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GUIA DIDACTICA DE ACTIVIDADES Cdigo: PGE-02-R12
Versin: 2
Fecha: MAYO 2015
1. IDENTIFICACION:GRADO:
DcimoPERIODO:
TerceroAREA:
ciencias Naturales Fsica.INT. HORARIA:4 Horas semanales
EDUCADOR:Alex Antonio Aguirre Prada2. MOTIVACION:
En tu casa ingresa a internet y observa el siguiente video
denominado Aerodinmica de un avin de papel.
http://www.youtube.com/watch?v=dhxjhemby1M&feature=relatedPor
qu crees que el avin vuela?
Por qu va hacia delante y no al ventilador de atrs?
Por qu al final cay el avin?Escribe tus respuestas en tu
cuaderno de apuntes.
3. METODOLOGIA:
Se analiza la motivacin, se realiza la presentacin de la temtica
y luego se realizan las actividades pertinentes. Para ello se
utiliza ayudas didcticas, principalmente video beam y pelculas en
dvd.
Es importante en la clase, resolver las dudas de los
estudiantes, por eso las preguntas que stos realicen sern resueltas
de manera atenta.
Tambin es de tener en cuenta la presentacin del cuaderno, el
cual es fundamental en la toma de apuntes y referencias para las
evaluaciones, al igual que actividades en clase.
En algunas ocasiones, se hacen experimentos que puedan ilustrar
mejor los temas y lograr un mejor aprendizaje.
4. EVALUACION: Las evaluaciones son principalmente de carcter
escrito, estas pueden ser de pregunta cerrada o de pregunta
abierta. Por cada perodo se hace una evaluacin tipo ICFES, y en
algunas ocasiones se realizan en forma oral.Es importante el
trabajo realizado en clase con la gua.
Sin embargo, el estudiante puede proponer otro tipo de
evaluacin, el cual se concertar.5. MALLA CURRICULAR DEL PERIODO
ESTNDARESCONTENIDOS TEMTICOSCOMPETENCIAS
Relaciono la estructura de las molculas orgnicas e inorgnicas
con sus propiedades fsicas y qumicas y su capacidad de cambio
qumico.
Utilizo modelos biolgicos, fsicos y qumicos para explicar la
transformacin y conservacin de energa.
Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a
la carga elctrica y a la masa.HIDRODINMICA
Comportamiento de los fluidos
El principio de Pascal
Las maquinas hidrulicas
Principio de Arqumedes
Fuerza de flotacin y empuje
Flotar o hundirse segn la densidad
Tensin superficial y capilaridad
El principio de Bernoulli
Fluidos en movimiento.Describir el comportamiento de los fluidos
en movimiento.
Establecer relaciones entre la velocidad con que se mueve un
lquido y el rea del ducto por donde se desplaza.
Resolver situaciones sobre la dinmica de los fluidos.
6. ACTIVIDADES EN CLASE Y EXTRACLASE HIDRODINMICAEsta rama de la
mecnica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en
movimiento; estas leyes son enormemente complejas, y aunque la
hidrodinmica tiene una importancia prctica mayor que la
hidrosttica, slo podemos tratar aqu algunos conceptos bsicos.
Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinmicas para
los fluidos slo pueden expresarse de forma relativamente sencilla
si se supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si
se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad.
Sin embargo, como esto nunca es as en el caso de los fluidos reales
en movimiento, los resultados de dicho anlisis slo pueden servir
como estimacin para flujos en los que los efectos de la viscosidad
son pequeos.FLUIDOS IDEALESEl movimiento de un fluido real es muy
complejo. Para simplificar su descripcin consideraremos el
comportamiento de un fluido ideal cuyas caractersticas son las
siguientes:
1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la friccin interna entre las
distintas partes del fluido
2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es
constante con el tiempo
3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece
constante con el tiempo
4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay
momento angular del fluido respecto de cualquier punto.
CAUDAL (Q)
Para la fsica la palabra caudal (Q) significa la cantidad de
lquido que pasa en un cierto tiempo. Concretamente, el caudal sera
el volumen de lquido que circula dividido el tiempo.
