ideas previas. .l os líq u i dej rc np óe a t un fluido ... · el nombre de vasos comunicantes:...
TRANSCRIPT
0. Ideas previas. 1. Los líquidos ejercen presión. Ecuación de la presión en el interior de
un fluido. Vasos comunicantes. 2. Los líquidos transmiten la presión. Principio de Pascal. 3. Principio de Arquímedes. Flotación. 4. Ejercicios. 5. Recopilación teórica.
���������������
�� � ���������������� �
17
�
�� ���������������1- Cuando en un accidente un coche se precipita dentro del agua, se aconseja bajar un poco la
ventanilla y dejar que lentamente se llene de agua el interior, antes de intentar salir ¿cuál crees que es la causa de esta recomendación?
2- Fíjate en el siguiente esquema: un acuario con agua y un pez. A una determinada profundidad,
el pez sufrirá una determinada presión, si nadando se hunde a más profundidad ¿estará sometido a más o menos presión? ¿por qué? Y si nadan a igual profundidad un pez más grande y otro más pequeño ¿cuál sufrirá más presión?
���������3- ¿Cómo podrías ejercer una fuerza muy grande sobre el fondo de un tonel, de forma que se
rompiera, con sólo añadir pequeñas cantidades de líquido? 4- De entre estos dibujos ¿cuál correspondería a la forma que debe tener la presa de un
embalse? ¿por qué? 5- ¿Por qué es tan dificil hundir en el agua un balón? 6- ¿Podrías explicar cómo funcionan los frenos hidráulicos de un coche? 7- ¿Puedes flotar en una piscina? Puesto que tu peso te empuja hacia abajo ¿quién o qué te
aguanta? Ahora imagina que te sumerges en la piscina e intentas sentarte en el fondo ¿por qué es tan difícil?
8- Sabemos que el “Titanic” se hundió cerca de las costas de Terranova y que reposa a 4000 m
de profundidad. A pesar de los múltiples intentos de penetrar en su interior año tras año desde su hundimiento, sólo actualmente gracias a los avances de la técnica ha sido posible alcanzarlo ¿cuál es la causa de tal dificultad?
���
18
������������������ ��!�"������#"�����������������!��!�#"������������#"��"�����"$����������"�%��������Cuando introducimos un cuerpo en un fluido ( líquido o gas) este ejerce una presión sobre él. En el caso particular de un líquido a esta presión se la denomina Presión Hidrostática.
�&��'��()���������*�+�,�� Conocer de qué factores depende la presión ejercida por un líquido en un punto, y la expresión matemática que nos permita determinar dicha presión.�-�+�'���� Tubo de vidrio abierto por los extremos, botón, hilo ,vaso de precipitados.��'�)���-��(+���
���
Añade agua a un vaso de precipitados
Ata un hilo a un botón
Tapa la base del tubo con el botón, cuya superficie sea algo mayor que la base.
Introduce el tubo con el botón en el vaso con agua
¿Se cae el botón?
Inclina el tubo
¿Se cae el botón?
Como el dispositivo no es perfecto, ocurrirá que el tubo se empieza a llenar de agua
¿Se cae el botón? ¿Cuando?
¿Por qué?
Los niveles de agua dentro y fuera del tubo son..............................
¿Por qué?
¿Por qué?
19
���La presión que ejerce la columna de agua dentro del tubo:
F Peso m.g P = = = S S S
m Si la densidad del agua es d = V Su masa es d.V = m
La presión queda al sustituir m: d. V. g P = S
El volumen de la columna de agua dentro del tubo: V = área de la base x altura = S x h
d. S. h. g P = S
La presión que ejerce un líquido depende de:
densidad gravedad profundidad
Ecuación de la presión en el interior de un líquido (también se conoce Principio fundamental de la Hidrostática):
P = d. g. h
h
20
�&��'��()���������Observa estos dibujos. ¿Cuál crees que corresponde a la realidad?. ��*�+�,�� Comprobar que la Presión Hidrostática aumenta con la profundidad. �-�+�'�����Botella de plástico de 2 l, agua , aguja de punto, mechero. ��'�)���-��(+���a) Calentar la punta de la aguja con el mechero. b) Aplicar la punta de la aguja caliente sobre la superficie de un lado de la botella para hacer
tres agujeros: a 9, 17 y 25 cm de la boca de la botella procurando que no caigan justo en la misma vertical.
c) Poner la botella debajo del grifo, llenarla completamente y dejar el agua correr suavemente, observa lo que pasa.
