constitucional del Estado de Oaxaca

Act. José Germán Espinosa SantibáñezDirector General del Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca (Cobao)

Lic. Elizabeth Ramos AragónDirectora Académica

cp Rogelio Cadena EspinosaDirector de Administración y Finanzas

Ing. Manuel Estrada MontañoDirector de Planeación

Ing. Raúl Vásquez DávilaGerente de la Fundación Cobao ac

Ing. Rodolfo Salvador Osorio Casas

Ing. Abel Luis Avendaño

GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE. FÍSICA II

1ª Edición.© 2011 Fundación Cobao, ac

® En trámite.

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

Ilustración de portadaVladimir Kush

EdiciónAlejandra Martínez GuzmánAzael Rodríguez Teodoro Eugenio Santibáñez Gruhl Benjamín Méndez Martínez

Corrección de estiloEfraín Velasco Sosa

Diseño y cuidado editorialMextli Cruz Lavariega

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

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

Queda prohibida la reproducción por cualquier medio, impreso y/o digital, parcial o total, de la presente guía, sin previa autorización de la Fundación Cobao, ac

Impreso y hecho en Oaxaca, Méx.

DIRECtoRIo

equipo disciplinar elaborador

responsable de asignatura

jefe del departamento de fÍsica Y matemÁticas

Ing. María Guadalupe Lucía Cuenca Jiménezmce Nancy Angélica Ortíz Guzmán

Pl. 04 El TulePl. 04 El Tule

→ÍNDICE

Presentación

introducción

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

3GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE >FÍSICA II 3GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE >FÍSICA II

GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE >FÍSICA II

→presentación

en el Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca nos queda claro que la educación de calidad es una exigen-cia de las y los estudiantes de la sociedad de México

para fortalecer la formación integral y contribuir a la trans-formación, desarrollo y solución de sus problemas, en el marco de su contexto comunitario, académico y laboral.

La consolidación de la Reforma Integral de la Educación 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 Institución, se reflejan en estas Guías Didácticas de Aprendizaje que hoy tenemos la satisfacción de poner en manos de la juventud que acude a nuestras au-las, no sólo 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-ñanza-aprendizaje encauzados en contextos disciplinares, curriculares y sociales amplios, hoy por hoy, estas Guías permitirán al estudiantado, de manera individual, en equi-pos y de forma plenaria, discutir y reflexionar sobre activi-dades que redundarán en la consecución de su aprendizaje, es decir, de sus competencias, para ampliar posibilidades como individuos inmersos en circunstancias sociales y cul-turales particulares.

Este material está diseñado de tal forma que permitirá al docente ejercer su labor desde dos perspectivas: prime-ro, enseñar para el cambio, para lo nuevo, incluso para lo desconocido; enseñar a producir conocimientos no sólo a consumirlos. Segundo: enseñar para la transformación, para que la o el estudiante reflexione crítica 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 teóricos y prácticas en el aula, de tal suerte que estimule de manera decisiva a sus estudiantes, para in-tegrar a su educación ingenio, creatividad y compromiso, porque hay que tener siempre presente que en la tarea do-cente, quien no evoluciona en la doble tarea de enseñar y aprender, no cambia nada.

5GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE >FÍSICA II

El especialista y maestro en pedagogía, Porfirio Morán Oviedo, cita: “…La docencia no consiste únicamente en trans-mitir conocimientos, sino despertar en el estudiante el gusto y la alegría por aprender, crear en su alma un vínculo afecti-vo con los demás que le rodean; desarrollar al individuo des-de adentro y entender que no se puede enseñar a las masas y en serie, porque todos son diferentes. La misión 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 guía, un acompañante de travesía para lle-gar al conocimiento y en el aula un espacio de encuentro, de intercambio, discusión y confrontación de ideas”.

Las herramientas están 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 económico 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 educación.

act. josÉ germÁn espinosa santibÁÑeZdirector general

6


→introducción

Esta guía que tienes en las manos es el producto del esfuerzo conjunto de un grupo de docentes, personal del área aca-démica y directivos del Colegio de Bachilleres del Estado de Oaxaca, la cual se pretende constituya un material básico para abordar los contenidos y desarrollar las competencias que exige el programa de estudios de Física II emitido por la Dirección General de Bachillerato.

La asignatura de Física II pertenece al núcleo de forma-ción básica, el cual tiene la finalidad de propiciar el desarrollo de la creatividad, el pensamiento lógico y crítico entre los es-tudiantes, mediante procesos de razonamiento, argumenta-ción y construcción de ideas. Esto permite el despliegue de distintas competencias para la resolución de problemas físi-cos que trasciendan el ámbito escolar.

Cabe hacer mención que esta guía promueve el en-foque intercultural haciendo énfasis en la competencia genérica número 10 que establece fomentar y respetar la interculturalidad y diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.

En este material se abordan los cuatro bloques en que está 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 relación de la electricidad con el magnetismo.

Cada bloque está dividido en sesiones de acuerdo con los desempeños que debes lograr conforme al programa de es-tudios. Una sesión 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 desempeños que debes lograr.

En la apertura, se plantean situaciones donde se preten-de atraer tu interés con el planteamiento de situaciones que evidencien la aplicación 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 participación responsable y profesional de la o el docente, en quien recae la encomienda de poner a tu disposición los elementos nece-sarios para que logres los mejores resultados.