El caudal se mide unidades de volumen dividido unidades de
tiempo. Generalmente se usan m3/seg o litro/seg. A veces tambin se
usa kg/seg. Estas no son las nicas unidades que se usan. No es
extrao en un problema que aparezca un caudal en cm3/seg, dm3/seg o
en litros/hora.
Nota: La unidad kilogramos/hora o kg/seg es lo que se llama "
caudal msico". Vendra a ser la cantidad de masa que pasa en un
cierto tiempo. A veces se puede dar como dato el caudal msico. (O
se puede pedir que lo calcule). Sabiendo el caudal msico puedo
sacar al caudal en m3 por segundo dividiendo la masa por la
densidad del lquido.Cmo se mide un caudal en la prctica?
Rta: Muy simple. Si se quiere saber qu cantidad de agua sale por
la llave de su casa, ponga un balde abajo y se fija cunto tarda en
llenarse.Tome el tiempo, se fija cuantos litros carg el balde y
despus hace la cuenta de volumen dividido en tiempo. Una llave comn
tira entre 5 y 10 litros por minuto.
A veces se puede tener situaciones ms complicadas y no se puede
medir el caudal de esta manera. Entonces se usan otros mtodos ms
raros. Por ejemplo, para saber que caudal bombea el corazn. (El
corazn bombea alrededor de 5 litros por minuto).
El significado de la palabra caudal es parecido al que conocemos
en la vida diaria. Por ejemplo, se habla de un ro caudaloso. (Un ro
que lleva mucha agua). Se habla de caudal de autos en una
autopista, caudal de informacin o de un gran caudal de turistas que
llegan al pas.OTRA FORMULA PARA EL CAUDAL (Q = VxS)El caudal es el
volumen que circula dividido el tiempo que pasa. Entonces mirando
el dibujito puedo hacer esta deduccin. El lquido al moverse dentro
del cao recorre una cierta distancia d. Entonces al volumen que
circula lo puedo poner como
Volumen = Superficie del cao x distancia.
Actividad
Resolver los siguientes ejercicios.
1. Una llave llena un balde de agua de 10 litros en 2 minutos.
Calcular:
El caudal que sale por la llave.
Sabiendo que la seccin de la llave es de 1 cm2,
Con qu velocidad est saliendo el agua.2. Por un cao de 5 cm de
seccin circula agua a razn de 30 cm/s. Cul ser el volumen del agua
que pas en 25 s?3. Por una caera circula agua con un rgimen
estacionario a caudal constante. Considerando dos secciones de esa
caera, S1= 5 cm y S2= 2 cm , cul ser la velocidad en la segunda
seccin, si en la primera es de 8 m/s?4. El caudal de una corriente
estacionaria es de 18 dm /s, si las secciones son de 4 cm y 9 cm ,
calcular las velocidades en cada seccin.5. Por un cao de 12 cm de
seccin llega agua a una pileta de natacin. Si la velocidad de la
corriente es de 80 cm/s, cunta agua llegar a la pileta por minuto?
Si la pileta tiene 10 m3 de volumen, cuanto tarde en
llenarse?PRESIN
Para no hundirse en la nieve es conveniente usar unas raquetas
especiales de mayor superficie de apoyo que los zapatos. Por el
contrario, los zapatos de tacn fino deforman el suelo y se hunden
con mucha facilidad.Un cuchillo mal afilado corta con mucho
esfuerzo. Si lo afilamos disminuye la superficie del filo y corta
ms fcilmente. Si una fuerza acta sobre una superficie pequea, su
efecto deformador es grande.Si una fuerza acta sobre una superficie
grande, su efecto deformador es pequeo.
