GASTO
victor Brito en Fisica - Hace 6 días
Gasto. *En física es la cantidad de volumen o de agua que
pasa por un tubo o conducto a través de un tiempo determinado.* *El gasto se
representa de la sig. manera;* *g=v/t * *g=VA* *Las unidades de medida de esto
son: *m3 / seg Ejemplo *Por una tubería fluyen 1.8m^3 de agua en 60 segundos
calcular el GASTO.* *Datos Formula Sustitución Resultado* *v=1.8m^3 g=v/60
g=1.8 m^3/60 s g=0.03m^3/s* *t=60 s*
El volumen
es una magnitud escalar definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una
función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.
En física,
el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los
cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de
exclusión.
La unidad
de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro
cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro, que se utiliza comúnmente
en la vida práctica.
La
capacidad y el volumen son términos que se encuentran estrechamente
relacionados. Se define la capacidad como el espacio vacío de alguna cosa que
es suficiente para contener a otra u otras cosas. Se define el volumen como el
espacio que ocupa un cuerpo. Por lo tanto, entre ambos términos existe una
equivalencia que se basa en la relación entre el litro (unidad de capacidad) y
el decímetro cúbico (unidad de volumen).
El lugar que ocupan los cuerpos en el espacio se
denomina volumen. El volumen viene a ser el "tamaño" de un cuerpo.
Hay infinita variedad de cuerpos, por lo que hay
infinita variedad de formas volumétricas.
Tal vez las que más nos llaman la atención en su
estudio son los paralelepípedos rectangulares (cajas, cubos, cajones, etc.),
los cilindros (tubos, alambres, etc.) y las esferas (balones, algunas naranjas,
etc.
Para medir el volumen de un cuerpo hay diversas
fórmulas matemáticas que se relacionan, cada una, con los tipos de cuerpos.
Así, por ejemplo, el volumen de un paralelepípedo de
ancho a, largo b y alto c, viene dado por V = abc.
Un cilindro de alto h y radio r tiene un volumen que
se calcula con la fórmula V = pr2h.
En el agua, muchos objectos
parecen que hacen más ligeros; pero sin embargo, esto es falso, lo que sucede
en realidad es que algunos objectos pueden incluso flotar en la superficie
debido a la presión hacia arriba ejercida por el agua.
El primero en estudiar
este fenómeno (el empuje vertical hacia arriba ejercido por los
fluidos) fue Arquímedes, partiendo de esto enunció que:
"Un objecto que se
encuentra parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza
ascendente (empuje) igual al peso del fluido desalojado"
Entonces:
Un cuerpo total o
parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia
arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja . Esta fuerza recibe
el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el
SI).
E=Vρfg=mg
E=peso del fluido desalojado
donde E es el empuje V el volumen del fluido
desplazado por un cuerpo y ρf la
densidad del fluido g la
gravedad y mla masa
de este modo se dice que el empuje depende de la densidad del fluido de la
gravedad y del volumen del cuerpo.
Un
cuerpo se sumergirá si el peso del fluido que desaloja (el empuje) es menor que
el peso de dicho cuerpo.
Cuando
el peso del fluido desalojado es exactamente igual al peso del cuerpo
sumergido, éste ni se hunde ni se va hasta arriba. en este caso estará en
equilibrio.
Cuando el peso del fluido desalojado excede al peso del cuerpo sumergido, el cuerpo se elevará hasta la superficie y flotará.
Cuando el peso del fluido desalojado excede al peso del cuerpo sumergido, el cuerpo se elevará hasta la superficie y flotará.
Ejemplo del Principio de
Arquímedes: El volumen adicional en la segunda probeta corresponde al volumen
desplazado por el sólido sumergido (que naturalmente coincide con el volumen
del sólido).
Ejemplo:
Un corcho tiene una densidad de 207 kg /m^3 y volumen de 4 cm^3; determine el volumen del objecto que se encuentra bajo el agua.
Datos Formula
ρc= 207 kg /m^3 Vρfg=mg ( que es igual al peso W)*
v=4 cm^3 W =Vρfg
Vbajo=0.828cm^3
Sustitución
W =(207kg/m^3)(9.8m/s^2)(4cm^3)=8114.4 N
Como W =Vρfg, el volumen del agua desalojada es
V=W= 8114.4. N = 0.828 cm^3
ρg (1000kg/m^3)(9.8m/s^2)
Presión
Con frecuencia la eficiencia de una fuerza depende del
área sobre la que actúa. Por ejemplo una mujer que usa tacones puntiagudos daña
más los pisos que si usara tacones anchos. Aunque cuando la dama ejerce la
misma fuerza hacia abajo en ambos casos, con los tacones agudos su peso se
reparte sobre una área mucho menor.
A la fuerza normal por unidad de área se le llama
presión. Simbólicamente, la presión P está dada por:
P= F
A
En la ecuación, A representa el área
donde se aplica la fuerza perpendicular F. La unidad de presión
resulta de la relación entre cualquier unidad de fuerza entre la unidad de
área. Por ejemplo newtons por metro cuadrado y libras por pulgada
cuadrada.