d) ¿Con cual de los dibujos concuerda lo que has observado?.
a) b) c) d)
�)�
Conclusión:
21
�)+�,����������Un submarinista decide conocer las presiones que soporta al bucear, para ello, desciende en el mar midiendo con el manómetro dichas presiones y obtiene los siguientes resultados:
Profundidad (m) Presión Hidrostática (Pa)
5 50225
10 100450
15 150675
20 200900
25 251125
30 301350
35 351575
40 401800
45 452025
50 502250
a) Representa la Presión Hidrostática frente a la profundidad (hasta 80 m) y calcula la
pendiente:
b) Si se cumple la ecuación de la presión Hidrostática (P= d.g.h ) la pendiente debe ser d.g Vamos a comprobarlo sabiendo que la densidad del agua de mar es 1,025 g / cm3
Pendiente = densidad
�)�
22
c) Calcula y representa, en la misma gráfica anterior, la presión si ahora se tratase de gasolina (d= 670 Kg / m3 )
Profundidad (m) Presión Hidrostática (Pa)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
d) Indica, a través de la gráfica, a qué profundidades ,en el agua del mar y en la gasolina, la presión es de 300000 Pa. e) Indica, a través de la gráfica, qué presiones soportaría el submarinista en el agua de mar y en la gasolina, si se encuentra a 12 m de profundidad. f) Hay buceadores que han conseguido extraordinarias marcas de profundidad , gracias a su gran capacidad pulmonar. El italiano Enzo Maiorca tiene el record con 72 m. Un buceador bien entrenado no puede descender más allá de los 30 m. Calcula extrapolando en la gráfica, las presiones hidrostáticas que estos soportan.
�)�
Conclusiones: 1. La presión es -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -a la profundidad. A - - - - - - - - profundidad,- - - - - - - --presión. 2. La presión es - - - - -- - - - - - - - --en todos los puntos de una capa horizontal.
23
�&��'��()�����.�/��$��"�$���0���*�+�,�� Comprobar de qué depende la presión hidrostática.�-�+�'������Manómetro de aire libre o tubo en U, tubo de goma o de plástico, jeringuilla, base con soporte, pinza, nuez, regla milimetrada, probeta de 500 ml, embudo de 5 cm de diámetro, agua y etanol. �������� � � � � � � �����∆∆∆∆h �� � � � � � � ������������������ � � � �� � � � � � ���� � � �������������������������������������������h ����'�)���-��(+��������������������������Repite la experiencia poniendo etanol en la probeta en vez de agua .
�)�
FUNCIONAMIENTO DE UN MANÓMETRO DE AIRE LIBRE: Este aparato consta de un tubo en U, sujeto en vertical a una escala graduada, a medio llenar de un líquido que en ambos brazos alcanza la misma altura. Si se aumenta la presión en una de las ramas se desplazan las columnas . La diferencia de altura entre las columnas de líquido permite calcular la presión ejercida. P= d.g.∆∆∆∆h
Realiza el montaje de la figura
Vierte agua en la probeta
Introduce el embudo en la probeta hasta una profundidad de 2 cm
Anota dicha profundidad
Toma nota del desnivel indicado por el manómetro
Apunta los resultados obtenidos en la tabla y repite la operación aumentando la profundidad de 2 en 2 cm.
∆h=
h= Calcula la presión en la probeta
Calcula la presión manométrica
P=d.g.h P=
P=d.g.∆h P=
24
Líquido de la probeta
Densidad ( Kg/m3)
Profundidad h (m)
Presión hidrostática (en la probeta) PTeórica (Pa)
Presión manométrica PReal (Pa)
AGUA
ETANOL
a) ¿ Coincide la presión teórica con la presión real? b) Representa la presión manométrica frente a la profundidad para cada líquido.
�)�
25
c) Calcula las pendientes de las rectas obtenidas d) Escribe las ecuaciones de dichas rectas e) ¿ Qué es la pendiente? f) ¿Son coherentes las gráficas obtenidas con la presión en el interior de un líquido?
�)�
26
1,�����!�2�"�!�"$���Aquellos recipientes que como los del dibujo tienen sus bases comunicadas reciben el nombre de vasos comunicantes: Para que el líquido contenido en los recipientes se encuentre en equilibrio la presión en los puntos 1, 2, 3 y 4 situados en la misma horizontal ha de ser idéntica. Por lo que, si el líquido es el mismo, la profundidad a que se encuentran estos puntos (distancia al nivel del líquido) es la misma, h1=h2=h3=h4 ya que P= d.g.h. Pero si ponemos diferentes líquidos puesto que las densidades son diferentes también lo serán los niveles para cada líquido.