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

Con respecto a la evaluación, se proponen algunos ins-trumentos tales como listas de cotejo, rúbricas y guías de observación, los cuales permiten valorar tus desempeños; éstos se incluyen en los anexos de cada bloque.


8

Es importante mencionar que, en cada bloque de este tra-bajo, encontrarás una guía de observación que será utilizada para evaluar tus actitudes con respecto a los trabajos realiza-dos en esta guía.

Finalmente, esta propuesta tiene la intención 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 bibliografía complementa-ria a partir de la empleada en este trabajo.

Al ser esta guía, el resultado de un primer intento por ela-borar un material con tales características para la asignatura de Física 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


desempeÑos del estudiante al concluir el

bloque

» Identifica las características de los fluidos que los diferencian de los sólidos.

» Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presión hidrostática y presión atmosférica relacionados con su entorno inmediato.

» Comprende los principios de Arquímedes y Pascal así como su importancia en el diseño de ingeniería y de obras hidráulicas 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

» Hidráulica

» Hidrostática.

» Hidrostática.

» Hidrodinámica.

niVeles de conocimiento

» Comprensión.

» Utilización del conocimiento.

» Comprensión.

» Utilización.

competencias a desarrollar

» Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea hipótesis necesarias para responderlos.

» Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.

» Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones respetando la diversidad de valores, ideas y prácticas sociales.

» Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. » Hace explícitas las nociones

científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos.

»Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.

» Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos.

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

eValuación

» Guía de observación.

» Guía de observación.

» Rúbrica.

» Rúbrica.

15

BLOQUE I

desempeÑo al concluir el bloque:Identifica las características de los fluidos que los diferencian de los sólidos.

sesión 1 4 clases

1ª clase

encuadre

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

Presentación de las personas que participan (dinámica libre).Análisis 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:

Presentación general del curso.

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

a.

b.c.d.e.

a.

b.

1.2.

3.

→Bloque I •Hidráulica. •Hidrostática. •Hidrodinámica.

→Bloque II •El calor y la temperatura. •La dilatación térmica. •El calor específico. •Procesos termodinámicos.

→Bloque III •Electricidad. •Electrostática. •Electrodinámica.

→Bloque IV •Magnetismo. •Electromagnetismo.

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


16

• La acreditación: Establecimiento de las consideraciones mínimas para aprobar el curso.

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

• Calificación mínima aprobatoria: 6.0.

• La calificación es la distribución de los porcentajes.

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

•Tareas. •Proyectosoactividadesespeciales(experimentosoexposiciones). •Trabajocolaborativoenclase. •Examen.

c.

d.

Metodología de trabajo. (En términos generales cómo será la dinámica de trabajo durante el curso).

•Trabajo con la guía didáctica de aprendizaje. •Trabajo colaborativo en clase propiciando la participación activa del

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

Criterios y mecanismos para:

4. Prueba diagnóstica (diseñada por tu docente).

En este bloque se propone que un porcentaje de la calificación corresponda a la elaboración y exposición de un proyecto relativo a los temas que se abordarán en el transcurso del mismo, por lo que podrás elegir para la elaboración y presentación del mismo, entre 3 opciones que se sugieren en los anexos 4, 5 y 6, los cuales se evaluarán con la rúbrica del anexo 3.Encontrarás en la guía un icono que indica el tema al que corresponde cada proyecto propuesto.Estos proyectos se expondrán con ayuda de un apoyo visual (presentación de Power Point con fotografías o videos, mural de memoria fotográfica o pictográfica) que comprenderá dos secciones:

a.b.c.d.

Proyecto

Marco teórico que fundamenta el funcionamiento del prototipo.Proceso de elaboración del prototipo.Bibliografía: la indicada al final de la guía.Recursos a utilizar: cuaderno de cuadros, calculadora científica, materiales para las actividades experimentales señaladas y demás que considere pertinente tu docente.

GUÍA DIDÁCTICA DE APRENDIZAJE >FÍSICA II 17

BLOQUE I

apertura

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

2ª clase

un fluido curioso

material necesario:

•Maicena •Agua •Un recipiente de 20 cm de diámetro y 12 cm de profundidad (lo más 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 presión sobre ella, observa lo que ocurre. •Toma otro poco de la mezcla y gírala como para hacer una esfera, oprímela fuertemente y luego

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

desarrollo

Comenta con tu equipo y escribe tus observaciones:

1. ¿Cuáles son las características de los fluidos?2. ¿Cuáles son las características de los sólidos?3. En la categoría fluidos, ¿cuál es la diferencia entre líquidos y gases?4. ¿A qué se refiere el estudio de la Hidráulica?

Con las respuestas anteriores comenta en grupo y completa la tabla siguiente:características gases líquidos sólidos

Forma

Volumen

Compresibilidad

Actividad

18

fluidosLos fluidos comprenden dos estados de agregación de la ma-teria, los gases y los líquidos, 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 líquidos tienen la particularidad de ser prácticamente incompresibles y sí tienen un volumen definido.