El poder deformador de una fuerza se "reparte" en la superficie
sobre la que acta. La magnitud escalar que mide este "reparto" es
la presin, que se define como la "fuerza aplicada
perpendicularmente sobre cada unidad de superficie". Se obtiene
dividiendo la fuerza perpendicular F entre la superficie S.Un
fluido pesa y ejerce presin sobre las paredes, sobre el fondo del
recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier
objeto sumergido en l. Esta presin, llamada presin hidrosttica
provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las
paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin
importar la orientacin que adopten las caras. Si el lquido fluyera,
las fuerzas ya no seran perpendiculares a las superficies.En el
Sistema Internacional (SI) la unidad de presin es el N / m2 o
Pascal (Pa). Una persona de 650 N de peso, con unos zapatos de 500
cm2 de superficie de apoyo total, ejerce una presin sobre el suelo
cuyo valor es: P= 650 N / 0,0500 m2 = 13000 Pa.
PRESIN HIDROSTTICA
La presin hidrosttica en un punto del interior de un fluido en
reposo es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, y
a la profundidad, h. La presin hidrosttica slo depende de la
densidad del fluido y de la profundidad (g es constante e igual a
9,8 m/s2).
VASOS COMUNICANTES
Dos o ms vasos comunicados por su base se llaman vasos
comunicantes.
La altura que alcanza un lquido en las dos ramas abiertas de un
tubo en U ha de ser la misma, independientemente de la forma de
cada una de las ramas.ACTIVIDAD
Resolver los siguientes ejercicios:
1. Calcula el valor de la presin hidrosttica en un punto que est
a 4 km de profundidad en el Ocano Atlntico. La densidad del agua
del mar es, aproximadamente, 1030 kg/m3.2. Sabiendo que la
escotilla circular de un submarino mide 1 m de dimetro y que la
densidad del agua del mar es 1030 kg/m3, calcula la fuerza que
soporta la escotilla cuando el submarino se encuentra sumergido a
50 m de profundidad.3. En la rama derecha de un tubo en U hay un
lquido que es 1,4 veces ms denso que el que hay en la rama
izquierda. Si en la rama izquierda la altura lquida es de 15 cm,
cul ser la altura en la rama derecha?4. Para medir la presin un gas
usamos como manmetro un tubo en "U" que contiene mercurio. La
diferencia de altura en las ramas del manmetro es de 40 cm. Calcula
el valor de la presin manomtrica del gas. La densidad del mercurio
es de 13600 kg/m3.EVALUACIN ESCRITAPRINCIPIO DE PASCAL
Blaise Pascal, matemtico, fsico y filsofo francs del siglo XVII,
enunci el siguiente principio:
La presin aplicada a un punto de un fluido esttico e
incompresible encerrado en un recipiente se transmite ntegramente a
todos los puntos del fluido.
Si ejerces una fuerza F sobre un mbolo de seccin S, se origina
una presin (p = F / S) que se manifiesta en toda la masa lquida. La
presin es una magnitud escalar, pero la fuerza que la origina es un
vector perpendicular a la superficie sobre la que acta. Por lo
tanto dentro de la jeringuilla es perpendicular a las caras
laterales, al fondo y tambin al mbolo que comprime el
lquido.F2=F1.(A2/A1)
ACTIVIDADResolver los siguientes ejercicios:
1. Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora
hidrulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeo
circular de 8 cm de radio, calcula cunta fuerza hay que hacer en el
mbolo pequeo.2. Calcula la fuerza obtenida en el mbolo mayor de una
prensa hidrulica si en el menor se hacen 5 N y los mbolos
circulares tienen triple radio uno del otro. Sobre el plato menor
de la prensa se coloca una masa de 6 kg, calcula qu masa se podra
levantar colocada en el plato mayor.
3. En el freno de un coche la seccin del pedal es de 200cm2. Si
la seccin de la zapata que prensa el disco de freno es de 1m2y
apretamos el freno con una fuerza de 200 N, qu fuerza se transmite
hasta la zapata?4. El mbolo de una gra hidrulica en el que se
coloca la carga tiene una superficie 100 veces mayor que en el que
se aplica la fuerza. Calcula qu fuerza hay que ejercer en este
ltimo mbolo para poder levantar un automvil de 1500 kg de masa.5.