�&��'��()�����3����*�+�,�� comprobar el Principio de los vasos comunicantes.�-�+�'�����tubo de goma, dos tubos de vidrio, agua, jeringuilla.��'�)���-��(+�� a) Conecta los tubos de vidrio a ambos lados del tubo de goma.
b) Introduce con la jeringuilla agua por uno de los extremos mientras presionas el tubo de goma con los dedos para no dejar pasar el líquido. Llena ese extremo, suelta el tubo de goma y coloca los tubos en las posiciones indicadas en las siguientes figuras. c) Dibuja los niveles del agua en cada caso.
A B
C
Explica razonadamente lo que has observado
�)�
h1 h2 h3 h4 1 2 3 4
27
�&��'��()�����4����*�+�,� Aplicación de los vasos comunicantes a las conducciones de agua. �-�+�'�����embudo pequeño, soporte, nuez, pinza, dos tubos de vidrio, dos tubos de goma ,agua. ��'�)���-��(+���� a) Realiza el montaje de la figura. b) Tapa la salida A del tubo de vidrio con el dedo. c) Añade lentamente agua por el embudo hasta que éste se llene (evita en lo posible que
se formen burbujas de aire en el tubo). d) Quita el dedo, anota y dibuja lo que sucede. e) Da una explicación teórica a lo que ocurre. f) Cuando el agua se filtra por la tierra puede quedar acumulada entre dos capas
arcillosas (impermeables) como aparece en el dibujo. Al perforar por el punto A ¿qué ocurriría? ¿por qué?
�)�
��
pozo
Arcilla (Capas impermeables)
Nivel freático
Acuífero (lleno de agua)
Capas de roca permeable
28
�)+�,���������� ¿Como sube el agua a los pisos de una casa? El depósito de agua de la montaña (como se ve en el dibujo) abastece de agua el edificio y no dispone de ninguna bomba. ¿Subirá el agua por la tubería del edificio? En caso de que suba el agua ¿hasta qué piso llegará? Explica con detalle el porqué de tu respuesta anterior. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas?: 1- Si el depósito se coloca a mayor altura, el agua sale con más fuerza. 2- Si el depósito se coloca a mayor altura, el agua sale de él con mayor presión. 3- Si el depósito se coloca a mayor altura el agua sale de él con mayor velocidad. 4- Si el depósito se coloca más lejos (a la misma altura), el agua sale de él con menor fuerza. 5- Si el depósito se coloca más lejos (a la misma altura), el agua llega al edificio con menos presión.
�)�
Depósito de agua
casas
29
�
�&��'��()�����5����*�+�,�� Aplicación del Principio fundamental de la Hidrostática a la medida de densidades de líquidos no miscibles usando vasos comunicantes. �-�+�'���� tubo en U, agua, tetracloruro de carbono, regla,
vaso de precipitados, probeta , densímetros de 1000-2000Kg/m3 y de 1000-650 Kg/m3.�
���'�)���-��(+�����a) Mide la densidad del agua y del tetracloruro de carbono usando los densímetros. Densidad del agua= Densidad del tetracloruro de carbono= b) Rellena el tubo en U con tetracloruro de carbono hasta la mitad. c) Añade agua en una de las ramas d) Mide h1 y h2:
h1 = h2 =
La presión en cada rama en puntos situados sobre la misma horizontal es la misma luego: Rama 1 : P = d1.g.h1 d1= densidad del agua= 1000 Kg/m3
Rama 2 : P = d2.g.h2 d2= densidad del tetracloruro de carbono. Igualando la presión en cada rama: d1. g.h1=d2.g.h2
Luego : d1.h1= d2.h2 e) Calcula según esto la densidad del tetracloruro de carbono y compárala con la obtenida mediante los densímetros:
h1 h2
�)�
30
�������������������� ������������������������ ������������������������ ������������������������ ��������
���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� CUESTIONES:����a) ¿A qué fundamento físico se refiere el texto? b) Explica dicho fundamento
���+��
L����������������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������� ����!���������������������������������������������������"�������������#��������
#� ����������"�����$�������������������������������������%����&������%������'�����������$������������������������������������� �������$��������������������������������������������()������������������������������*�(+������������������"��������������������� �������$�����������������*�'������������������������"����$��������������������������������������������,��������������������,����������������������������������������������������������������$�������������������������������$������������������-������������������������$������������������������$�������������������������������������������������.���������������������������$�������$���������������������������������������������)�����������$������������$�������$������������������������������������������������"��������������������������������/�����������������������"��������������������������������$�������������������������0��1����������������������$����&����%�����$�����������������233�4�$������������������������������������5�����$����������$������������������%�����������4����������������������������������������������������,���������
���#��������� MIR, Física Recreativa. ����
31
�������� �!�����!������!����������������
¿Por qué se sale el agua por el pìtorro? ¿En qué Principio te basas? Enúncialo.