Son fluidos todos los líquidos, gases y otro tipo de sustan-cias de composición más compleja tales como emulsiones, suspensiones, pastas y polímeros fundidos, entre otros. El chicle y la masa de pan, pueden considerarse también como fluidos aunque igualmente se clasifican como sólidos defor-mables. En realidad la división entre fluido y sólido deforma-ble no es muy clara, en ciertas circunstancias sólo puede señalarse en qué grado un fluido se acerca más a uno u otro comportamiento.

Los sólidos por su parte tienen forma y volumen defini-do y pueden comprimirse o no, dependiendo de su porosidad. Cuando un sólido está compuesto por partículas muy peque-ñas como es el caso de la harina, el azúcar, la sal o las semi-llas como lenteja, frijol, arroz, etc., tienen un comportamiento similar al de los fluidos. Por lo que una definición más formal de fluido es la que se refiere a la porción de la materia que se deforma con facilidad al ser sujeta a esfuerzos cortantes.

La hidráulica se ocupa del estudio de las teorías que ex-plican el comportamiento de los líquidos y sus propiedades. Aunque el término hidráulica viene del latín hydraulica y ésta del griego hydrauliké que corresponde al término femenino hydraulikós que a su vez se deriva de hydraulis, cuya traduc-ción al español podría ser tubo de agua, pues se compone de dos palabras hydro=agua, y aulos=tubo; la hidráulica no solamente se ocupa del comportamiento del agua, sino que también considera a otro tipo de fluidos como son los gases. Para su estudio se divide en hidrostática e hidrodinámica. La hidrostática se refiere a la física de los fluidos en reposo. La hidrodinámica, por su parte, se refiere a la física de los flui-dos en movimiento.

trabajo independiente Organizados en equipos pequeños, trae el material para la actividad “cromatografía en papel” de la clase siguiente.


BLOQUE I

3ª clase

cromatografía en papel

Biólogos, médicos y químicos necesitan con frecuencia sepa-rar los componentes de una mezcla como paso previo a su identificación.La cromatografía es una técnica de separación de sustancias que se basa en las diferentes velocidades con que se mueve cada una de ellas, a través de un medio poroso, arrastradas por un disolvente en movimiento.Se utilizará esta técnica 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 pañuelos desechables.

• Rotuladores o bolígrafos 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 más largas que la altura del vaso.

• Enrolla una tira de papel a un lápiz o bolígrafo, 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 líquidos en cada uno de los vasos, hasta una altura de 1 cm aproximadamente.

• Sitúa la tira dentro del vaso de tal manera que el extremo quede sumergido en el líquido pero la mancha que has hecho sobre ella quede fuera de él, como se muestra en la figura.

Cromatografía en papel

Cromatografía en papel

Actividad

20

Con base en la actividad realizada responde las preguntas siguientes:

1. ¿Por qué se mojan las tiras de papel?

2. ¿Se mojan de igual forma las cuatro tiras?

3. ¿Por qué?

4. ¿Qué características de los líquidos consideras que influ-yen en la forma en que se moja el papel?

Completa la tabla de la página siguiente de acuerdo a:

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

• En plenaria, con el apoyo y guía 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 conclusión, escríbela en la segunda columna.

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

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


BLOQUE I

característicasescribe 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 características

revisa la bibliografía

sugerida y escribe los conceptos

Viscosidad

Tensión superficial

Capilaridad

Cohesión

Adhesión

Densidad

Peso específico

22

4ª clasePara abordar los temas de hidrostática e hidrodinámica, ne-cesitamos analizar las magnitudes de densidad y peso espe-cífico de diversos materiales.

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

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

simbología descripción

unidades

s.i. c.g.s inglés absoluto

ρ

m

V

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

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

simbología descripciónunidades


Pe

W

V

g

ρ = mV

Pe = g Pe = W

V W = mg Pe = mg

V , , ρ = m

V


BLOQUE I

sólidos densidad(kg/m3) líquidos densidad

(kg/m3) gases densidad(kg/m3)

Acero 7,860 Aceite comestible 917 Aire 1.293

Aluminio 2,700 Aceite hidráulico 800 Bióxido de carbono 1.98

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

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

Corcho 240 Alcohol etílico 806 Nitrógeno 1.25

Cuarzo 2,660 Benceno 878 Oxígeno 1.43

Hielo 920 Gasolina 736

Latón 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 simbología correspondiente.• Realiza las conversiones de unidades, de tal manera que todos tus datos estén en el mismo

sistema de unidades.• Despeja la variable que es la incógnita de tu problema.• Lleva a cabo la sustitución, anotando la cantidad y unidad correspondiente.• Elabora las operaciones matemáticas.

24

EjEmplo:Un tanque cilíndrico de gasolina tiene 3 m de altura y 1.2 m de diámetro, ¿cuántos kilogramos de gasolina es capaz de almacenar?

datos fórmula despeje sustitución resultado

v = πr2h

ρ = mv

m = ρV

m = 736 kgm3 3.39m

3

actividad de evaluación 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 participación en clase, esta actividad se evaluará con la guía de observación del anexo 1.

En coevaluación, se elegirá a un o una integrante de al-guno de los equipos, para resolver los problemas en el pizarrón y, comparar los procedimientos así como los resultados.