En el sistema internacional de unidades, al N/m^2 se
le llama Pascal (Pa). El kilopascal (kPa) es la unidad de medida más apropiada
para la presión de fluidos.
1kpa= 1000N/m2 = 0.145 lb/pulg^2
Ejercicio.
Un zapato de fútbol tiene 10 tacos, cada uno con una
área de 0.01 pulg^2 en contacto con el piso. Al caminar, hay un instante que
los 10 tacos soportan el peso completo de una persona de 180lb. Determine la
presión ejercida por los tacos sobre el piso.
Datos
Formula
Sustitución
Operaciones
A=0.01pulg^2
P= F P=180lb P=1800
lb /puls^2
F=180lb
A
0.01pulg^2
*Conforme disminuye el área
del zapato que está en contacto con el suelo, la presión se vuelve
mayor.
Líquidos.
Los líquidos se caracterizan por las fuerzas de
atracción, que mantienen unidos a sus átomos y moléculas lo que no les permite
una libertad completa, no llegan a ser tan intensas como las de los sólidos,
motivo por el cual carecen de estructura cristalina, es decir, no tienen una
forma fija y adoptan la del recipiente que los contiene.
Asimismo, los líquidos ni pueden ser estirados ni
pueden sufrir deformación, si bien se pueden comprimir, presentando propiedades
similares a los sólidos en cuanto a la elasticidad frente a compresión.
Los líquidos ejercen presión en las superficies de
contacto con el recipiente y en todos sus puntos interiores, dependiendo ésta
de la densidad del líquido en cuestión y de la profundidad a la que éste
situado el punto considerado.
Otras características.
Viscosidad
Fluidez
Capilaridad
Tensión superficial *Se puede vencer con
sustancias Tensoactivas como el detergente.
Presión de Vapor
Densidad.
DENSIDAD (símbolo ρ).
DENSIDAD (símbolo ρ).
Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa
contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la
razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
La densidad también se denomina masa específica de un
cuerpo y es la razón de su masa m con respecto a su volumen V, y
matemáticamente se representa ρ.
ρ= m m=ρV
V
En el sistema internacional, las unidades de la
densidad son el resultado del cociente de una unidad de masa entre unidad de
volumen ejemplo, gramos por centímetro cúbico, kilogramos por metro cubico o
slugs por pie cubico
La relación entre el peso específico y densidad se
establece considerando que
W =mg. Así P=mg ρg
V
CAMBIOS DE DENSIDAD.
En general, la densidad de una sustancia varía cuando
cambia la presión o la temperatura, y en los cambios de estado.
Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier
material estable también aumenta.
Como regla general, al aumentar la temperatura, la
densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen
notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece
entre el punto de fusión (a 0 °C ) y los 4 °C; algo similar ocurre con el
silicio a bajas temperaturas.
EJERCICIO.
Tenemos un cubo de 2 cm de lado y su masa es 24 g. ¿Cuál será su densidad?.
Datos Formula Sustitución Resultado
L=2 cm v= L^3 V=2 cm^3 V= 8 cm^3
m=24 g
ρ= m ρ= 24g ρ=3 g/cm^3
EJERCICIO.
Tenemos un cubo de 2 cm de lado y su masa es 24 g. ¿Cuál será su densidad?.
Datos Formula Sustitución Resultado
L=2 cm v= L^3 V=2 cm^3 V= 8 cm^3
m=24 g
ρ= m ρ= 24g ρ=3 g/cm^3
V
8 cm^3
La masa de un trozo de aluminio es de 10 g y su volumen 3,7 ml^3.
¿cuál es su densidad?. Si cogemos ahora un trozo de aluminio de 20 gramos, ¿qué
densidad tendrá?. ¿Por qué?. La densidad sera la misma ya que un material siempre tiene su misma densidad.
La masa de un trozo de aluminio es de 10 g y su volumen 3,7 ml^3.
¿cuál es su densidad?. Si cogemos ahora un trozo de aluminio de 20 gramos, ¿qué
densidad tendrá?. ¿Por qué?. La densidad sera la misma ya que un material siempre tiene su misma densidad.
Datos
Formula
Sustitución
Resultado
m=10 g ρ= m ρ= 10 g ρ=2.702 g/mm^3
V=3.7 ml^3 V 3.7ml^3
m=10 g ρ= m ρ= 10 g ρ=2.702 g/mm^3
V=3.7 ml^3 V 3.7ml^3
Fluidos.
Se denominan
fluidos los líquidos y los gases porque fluyen libremente y tienden a llenar
los recipientes que los contienen. Los fluidos ejercen fuerzas sobre las
paredes de los recipientes donde están contenidos. Esas fuerzas
actúan sobre áreas definidas y originan una condición de presión.
La presión del
fluido es utilizada en prensas hidráulicas para elevar cargas pesadas. Para
diseñar las estructuras de los depósitos de agua, las presas y los grandes
tanques de aceite debe considerarse la presión. Ahora bien para
barcos,submarinos y globos meteorológicos,además de la presión debe tomarse en
cuenta la densidad del fluido circundante.