��+�
En el dibujo se muestran dos regaderas de igual anchura: una de ella más alta y otra más baja.¿Cuál de las dos tiene mayor capacidad?
!����������������������������$����������$������������������������������������ �����,��� �����������-�� ������$� ��� ������� �������� � ��� ����������� ����$������� ��� ����� ���� ������ ������ �� ���� ��� ���"����� �������� ��� �������$� ,�� ������������������������������� ����������6�������������"�������� ����������������������������� �� ������ �� ��� ������ ������$� ��� ������� �� �� ���� ����� ��� ������������������������������������
� MIR, Física recreativa
32
����������������$��"�2�$�"���������#"�����������"!�����������!������Debido a que los líquidos son incompresibles, transmiten la presión que se ejerce sobre ellos. Este hecho recibe el nombre de Principio de Pascal que se puede enunciar:
�&��'��()����������*�+�,�� comprobar el Principio de Pascal. �-�+�'���� pelota de ping-pong , jeringuilla de 50 ml, alfiler. ��'�)���-��(+���� a)Haz pequeños agujeros en la pelota de ping-pong con el alfiler. b)Realiza un agujero mayor para introducir la jeringuilla completamente llena de agua. c)Presiona el émbolo y observa qué ocurre. Completa el dibujo: d)Razona lo ocurrido.
Un líquido en equilibrio transmite, íntegramente y en todas direcciones, cualquier variación de presión que se produzca en alguno de sus puntos.
�)�
33
Una aplicación del Principio de Pascal es la prensa hidráulica.��&��'��()����������*�+�,��construcción de una prensa hidráulica.�-�+�'���� dos soportes, cuatro nueces, cuatro pinzas, tres jeringuillas pequeñas y una grande, agua,
dos tubos de goma.��'�)���-��(+��a)Realiza los montajes de las figuras A y B de la siguiente manera: -Llena con agua una de las jeringuillas (en el montaje B la mayor). -Conecta las gomas a las jeringuillas que has llenado y presiona lentamente hasta que el
agua llene el tubo. -Conecta las jeringuillas vacias teniendo cuidado de que sus émbolos estén introducidos totalmente. -Presiona las jeringuillas con agua hasta que entre en las jeringuillas vacias.
b)En el montaje A presiona alternativamente ambos émbolos. ¿Qué observas?. c) En el montaje B presiona alternativamente ambos émbolos. ¿Qué observas?. d)Completa esta tabla:
Figura émbolo Superficie:Grande o pequeña ¿donde cuesta menos mover el émbolo?
1 S1 A 2 S2
3 S3 B 4 S4
El montaje B es ,de forma esquemática, una prensa hidráulica, es decir, un dispositivo que consigue transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes lo que por ejemplo permite: prensar , levantar coches en los garajes, es el mecanismo de los frenos de los coches, se emplea para subir ascensores etc... e) Según lo observado ¿qué requisitos harían falta para construir una prensa hidráulica?.
�)�
A 1 2 3 4
B
34
�)+�,����������Disponemos del sistema de la figura, que consta de dos depósitos llenos de un líquido y cerrados por pistones deslizantes de superficies S1 y S2 (lo que es ,en esquema, una prensa hidráulica ). La siguiente tabla recoge los resultados de ejercer fuerzas variables sobre el pistón S1 y medir las fuerzas que que es necesario colocar sobre S2 para que alcance el equilibrio, es decir, para que los pistones no se desplacen de su posición original.