1. Determina el volumen de 450 g de alcohol. R: V= 5.58 x 10-4m3

2. 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 salón. 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. ¿Qué es más pesado 870 kg de latón o 3.5 ft3 de cobre? R: El Cobre6. ¿Qué 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 específico de 1,500 l de gasolina. R: m=1,104 Kg, Pe= 7,212.8 N/m3

8. Calcula la densidad de un aceite, si su peso específico es de 8,967 N/m3. R: = 915 Kg/m3

m = ρV

m = ρV

ρ = mv


BLOQUE I

En tu cuaderno, resuelve los problemas siguientes:

Esta actividad se evaluará con la rúbrica del anexo 2.En coevaluación, se revisarán en el pizarrón los ejercicios del trabajo independiente con apoyo de la o el docente para observar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, detectar áreas de oportunidad y reforzar conceptos.

cierre

En equipo, consigue para la siguiente clase el material para la actividad “la botella mágica”.

trabajo independiente

1. ¿Qué volumen de agua tiene la misma masa que 40 cm3 de plata? ¿Cuál es el peso específico de la plata?

2. Un matraz de 450 ml está lleno de un líquido desconocido, y una balanza electrónica indica que el líquido en cuestión tiene una masa de 340 g, ¿cuál es la densidad del líquido?

3. El diámetro de una pelota de fútbol es aproximadamente de 26 cm y su masa es de 650 g, ¿cuál es el volumen de la pelota y cuál su densidad?

4. Según 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, ¿cuál es la densidad y el peso específico de la pelota si sus propiedades fueran las de los límites reglamentarios? (Considerar que y V = 4

3πr3 ).

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

actividad de evaluación

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

( latón )

ρ = mv

ρ = mv

ρ = mv

ρ = mv

BLOQUE I

desempeÑo al concluir el bloque:Resuelve cuestionamientos y/o problemas sobre la presión hidrostática y atmosférica relaciona-dos con tu entorno inmediato.

sesión 2 4 clases

1ª clase

apertura

la botella mágica

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

• Llénala completamente con agua.• Colócale en la parte superior, un trozo de papel aluminio

o de plástico que cubra la entrada de la botella.• Voltéala y observa lo que sucede.

desarrollo

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

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

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 bibliografía sugerida y escribe los

conceptos

Presión

Presión hidrostática

Presión atmosférica

Presión manométrica

Presión absoluta

28

2ª claseConsiderando los conceptos discutidos y acordados en la ta-bla anterior, formalizaremos los modelos matemáticos res-pectivos.presión: Es la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa.

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



P

F

A

P = FA


BLOQUE I

presión hidrostática: Es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo, sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido. Como esta presión se debe al peso del líquido, su medición depende de la aceleración gravitacional y de la profundidad a la que se mide la presión.

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

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

Ph = ρgh

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


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

Ph

r

g

h

30

Pabs = Pman + Patm

Pabs = Ph + Patm

presión atmosférica: Es la fuerza por unidad de área que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre.

La presión atmosférica se mide con un instrumento lla-mado barómetro.1 El más común es el barómetro de mercu-rio. La presión atmosférica medida a nivel del mar es de 760 mm de Hg, esto es, la presión que ejerce la atmósfera en ese punto corresponde a la presión hidrostática 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/m2

1 cm Hg = 1332.8 N/m2 1 atm = 14.7 lbfza/in

2 1 lbfza/in

2 = 6895 N/m2

presión absoluta: Es la presión total de un fluido, que resulta de sumar la presión manométrica o hidrostática mas la pre-sión atmosférica.

1 Consultar el anexo 7 para saber más acerca de los barómetros.

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


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

Patm

Pman

Ph

Pabs


BLOQUE I

datos fórmula sustitución resultado

F = 60 N

D = 8 cm = 0.08 m

P = ?

A = r (0.04m)2

= 5.026x10-3m2

P = 60N5.026x10−3m2

P = 11,937.92 Pa

P = 11.94 kPa


h = 60 cm = 0.60m

r = 13 600 kg/m3

Ph = ?

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

A = πr2h

ejemplo 1:Sobre un líquido encerrado en un cilindro de 8 cm de diámetro se aplica una fuerza de 60 N mediante un pistón, ¿cuál es el valor de la presión generada?

P = FA

Ph = pgh Ph = 13600 kgm3

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ 9.8 m

s2⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ 0.60m( )

Ph = 79,968Nm2

Ph

Ph

=79,968Pa




,

= 79.968 KPa

ρ = 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 émbolo de 35 kg descansa sobre una muestra de gas en el interior de un cilindro de 12 cm de diáme-tro, ¿cuál es la presión manométrica y absoluta? (Considera la presión atmosférica igual a 686 mm de Hg).