Los mbolos de una prensa hidrulica tienen seccin circular y sus
dimetros son 8 y 40 cm respectivamente. Cul es la fuerza que se
produce en el mbolo mayor cuando en el pequeo se aplica una fuerza
de 50 N? Qu fuerza habra que aplicar en el mbolo menor para poder
prensar una partida de aceitunas con una fuerza neta de 1000
N?PRINCIPIO DE ARQUMEDES
El principio de Arqumedes afirma que todo cuerpo sumergido en un
fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso
de fluido desalojado.
La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes
como se indica en las figuras:
1. El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en
equilibrio con el resto del fluido.
2. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido
de la misma forma y dimensiones.
Sabemos que la presin hidrosttica aumenta con la profundidad y
conocemos tambin que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares
a las superficies slidas que contacta. Esas fuerzas no slo se
ejercen sobre las paredes del contenedor del lquido sino tambin
sobre las paredes de cualquier cuerpo sumergido en l.
Distribucin de las fuerzas sobre un cuerpo sumergido
Imaginemos diferentes cuerpos sumergidos en agua y representemos
la distribucin de fuerzas sobre sus superficies teniendo en cuenta
el teorema general de la hidrosttica. La simetra de la distribucin
de las fuerzas permite deducir que la resultante de todas ellas en
la direccin horizontal ser cero. Pero en la direccin vertical las
fuerzas no se compensan: sobre la parte superior de los cuerpos
acta una fuerza neta hacia abajo, mientras que sobre la parte
inferior, una fuerza neta hacia arriba. Como la presin crece con la
profundidad, resulta ms intensa la fuerza sobre la superficie
inferior. Concluimos entonces que: sobre el cuerpo acta una
resultante vertical hacia arriba que llamamos empuje. Cul es el
valor de dicho empuje?
Tomemos el caso del cubo: la fuerza es el peso de la columna de
agua ubicada por arriba de la cara superior (de altura h1).
Anlogamente, F2 corresponde al peso de la columna que va hasta la
cara inferior del cubo (h2). El empuje resulta ser la diferencia de
peso entre estas dos columnas, es decir el peso de una columna de
lquido idntica en volumen al cubo sumergido. Concluimos entonces
que el mdulo del empuje es igual al peso del lquido desplazado por
el cuerpo sumergido.
Con un ejercicio de abstraccin podremos generalizar este
concepto para un cuerpo cualquiera. Concentremos nuestra atencin en
una porcin de agua en reposo dentro de una pileta llena. Por qu
nuestra porcin de agua no cae al fondo de la pileta bajo la accin
de su propio peso? Evidentemente su entorno la est sosteniendo
ejercindole una fuerza equilibrante hacia arriba igual a su propio
peso (el empuje).
Ahora imaginemos que sacamos nuestra porcin de agua para hacerle
lugar a un cuerpo slido que ocupa exactamente el mismo volumen. El
entorno no se ha modificado en absoluto, por lo tanto, ejercer
sobre el cuerpo intruso la misma fuerza que reciba la porcin de
agua desalojada. Es decir:
Un cuerpo sumergido recibe un empuje vertical y hacia arriba
igual al peso del volumen de lquido desplazado. E = Peso del lquido
desplazado = dlq . g . Vliq desplazado = dliq . g . Vcuerpo
ACTIVIDAD
Resolver el cuestionario propuesto en la siguiente pgina:
http://www.daypo.com, buscar test: PRINCIPIO DE ARQUMEDES, autor
faelmoraEVALUACIN ESCRITATENSIN SUPERFICIALLa superficie de
cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una membrana
a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La
tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de
energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.
Ej: Gota de agua, Insecto caminando sobre aguaCules son las
causas de la tensin superficial?
La tensin superficial es causada por los efectos de las fuerzas
intermoleculares que existen en la interface. La tensin superficial
depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la
temperatura. Lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin
intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada. Cmo
influye la temperatura a la tensin superficial?