S1 (m2) F1 (N) P1 (Pa) S2 (m2) F2 (N) P2 (Pa)
0,1
20
0,4
80
0,1
30
0,4
120
0,1
45
0,4
180
0,1
50,3
0,4
201,2
0,1
180
0,4
720
a)Con los resultados que figuran en la tabla calcula los correspondientes valores de P1 y P2. b) ¿Qué ocurre con P1 y P2?. c)¿Qué Principio se cumple?. Enúncialo. d) ¿Cómo has calculado P1 y P2? Escríbelo. e)Escribe la relación entre F1 y F2 :
���
6��6��
�� ��
35
g) Con la expresión obtenida completa la siguiente tabla:
S1 (m2)
F1 (N)
S2 (m2)
F2 (N)
0,1
40
0,1
0,01
40
0,1
0,01
40
0,8
0,1
40
0,8
0,5
40
0,8
Conclusión: La prensa hidráulica sirve para... La fuerza conseguida (F2) es mayor si...
�)�
36
.� ���"!�������������2������6��$�!�#"��Cuando un cuerpo se introduce en un fluido, éste ejerce una presión sobre él. Los efectos de esta presión originan una fuerza que se denomina empuje.
�&��'��()���.�����*�+�,�� Estudio de los factores de los que depende el empuje.
Deducción del Principio de Arquímedes.����2�������$��
-�+�'���� Soporte, varilla, nuez, hilo, probeta de 100 ml ,agua, dinamómetro, dos prismas iguales , uno de hierro y otro de aluminio . ��'�)���-��(+����
���
Pesa el prisma de hierro con el dinamómetro
Pesa el prisma de aluminio con el dinamómetro
Peso hierro= Peso aluminio=
Sumerge el prisma de hierro en una probeta con agua
Sumerge el prisma de aluminio en una probeta con agua
Mide su peso sumergido Mide su peso sumergido
Peso hierro sumergido=
Peso aluminio sumergido=
Compara el peso del hierro en el aire y sumergido Compara el peso del aluminio en el aire y sumergido
El peso del objeto sumergido se llama peso aparente : Pap
En el hierro: P-Pap =
Conclusiones:
En el aluminio: P-Pap =
37
Dibuja las fuerzas que actúan en cada caso:
���
Conclusión:
Peso aparente = Peso real – Empuje Pap = Pr - E
E= Pr - Pap
Teniendo en cuenta todo lo anterior. ¿De qué depende el empuje?
38
�7�"������$�� -�+�'���� dinamómetro de 0.1 N ,Kitasato ,vaso de precipitados, probeta de 10 ml , 75 g de plastilina,
hilo, probeta de 250 ml, balanza, tubo de goma.��'�)���-��(+���
���
Pesa la plastilina atada a un hilo con el dinamómetro
Preal =
Mide la masa del vaso seco con la balanza
Llena el kitasato con agua hasta el límite del tubo. (Es importante que el kitasato esté bien lleno)
Coloca el vaso a la salida del tubo de goma
Sumerge completamente la plastilina colgada del dinamómetro en el kitasato
Anota lo que marca el dinamómetro
Masa vaso=
Mide la masa del vaso con el agua desalojada
Pa= Masadesalojada =
Pagua desalojada=
E=
Compara estos resultados:
Mide el volumen de la plastilina por el método de inmersión
Mide el volumen del agua desalojada con la probeta de 10 ml
Vplastilina= Vdesalojado=
Compara estos resultados:
Principio de Arquímedes:
39
��&��'��()���.���/�8���$�0��Según el Principio de Arquímedes el empuje es igual al peso del volumen de líquido desalojado: Peso=m.g siendo m=masa del líquido desalojado Como d=m/V d.V=m E=m.g=d.V.g d=densidad del líquido V=volumen de líquido desalojado que es igual al
volumen del sólido sumergido Prepara una experiencia que ponga de manifiesto que el empuje sufrido por un cuerpo sumergido en un fluido depende de la densidad de dicho fluido. ��*�+�,�� comprobar que el empuje depende de la densidad del líquido en que está sumergido el
cuerpo. ���-�+�'���������'�)���-��(+������������)�()�� ��(� �
�)�
E = d (líquido). V(sólido sumergido). g E= dL . VS . g
40
�)+�,������.����Un cilindro cuelga de un dinamómetro . Cuando el cilindro se introduce en el agua, se toman medidas para valores diferentes de la parte del cilindro que está sumergida:
Profundidad sumergida (cm)
0
10
20
30
40
50
60
Fuerza (N)
51
46
41
36
32
32
32
a)Dibuja una gráfica de las lecturas de las fuerzas frente a la profundidad :
b)Utiliza la gráfica para determinar la longitud del cilindro: c)Cuando el cilindro está totalmente sumergido ¿cuál es el empuje?. d)Calcula la densidad del cilindro.