A = πr2h

W = mg

P = FA

A = r (0.06m)2

= 1.13x10-2m2

W = 35kg( ) 9.8 ms2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

= 343N

P = 343N1.13x10−2m2

Pman = 30,353.98 Pa

3ª clase

actividad de evaluación 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 evaluará, para tu participación en cla-se, con la guía de observación 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 coevaluación, de algún equipo se elegirá a una per-sona para resolver los problemas en el pizarrón 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 área de 25 cm2, determina la presión en cada pata. R: P= 107,800 N/m2

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

3. Calcula el área sobre la cual debe aplicarse una fuer-za de 225 N para que exista una presión 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 presión hidrostática 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 presión hidrostática de 74780 N/m2. R: h = 7.39m

6. Determina la presión hidrostática 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

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

Organizados en equipos pequeños consigue el material para la actividad “Las jeringas deslizantes”.

diagrama a

Ejercicios

34

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

En coevaluación y, con apoyo de tu docente, se revisarán los ejercicios del trabajo independiente en el pizarrón, para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar du-das, detectar áreas de oportunidad y reforzar conceptos.

trabajo independiente

1. ¿A qué altura máxima llegará el agua al ser bombeada a través de una tubería con una presión de 87.5 KPa? R:h=8.93m

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

3. Si se construye un barómetro usando agua en lugar de mercurio, ¿qué altura de agua indicaría una presión de 1 atmósfera? R: h= 10.34 m

4. Al medir la presión manométrica con un manómetro de tubo abierto se registró una diferencia de alturas de 9 cm de Hg. Calcula la presión 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 presión hidrostática y absoluta en el fondo del mismo, considerando que la presión atmosférica es de 680 mm Hg. R: Ph= 63,190.4 N/m2

R: PA= 153,820.4 N/m2

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


BLOQUE I

desempeÑo al concluir el bloque:Comprende los principios de Arquímedes y Pas-cal y su importancia en el diseño de ingeniería y de obras hidráulicas en general.

sesión 3 6 clases

1ª clase

apertura

las jeringas deslizantes

material necesario:• 4 jeringas de diferente tamaño (una de 3 cm3 y tres de 10 cm3).• 1 m de manguera para venoclisis.• Cinta selladora.• Líquido 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 diámetro y luego dos de diferen-te diámetro, construye el dispositivo como se muestra en la figura. Pon una jeringa en cada mano cuidando que el émbolo de la de mayor diámetro esté abajo. Por el otro lado coloca el líquido con colorante en la jeringa del em-bolo menor llenando la manguerita y el espacio de la je-ringa pequeña de manera que su embolo quede arriba.

3. Ahora baja el pistón 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 conexión de jeringas del mismo tamaño. Principio de Pascal

Actividad

36

De acuerdo con lo anterior contesta las preguntas siguientes:

1. En cada caso, ¿qué ocurre al presionar los émbolos de las jeringas?

2. Para cada caso, argumenta tu respuesta.

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

desarrollo

El principio de Pascal se refiere a la posibilidad de transferir íntegramente una presión aplicada sobre un líquido encerra-do en un cilindro, considerando la incompresibilidad del mis-mo y una viscosidad prácticamente nula.

De acuerdo con lo anterior, todo líquido que esté ence-rrado herméticamente dentro de un recipiente y reciba una presión, la transmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido y el recipiente que lo contiene.

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

La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del prin-cipio de Pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de di-ferente diámetro, cada uno con su respectivo émbolo, unidos por medio de un tubo de comunicación. Con este dispositivo, si una fuerza pequeña actúa sobre el émbolo menor, produce una gran fuerza sobre el émbolo mayor.

Antigua prensa hidráulica


BLOQUE I

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

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

Prensa hidráulica1

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

FA= faya que A=π r2

FπR2 = f

πr2

FR2 = f

r2

FD2 =

fd 2

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


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

P

p

A

a

D

d

R

r

38

La prensa hidráulica tiene su aplicación más inmediata en las estaciones de servicio para levantar automóviles, en la in-dustria para comprimir y extraer aceites de algunas semillas o jugos de algunas frutas, y en los frenos hidráulicos de los automóviles.

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

2ª clase

Ventaja mecánicaLa ventaja mecánica ideal en una prensa hidráulica, se refie-re a la relación 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 fricción se considera nula.

Para determinar esta relación, partimos de la aplica-ción del principio de la conservación de la energía al funcio-namiento de la prensa hidráulica, con lo que se tiene que el trabajo de entrada debe ser igual al trabajo de salida más el trabajo realizado contra la fricción.

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

Trabajo en el émbolo menor = Trabajo en el émbolo mayor + trabajo contra la fricciónTémbolo menor = Témbolo mayor

F ⋅hFf= hH

Mi =hH


F ⋅hFf= hH

Mi =hH


F ⋅hFf= hH

Mi =hH


F ⋅hFf= hH

Mi =hH

𝐹𝐹 ∙ 𝐻𝐻 = 𝑓𝑓 ∙ ℎ


BLOQUE I

Con apoyo de tu docente, completa la tabla siguiente:


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

F

f

H

h

Mi



sistema de unidades.

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

• Despeja la variable que es la incógnita de tu problema.• Lleva a cabo la sustitución, anotando la cantidad y unidad correspondiente.• Elabora las operaciones matemáticas.

40

EjEmplo 1:¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica que tiene un área de 175 cm2 cuan-do en el émbolo menor de 25 cm2 de área se aplica una fuerza de 70 N? Si el émbolo mayor se desplaza una distancia de 8 cm, ¿cuál es el desplazamiento del émbolo 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 diámetro que debe tener el émbolo mayor de una prensa hidráulica para obtener una fuerza de 3240 N. Cuando en el émbolo menor con un diámetro de 8 cm se aplica una fuerza de 90 N, ¿qué dis-tancia se desplaza el émbolo mayor si el émbolo 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 ⋅d 2

f

H = f ⋅hF

D =3240N ⋅ 8cm( )2

90N

𝐹𝐹𝐴𝐴 =

𝑓𝑓𝑎𝑎 𝐹𝐹 =

𝐴𝐴 ∙ 𝑓𝑓𝑎𝑎

ℎ =𝐹𝐹𝐹𝐹𝑓𝑓

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 evaluaciónOrganizados 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 evaluará para tu participación de cla-se con la Guía de Observación del anexo 1.