Características.
Movimiento no
acotado de las moléculas. Son
infinitamente deformables ya que sus moléculas se mueven con mayor
facilidad que la de un solido.
Comprensibilidad. Todos los fluidos son comprensibles
pero los líquidos son altamente incomprensibles.
Viscosidad. La
viscosidad hace que la velocidad de deformación puede aumentar las tensiones en
el seno del medio continu La viscosidad hace que la velocidad de deformación
puede aumentar las tensiones en el seno del medio continuo.
Fuerzas de Van
der Waals. Esta fuerza fue descubierta por el físico holandés Johannes Van
der Waals, el físico encontró la importancia de considerar el volumen de las
moléculas y las fuerzas intermoleculares en la distribución de cargas positivas
y negativas en las moléculas estableciendo la relación entre presión, volumen,
y temperatura de los fluidos.
Ausencia de
memoria de Forma. Los fluidos
toman la forma del recipiente donde esten contenidos no tienen una forma propia
o definida.
Propiedades.
Presión
Densidad
Peso especifico
Viscosidad
Temperatura
Peso
Especifico.
Esta propiedad
la podemos definir como la cantidad de materia contenida en la unidad de
volumen, y esta se obtiene con la división entre un peso conocido de una
sustancia y el volumen que ocupa.
Y=W =mg
V
v
Y=Peso
especifico N/m³
W=Peso (N)
V=Volumen (m³)
m=masa.
g=gravedad.
v=volumen.
Unidades
En el Sistema
Internacional de Unidades (SI) se le expresa en newton sobre metro cúbico: N/m3.
En el Sistema
Técnico se mide en kilogramos
-fuerza sobre metro cúbico: kgf/m3.
Ejercicio
UN METAL PESA
50N CUYO VOLUMEN ES DE 20 m³.
CALCULAR EL PESO
ESPECIFICO.
Datos:
Formula
Sustitución
Resultado
W=50N
Y=W Y=50N
Y=2.5 N/m³
v= 20 m³
v
20 m³
ELASTICIDAD.
Estudia una propiedad de los materiales, que es la oposición a deformarse bajo la acción de fuerzas externas. Cuando estas fuerzas se quitan el cuerpo vuelve a su estado original.
Tipos de elasticidad.
1. Esfuerzo y deformación por tensión ó comprensión
2. Esfuerzo y deformación de volumen.
3. Esfuerzo y deformación por corte.
Esfuerzo=FT N
AT m2
Deformación=Λl (Cambio por la deformación en la longitud)
lo (Longitud inicial)
Gráfica de elasticidad hasta punto de ruptura
El modulo de Young mide que tan fácil o no se deforma un material ó sea que un modulo de Young grande no se estira mucho balo la acción de un esfuerzo dado.
Ejemplo:
Determinar el módulo de Young de un resorte si al recibir un esfuerzo de 450 N se deforma 35 cm.
Datos: Formula Sustitución Resultado
e=450 N Y=e/d Y=450N/0.35 m Y=1285.7 N.m
d=35 cm
Conversión
35cm ( 1 m
)= 0.35 m
100cm
Estudia una propiedad de los materiales, que es la oposición a deformarse bajo la acción de fuerzas externas. Cuando estas fuerzas se quitan el cuerpo vuelve a su estado original.
Tipos de elasticidad.
1. Esfuerzo y deformación por tensión ó comprensión
2. Esfuerzo y deformación de volumen.
3. Esfuerzo y deformación por corte.
Esfuerzo=FT N
AT m2
Deformación=Λl (Cambio por la deformación en la longitud)
lo (Longitud inicial)
Gráfica de elasticidad hasta punto de ruptura
El modulo de Young mide que tan fácil o no se deforma un material ó sea que un modulo de Young grande no se estira mucho balo la acción de un esfuerzo dado.
Ejemplo:
Determinar el módulo de Young de un resorte si al recibir un esfuerzo de 450 N se deforma 35 cm.
Datos: Formula Sustitución Resultado
e=450 N Y=e/d Y=450N/0.35 m Y=1285.7 N.m
d=35 cm
Conversión
35
100
Sólidos.
Los sólidos conservan su forma gracias a las fuerzas que ejercen entre si los átomos y moléculas que los forman y su dureza a la intensidad de estas, las que son dos las interactómicas que dan lugar a sólidos más duros y las moleculares que da lugar a sólidos menos resistentes.
La resistencia de los materiales se determina mediante la medición de su elasticidad, es decir, el comportamiento que muestran frente a la comprensión y al estiramiento y que se expresa mediante la razón entre la carga aplicada y la deformación experimentada.
Por su parte hay tres diferentes tipos de cargas:
La comprensión,tracción y la cilladura.
La escala mas conocida para medir la dureza es la Mohs que abarca valores desde el 1 que es para blandos como el talco hasta el 10 que son para mas duros como el diamante.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SÓLIDOS:
Elasticidad
Fragilidad
Dureza
Forma definida
Volumen definido
Alta densidad
Flotación
Inercia
Tenacidad
Maleabilidad
Ductibilidad.
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