�)�
41
6��$�!�#"� Si sumergimos un cuerpo en un líquido , sobre él actúan dos fuerzas , su peso y el empuje, que son de la misma dirección y sentidos contrarios. ¿ Qué es lo que sucederá al cuerpo? Hay tres posibilidades: - El cuerpo flotará si P < E - El cuerpo se hundirá si P > E - El cuerpo ni se hunde ni flota , se mantiene en la misma posición si P = E Teniendo en cuenta el principio de Arquímedes: si P < E dS < dL flota P = VS. g .dS si P > E dS > dL se hunde E = VS. g .dL si P = E dS = dL se mantiene en la misma posición
�&��'��()���.�.����*�+�,� Estudio del movimiento de cuerpos sumergidos en fluidos. �-�+�'��� Dos vasos de precipitados , cuentagotas , aceite agua y etanol. ��'�)���-��(+� a) Añade agua a un vaso de precipitados b) Coge aceite con el cuentagotas , introdúcelo en el agua y deja salir unas gotas de aceite c) Dibuja lo que has observado d) Haz un esquema de las fuerzas que actúan sobre la gotas de aceite ; dibuja la fuerza
resultante e) Deduce la relación entre la densidad del agua y la del aceite f) Repite el proceso anterior utilizando alcohol en lugar de agua. Contesta de nuevo a las preguntas anteriores
E
P
�)�
42
�,�����6��+�)�9(��/�"!���������������� ���������!��������)���"�$��"$��"�!��"��0��Conviene observar primero dos cosas: -Que a lo que nosotros llamamos empuje, en el video se le llama flotabilidad. -Que miden el peso en gramos-fuerza (como se hace a veces en ingeniería).
Se trata de la fuerza con que la Tierra atrae a una masa de 1 gramo. De manera que aunque todo el tiempo se hable de gramos no se está aquí trabajando con masas sino con fuerzas.
��)���$��"������1. ¿Por qué no marca lo mismo el dinamómetro dentro y fuera del agua? 2. ¿Qué es la flotabilidad? 3. ¿Qué fuerzas actúan sobre un cuerpo sumergido en un fluido? 4. ¿Qué se hace para que el submarino se hunda? ¿Qué habría que hacer para que suba a la
superficie? 5. ¿Influye la forma del objeto sumergido en su flotabilidad? ¿Cómo? 6. ¿Influye el tamaño del objeto en su flotabilidad? ¿Cómo? 7. ¿Influye la densidad del líquido en la flotabilidad? ¿Cómo? 8. ¿Por qué un huevo duro que se hunde en agua dulce sin embargo flota en agua salada? 9. ¿Qué determina qué un cuerpo flote o se hunda en un líquido? 10. ¿Qué determina el volumen de líquido desplazado o desalojado? 11. ¿A qué es igual el peso del líquido desplazado al sumergir un cuerpo en él? ¿Cómo se llama este
Principio? 12. ¿Es aplicable lo que hemos visto en líquidos a gases?
43
�&��'��()���.�3����*�+�,� Comprobar la infuencia de la densidad en la flotación de los cuerpos. -�+�'��� Tubo de ensayo de 2 cm de diámetro , vaso de precipitados ,cuentagotas , aceite , agua y etanol. �'�)���-��(+� a) Añade etanol en el tubo de ensayo , hasta algo menos de la mitad b) Coge aceite con el cuentagotas , introdúcelo en el etanol y vacíalo c) Haz un dibujo de lo que has observado d) Utilizando el vaso de precipitados , añade agua muy lentamente al tubo de ensayo , hasta
casi llenarlo e) Haz un dibujo de lo que has observado f) Da una explicación teórica de lo que ha ocurrido
�)�
Forma natural de los líquidos: estamos acostumbrados a decir que los líquidos no tienen forma propia, sino que adoptan la del recipiente que los contiene, pero esto sólo ocurre en presencia de gravedad. Su forma natural es esférica, sin embargo, la gravedad le impide adquirirla. Cuando un líquido se encuentra en el seno de otro líquido de igual densidad, la fuerza gravitatoria es compensada por el empuje, por lo cual, podemos observar, como en esta experiencia, su forma esférica natural.