En coevaluación, de algun equipo se elegirá una perso-na para resolver los problemas en el pizarrón y compa-rar los procedimientos y resultados.

1. Los radios de los émbolos de una prensa hidráulica son de 10 cm y 50 cm respectivamente, ¿qué fuerza ejercerá el émbolo mayor si sobre el menor actúa una de 30 N? R: F= 750 N

2. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son de 8 cm² y 20 cm² respectivamente, ¿qué fuerza de entrada se requiere para levantar un objeto de 80 kg en el émbolo mayor? R: f= 313.6 N

3. Sobre el émbolo de 12 cm² de un prensa hidráulica se apli-ca una fuerza de 40 N y en el otro se obtiene una fuerza de 150 N, ¿qué sección tiene este émbolo? R: A= 45cm2

4. ¿Cuál es el diámetro del émbolo menor de una prensa hi-dráulica, si una fuerza de 78.4 N es capaz de elevar una carga de 50 kg en el émbolo mayor que tiene un radio de 80 cm? R: d= 64cm

42

3ª clase

1. Sobre el émbolo menor de una prensa se aplica una fuer-za de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1,000 N, ¿cuál es la relación entre los radios de los émbolos?

R: 1:4.472. El émbolo pequeño y el émbolo mayor de una prensa

hidráulica tienen diámetros de 3 cm y 18 cm respectiva-mente:

3. El tubo de entrada que suministra aire a presión para que funcione un elevador hidráulico tiene 2 cm de diámetro y el émbolo de salida tiene un diámetro de 32 cm, ¿qué presión de aire (manométrica) debe utilizarse para elevar un automóvil de 1,800 kg? R: P= 219,335 N/m2

4. Una fuerza de 180 N se aplica al pistón pequeño de una prensa hidráulica cuyo diámetro es de 6 cm, ¿cuál deberá ser el diámetro del pistón grande para que pueda levan-tar una carga de 200 kg? R: D= 19.8 cm

Si requieres más práctica en este tipo de ejercicios, te re-comendamos resolver de manera autónoma los problemas propuestos en los libros de texto sugeridos en la sección de bibliografía, o bien, consulta y resuelve ejercicios de algunas páginas de internet. Te sugerimos:

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

• ¿Qué desplazamiento debe tener el émbolo pequeño 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 hidráulica lizuan 20 tn »Galería de Maquinaria Zubizarreta,sl

Fuente: Flickr.com

actividad de evaluación De manera individual resuelve los siguientes ejerci-cios en tu cuaderno, esta actividad se evaluará para tu participación en clase con la Guía de Observación del anexo 1.

En coevaluación, y con el apoyo de la o el docente se revisarán los problemas en el pizarrón, para comparar los procedimientos y resultados.


BLOQUE I

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

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

1. ¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una pren-sa hidráulica que tiene un área de 240 cm2 cuando en el émbolo menor de 20 cm2 de área se aplica una fuerza de 80 N? Si el émbolo mayor se desplaza una distancia de 8 cm, ¿cuál es el recorrido del émbolo menor?

R: F= 960N h= 96cm

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

R: D= 71.15cm

3. El diámetro de los émbolos de una prensa hidráulica son de 45 y 10 cm respectivamente. Calcula la fuerza ejercida en el émbolo de diámetro menor para que el émbolo ma-yor tenga una fuerza de 4.2 KN.

R: f= 207.41N

4. El émbolo pequeño y el émbolo mayor de una prensa hi-dráulica tienen diámetros de 3 y 36 cm respectivamente:

a. ¿Qué fuerza de entrada se requiere para proporcionar una fuerza total de 1 KN en el émbolo grande?

R: f= 6.94Nb. ¿Qué desplazamiento debe tener el émbolo pequeño

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

44

TUBO DE ENTRADA/SALIDA DE AIRE

LASTRE AGUJEROS

En coevaluación y con apoyo de la o el docente se revisarán en el pizarrón los ejercicios del trabajo independiente para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, de-tectar áreas de oportunidad y reforzar conceptos.

4ª clase

construcción de un submarino

materiales:

• 1 bote de 600 ml.• Cinta canela.• Picahielo.• Manguera de venoclisis o de diálisis.• Piedras pequeñas 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 línea 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 qué 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, ¿qué ocurrió en cada caso?

2. Para cada caso, argumenta tu respuesta.

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

46

5ª claseprincipio de arquímedesEl empuje que reciben los cuerpos al ser introducidos en un líquido, fue estudiado por el griego Arquímedes, quien enun-ció el principio siguiente:

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

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

Donde:

E = Empuje que recibe el objeto sumergido en el líquido (N, D, Poundal)r = Densidad del líquido (kg/m3, g/cm3, lb/ft3)V = Volumen de la parte sumergida del objeto (m3, cm3, ft3)g = Constante de aceleración 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 está sujeto a la acción de una fuerza vertical hacia arriba cuya magnitud es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.