En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura,
ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin
trmica. La influencia del medio exterior se debe a que las molculas
del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas
en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las
molculas del lquido.La tensin superficial del agua
Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas
de agua se deben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una
alta energa, la tensin superficial del agua es mayor que la de
muchos otros lquidos. Medicin de la tensin superficial del agua
Existen varios mtodos para medir la tensin superficial de un
lquido. Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que
se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se
requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una
balanza de alta precisin.ECUACION DE CONTINUIDADImagnese un cao que
tiene un dimetro de 10 cm. Supongamos que por el cao estn entrando
5 litros por minuto. Pregunta: qu cantidad de lquido est saliendo
por la otra punta del cao?
Rta: Esto no hay que pensarlo mucho. Todo lo que entra, tiene
que salir. Si entran 5 litros por minuto, tiene que estar saliendo
5 litros por minuto.Dicho de otra manera, el caudal que entra es
igual al caudal que sale. Si entran 5, salen 5. Si entran 10, salen
10. Conclusin:
Como al caudal lo puedo poner como Velocidad x Superficie, la
frmula que me queda es:
Ecuacin de continuidad En esta frmula Ve es la velocidad del
lquido a la entrada y Se es la seccin (= superficie) del cao a la
entrada. Lo mismo con VS y SS para la salida. A esta frmula ellos
la llaman " ecuacin de continuidad. El nombre " continuidad "
significa algo as como que el caudal siempre es continuo, no se
interrumpe. Algo importante. Fjese que pasa lo mismo si el tubo
tiene un angostamiento o un ensanche. Aunque el cao cambie su
seccin, siempre se cumple que todo lo que entra tiene salir. As que
LA ECUACION DE CONTINUIDAD
TAMBIEN SE USA SI EL TUBO
CAMBIA SU DIMETRO. ECUACIN DE BERNOULLI
La ecuacin de Bernoulli es la frmula ms importante de toda esta
parte de hidrodinmica. Es la que ms se usa y es la que trae ms
problemas. Esta ecuacin es: Pent = Presin en la entrada. Va en
Pascales = Newton /m2
Psal = Presin en la salida. Va en Pascales = Newton /m2
Delta: ( d ) Es la densidad del lquido. Va en Kg/m3
Vent = Velocidad del lquido en la entrada. Va en m/s
Vsal = Velocidad del lquido en la salida. Va en m/s
g : Aceleracin de la gravedad ( = 10 m/s2 )
hent = Altura del lquido en la entrada. Va en m.
hsal = Altura del lquido en la salida. Va en m.
Gasto
Cantidad de lquido que pasa por la seccin viva del flujo en la
unidad de tiempo. Existen tres tipos de gastos en funcin de las
unidades de medidas que se empleen, as se diferencian los
siguientes tipos de gastos:
1. Gasto volumtrico: Q= V.S (m3/s).
2. Gasto en peso: G=(. Q (kgf/s).
3. Gasto en masa: M= (.Q (kg.s/m).
Como la velocidad (V) tiene diferentes valores en los distintos
puntos de la seccin viva, entonces el Gasto se obtiene como
resultado de la suma de los gastos elementales de todas sus venas
lquidas, para lo que se recurre a las velocidades medias a la hora
de expresar el flujo volumtrico y para calcular el Gasto del flujo
de una vena lquida, la ecuacin queda como:
ACTIVIDAD
Resolver los siguientes ejercicios:
1. Un recipiente para guardar agua, abierto a la atmsfera por su
parte superior, tiene un pequeo orificio en la parte inferior, a 6
m por debajo de la superficie del lquido. Con qu rapidez sale agua
por el orificio? 2. Por una tubera circula agua a 4m/s bajo una
presin de 200 kPa. La tubera se estrecha hasta la mitad de su
dimetro original. Hallar (a) la velocidad y (b) la presin del agua
en la parte ms estrecha de la tubera.
3. La sangre circula por una arteria aorta de 1,0 cm de radio a
30 cm/s. Cul es el flujo de volumen?
EVALUACIN ESCRITA
1. BIBLIOGRAFA
En la biblioteca podrs consultar en cualquier libro de Fsica
10http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2007/dinamica_leyes_newton/dinamica/index.htmCOLEGIO
NUESTRA SEORA DEL ROSARIO
ESPINAL TOLIMA
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