44
�)+�,������.����������!�$������8��!��:�"������Esta actividad consiste en que , a la vista de estas viñetas, añadas un texto que explique , científicamente, los pasos seguidos para rescatar el barco:
�)�
45
�&��'��()�� ���'��;�)�'��(�)� ����1- Sumerge botellas de plástico de diferente tamaño en la bañera llena de agua ¿qué observas?.
Justifica lo que has observado. 2- En un barreño lleno de agua introduce verticalmente y boca abajo dos vasos pequeños, uno
con cada mano. Inclina uno de ellos hasta que esté completamente lleno de agua. Juega a trasvasar el aire encerrado de un vaso a otro. Justifica científicamente esta experiencia.
3- Mete un huevo duro en un recipiente con agua y luego ve añadiendo sal poco a poco hasta que
el huevo flote ¿por qué ocurre esto?. Justifica lo observado. 4- Construye un modelo de submarino : En un frasco de boca ancha pon un tapón con dos
orificios. En uno penetra un tubo de vidrio corto, unido a un tubo de goma. En el otro un tubo en U, que llega casi al fondo del frasco. Coloca, en el fondo del frasco uno clavos como lastre, y cera fundida para que ,al solidificar, los deje fijos. Gracias al lastre, podrá el frasco quedar sumergido en una vasija grande con agua, en posición vertical. Si aspiras por el tubo de goma, el agua penetrará en el frasco por el tubo en U y le hará descender. Soplando por el mismo tubo de goma, saldrá agua del frasco y ascenderá hacia la superficie.
�)�
46
�&��'��()���.�4����*�+�,� Estudio del equilibrio de cuerpos flotantes �-�+�'����Dos corchos un tornillo , un vaso de precipitados de 500 ml , agua ��'�)���-��(+� a) Añade agua al vaso de precipitados b) Coloca uno de los tapones de corcho en el agua de forma vertical y suéltalo ¿ Qué ocurre? c) Introduce el tornillo en la base menor del otro corcho y repite la experiencia anterior ¿ Qué
ocurre? d) Observa las siguientes figuras. - Indica cuál de ellas corresponde al equilibrio estable y cuál al inestable - Dibuja el clavo en el caso que corresponde
�)�
E E
P P
47
����������"��"$���!�2���$�2��"$�������:�����<�����7���
+�
�����������������27����28���&�������292:���;������$�����������-������������
+<� 6��4$� ����������� ��� �� ������ ,� �� ������ ��������� ���� ��� 282=� �� ���� :::7�������������� ������������������$����������� ���������������������������������� �� �������� ����������� !�� ��� �������� ��� ���� ������� �� ��� ���� ��� �����������������������"�������������)���(���������"����������������������������������������������������*��('�������������*���
����� ������������������������������������������/����$� ��������,������0��������������5��������������1������������������������������"���������$����������������������������������������"����������$������������!�"��������������������������3$929�>��=��������������������������������������5��������2��>��=����� !�����������$����������������������$�����������"��������������������� -?��������������������������������������������"������������������)�����������$��������������������������$��,��������������$����������������������.��������������������������������������������������������������������������������������������������,����������������������������������������������)��������� ����$��������������������?���!������$������������������������������"������"���$����������������,$�����������������!��������������@���������������������������������������������7A'��'���������������������������� ��������7A'����$������������������,����������������$����������,�������,�����������-��������������������������������������������������� ����� �� ���� ���������� ,� ��� ��� ���� ���������� ����� ��� ����� � ���� ������� '����������������������������������������$������������"������7A'��������������������� �� ��� ����"���� ,� ����@�� "������� ������ ������ �� ���� 3A'$� ����� �� ������� ��� ����� ���������(���������������� ����� �� �� ��� ����� �� ����*��)��� �� ����� ����@�� ��7A'�,$���������$������������������������������������������������������������ .������������������$���������������$�������������������������������������������"���������������������������� ���� ��������������� ���;������-������$���������$� �� ������ �� ����� "�������� �� ��� ������ �� ������� �?��$� ��������� �� ������� �� ���������������������������������������������������������
48
1- ¿Por qué flota el hielo sobre el agua?. 2- ¿Qué significa la expresión popular: “eso es sólo la punta del iceberg”?. 3- Da una explicación física a tu respuesta anterior y sabiendo la densidad del hielo y la
del agua calcula la proporción de volumen sumergido respecto al volumen total en un iceberg.