E =WE = ρgV

𝜌𝜌 =𝑚𝑚𝑉𝑉

𝑚𝑚 = 𝜌𝜌𝜌𝜌 𝑊𝑊 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌

𝑊𝑊 = 𝑚𝑚𝑚𝑚


BLOQUE I

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

Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio. Para el mismo cuerpo sumergido dentro del líquido, 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 disminución 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 líquido (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 diámetro 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

ρ = mV

W = mg

E = ρgV

E = ρgV

Wa =Wr − E

Wa =Wr − E

m = ρV

E = 1000 kgm3

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ 9.8 kg

s2⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

Una pieza metálica 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 líquido 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/m3ρ = 80N

9.8 kgm2

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ 1.04x10

−3m3( )

E =Wr −Wa

V = Eρg

ρ = WgV

𝑚𝑚 = (8890𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚!)(1.57𝑥𝑥10

!!𝑚𝑚!)

(1.57𝑥𝑥10!!𝑚𝑚!)

𝑉𝑉 =10.19 𝑁𝑁

1000 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚! 9.8 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑠𝑠!

m

m

m s2


BLOQUE I

actividad de evaluaciónOrganizados 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 evaluará para tu participación en clase con la Guía de Observación del anexo 1.

En coevaluación, y con apoyo de la o el docente se revi-sarán los problemas en el pizarrón para comparar los procedimientos y resultados.

1. Si una pieza de 80 N al aire se sumerge posteriormen-te en glicerina, ¿cuál 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 está comple-tamente lleno de alcohol.

a. ¿Qué volumen desaloja de alcohol? R: V= 5.76 x 10-4m3

b. ¿Cuál es el peso real del prisma? R: W= 100.35Nc. ¿Qué empuje recibe? R: E= 4.55Nd. ¿Cuál es el peso aparente del prisma debido al empuje?

R: WA= 95.8N

3. Una pieza metálica 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 líquido desalojado. R: v= 1.53 x 10-3m3

c. La densidad del metal. R: = 3,000 kg/m3

4. Un objeto sólido pesa 34 N en el aire. Cuando este objeto se suspende de un dinamómetro 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 líquido desalojado. R: V= 3.06 x 10-4m3

c. El volumen del objeto. R: V= 3.06 x 10-4m3

d. El material del que está hecho el objeto. R: Plomo

m = ρV

50

6ª clase

1. Un cubo de madera de 10 cm de lado flota en equilibrio en agua con las ¾ partes de su volumen sumergido. Consi-dera E=W como segundo caso.

a. ¿Cuál es el peso del cubo? R: w= 7.35 Nb. ¿Cuál 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, ¿cuál es la tensión 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 líquido cuya densidad es de 873 kg/m3, su masa aparente es tan sólo de 7.26 g. Determina la densidad de la piedra. R: = 4,130 Kg./m3

4. Una persona de 90 kg, está parada sobre una capa de hie-lo de 30 cm de espesor que flota en agua dulce, ¿cuál es el área más pequeña capaz de sostener a la persona?

cierre

proyecto

proyecto

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

Agrúpate en equipos de 4 integrantes para iniciar con la elaboración de tu proyecto. El dispositivo del anexo 6 corresponde a la aplicación del principio de Arquímedes, por lo que puedes seleccionarlo para tu trabajo final.

actividad de evaluación De manera individual resuelve en tu cuaderno los siguien-tes ejercicios. Esta actividad se evaluará para tu partici-pación en clase con la guía de observación del anexo 1.

En coevaluación y con apoyo de la o el docente se revisa-rán los problemas en el pizarrón para comparar los pro-cedimientos y resultados.

R: A= 7.35m2

𝜌𝜌 =𝑚𝑚𝑉𝑉

m = ρV


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 serán evaluados con la rúbrica del anexo 2.

En coevaluación y con apoyo de la o el docente, se re-visarán en el pizarrón los ejercicios del trabajo indepen-diente para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar dudas, detectar áreas 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 está 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. ¿Cuál es el peso del cubo? R: w= 11,172Nb. ¿Cuál es el empuje sobre el cubo? R: E= 2,058Nc. Si en lugar de agua, se coloca mercurio hasta la mitad

del cubo, ¿cuál es el empuje sobre el cubo? ¿Qué le su-cede al cubo en éste caso? R: 27,998.8, Flota

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

4. Un globo meteorológico 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 está lleno de helio. Si la bolsa del globo pesa 88 N, ¿qué carga es capaz de soportar el globo a ese nivel? R: Wcarga= 53.32N

BLOQUE I

desempeÑo 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.

sesión 4 7 clases

1ª clase

apertura

Hasta este momento hemos analizado principios que se apli-can a líquidos en reposo, es decir, hemos incursionado en el ámbito de la hidrostática.

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

• Viscosidad nula.

• Incompresibilidad.

• Movimiento del líquido estacionario o de régimen estable, también llamado laminar (considera que cada partícula 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 líquido se mueve sin turbulencias.


54

la botella misteriosa

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

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

procedimiento:

1. Perfora tres orificios a la botella en la parte lateral a diferen-tes distancias y en línea recta, (como se observa en la figura), usando para ello el picahielo caliente y procura eliminar to-das las rebabas de cada perforación, para evitar la fricción del agua al salir. Mide el diámetro de cada orificio, (este dato te servirá más adelante para realizar algunos cálculos).

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 colócala 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, mantén el nivel del agua en la botella y ahora tapa también 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 líquido 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. ¿Qué ocurrió en el paso 6? ¿Por qué?

2.¿Que ocurrió en el paso 8? ¿Por qué?

3. ¿En cuál de los casos se llenó más rápido el recipiente de 200 ml? ¿Por qué supones que sucedió así?

10. Destapa el primer orificio de tal manera que el líquido caiga en el recipiente de 200 ml y toma el tiempo que tarda en llenarse, así 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 vacíalos en la tabla siguiente:

56

Como observaste en la actividad anterior, cuando un líquido 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 líquido que pasa a través de cierta sección transversal en la unidad de tiempo.

Considerando una tubería de longitud “d” y área de sección transversal “A”, el volumen que fluye es:

Sustituyendo en gasto, tenemos:


desarrollo

d

G = Vt

V = dt

V = Ad

G = Adt

G = Av


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

G

V

t

A

v

2ª clase


BLOQUE I


unidades

s.i. c.g.singlés

absoluto

F

m

t

ρ

G

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

flujo: Es la cantidad de masa de un líquido que pasa a través de cierta sección transversal en la unidad de tiempo.

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

Si se sustituye m en el modelo de flujo, tenemos

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

F= r G


F = mt

ρ = mv

m=ρV

F= ρVt

F = mt

ρ = mv

m=ρV

F= ρVt

p = m

V m = pV

58

ecuación de continuidadCuando un líquido circula por una tubería de diámetro no uni-forme, se considera que la cantidad de líquido que pasa por un punto A es igual a la cantidad de líquido que pasa por un punto B, toda vez que hemos considerado que los líquidos son incompresibles y que el flujo del mismo es estacionario, de régimen estable o laminar.

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

Matemáticamente, lo anterior queda establecido en la ecuación de continuidad, que se expresa:

Sustituyendo el área del círculo en la ecuación de continui-dad, tenemos:

Simplificand

Puedes usar los diámetros en lugar del radio:

GA = GB

AAvA = ABvB

A = πr2

πrA2vA = πrB

2vBA = πr2

πrA2vA = πrB

2vB

rA2vA = rB

2vB

dA2vA = dB

2vB


BLOQUE I



s.i. c.g.s inglésabsoluto

GA

AA

vA

rA

dA 1).

GB

AB

vB

rB

dB



sistema de unidades.

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

• Despeja la variable que es la incógnita de tu problema.• Lleva a cabo la sustitución, anotando la cantidad y unidad correspondiente.• Elabora las operaciones matemáticas.

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 diámetro de una tubería 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 tubería de 1.5 cm de diámetro circula agua con una velocidad de 16 m/s, la tubería 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 = πr2

G = Av

r = Aπ

A = Gv A =

= .42m3

s4 ms

r = 0.105m2

π

dA2vA = dB

2vB vB =dA2vAdB2 vB =

1.5cm( )2 16m / s6cm( )2

G = 420 ts⋅ 1m

3

1000l𝑙𝑙

Ejercicio


BLOQUE I

actividad de evaluaciónOrganizados 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 evaluará para tu participación de clase con la guía de observación del anexo 1.

En coevaluación, se elegirá una persona de algun equipo para resolver en el pizarrón los problemas anteriores y comparar los procedimientos con sus resultados.

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

2. Calcula el tiempo en que se llenará 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 tubería que tiene un diá-metro de 8 cm, cuando la velocidad del líquido es de 2.5 m/s. R: G= 0.013m3/s

4. Determina el diámetro que debe tener una tubería 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 tubería fluyen 4800 litros de agua en dos mi-nutos. Calcular el gasto y él flujo. R: G= 0.04m3/s F= 40 Kg/s

62

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

En coevaluación y con apoyo de tu docente, se revisarán los ejercicios del trabajo independiente en el pizarrón, para evaluar los procedimientos y resultados, aclarar du-das, detectar áreas de oportunidad y reforzar conceptos.

1. Que volumen tendrá 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 tardará 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 tubería que tiene un diámetro de 5 cm, cuando la velocidad del líquido es de 1.8 m/s. R: G= 3.53 x 10-3m3/s.

4. Calcula el diámetro que debe de tener una tubería, 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 tubería de 16 cm de diámetro circula agua a una velocidad de 1.6 m/s. Calcula la velocidad que llevará el agua, al pasar por un estrechamiento de la tubería donde el diámetro es de 4 cm. R: VB= 25.6m/s.

6. Por una tubería de 6 cm de diámetro, circula agua a una velocidad de 3 m/s, si en una parte de la tu-bería hay un estrechamiento y la velocidad es de de 12m/s, ¿cuál es el diámetro de la tubería en este punto? R:dB= 3cm.

3ª clase

FISICA-2

Documents

presente gua

departamento de fsica

estado de oaxaca cobaolic

formacin integral

guas didcticas de aprendizaje

fsica ii1 edicin

fundacin cobao acing

colegio de bachilleres