B�,� ��� ��� � ����� $� ��� ������$� ��� ������� ��� ���������������������������������������������$�9>23����������������������������������������������)������������������������������ )�������������������������� ��������������������)����������&���������!������������$�������������������������������������������$� ����� �� ���� ���$� ����� �� ������ ������ ������ �� ��� ����"�����.��������������������������"������� �������������������������������������������������������,�"��������"������,���������
+�
49
�(�-�'��(��������(�� ���������;�=�'�(���������������������������������������1-¿Qué diferencia el Mar Muerto de otros mares y océanos?. 2-¿Por qué ocurren los fenómenos que describe Mark Twain?. Analiza cada uno de ellos.
!�������5����,����������������������������������������������������
������������-����������������%���%�������)��������-������������5���������������������$�������������������������������������@����������!�����������������,�������)����������������������������������������,��������������"������������)���������������������$��������������������������������,�������������������������������������!��������������������������������%���%���������������:���=�C�/����0������$�����������,����������������,�������$�������:DC��������!���������������������� ������"��������)��� ��� ���������������������������������%���%���������"�����������������������,������������������.���������������������������,��������������������73�������������������
�.������������������%���%���������������������������������$������������
�����������������������������������������������������������B������������������������������!������������������������������������
�!����������������������������������������������������������������,��������,$�������������$�����������������,���"�������$��������������������������%���%����0$� ��� ��������$�"����� � ��� ����"���� ��� ��������� �� ����� � ����� �������/���������������������0���
%��4�;<�����������������E����,����������������������������������5���?�����������������,����������?����5�����������?���������������F�G#�������?����,�����������+���������������������-�������������������������������������������,�������������������������������,������,������������������������������������!������ ��������� �� ������ ������� ��� ������ ���� ��������� -� ���� ����� ����������������� ����� ��� ������$� ������� ���� ��������� ������ �� ���� ,� ����������� ��� ����������)�������������������������$����������������������������������-������������� ����������������,��������������������$����� ����������������������� ���������� �������� �������� �� ����H� ��������� � ���� �������� �� �� ���� ����� ������ �������-�� ����������������������������������������$�,�������������������������������,�������������������������,��������-���������������� �������������������$������������������!���%���%����������������������������/����������������������������0�����,�������$��������������������������$����������������������������I�����������$�������,�"��������"������,���������
+�
50
�
>)9-��6�()��(����(�'�-��;���� ?�����
+�
�
� -���������������������?�$��������������������?��$���������������� ����������J�,���������������������"���$������������������������� ���������,������������������������������������������������������������"������������������������������� ����������� ��������� �����������������/������������ ������� ��� ������� � �� ����0� ����� �� �������� � � ������ ������ ������ �������� "���� �� ����� '����� ��� ������ ���� ������������� ��� 5������$���������������� ������ ��� �� ����$� ���� ���������� ���"������ ����� ����� ��������������������������������������+����$����$�������������������������������������������$���,����� �����������������������������������������������
.�� ��� ��������� �� ����� ������� ������� ������� ��� �� ���������� �������������������!���"��������������������������������������������������"�������.�� ����� ��� ����� ������� ��� ����� � �� �� ����� ����������� ���� �� ��� � �� ����� ,��������� �������G����I��+����,����������� ���� ���������� �������� ����� ����� ���������$� ������������������������������������������&���"����������������������)��� ��� ����������� ����� @������ ������ �� ����� ��� �� ������ �������������?���
�.�������������������������������$���������� ����$����������������������
GK����I�,�G!���4I$�������������$��������������������������G.�I$�"�������������"������;����������������,����������������������������������������"����������������������������������$������������������������������,����������� �����������'�����������������������������������������������������,����������������/���� ��!���4$����� ����$� ��� ��L33� �������0�������� ����� �� �����,� ��� ������ �.��������������������������������������������������$������������������������������"��������������������������������
�)���������������������� ������������������������������������������������������������.������������� ��������� ��������� ����������� � ������ ����� ������!������������������$��������������,��������������������������������������!��������� ��� ��� ���@�� �� �� �� ���$� ���� ��� ����� �������� ��� ����� � ���������� !������������������"�������������������,����������?����������$����������������� .��� ������ �� ����� �� ������� ������ �� ������� �� ����� ���� ��� ����� �� ���������������������������������������������������������
��
51
CUESTIONES: 1- Enuncia los conceptos y principios físicos que se refieren en el texto. 2- Explica dichos conceptos y principios.
+�
%��4��$������� �������������������� ��� ������ 5���������� ����������-������4���� ���?��29=:$��������������� ����������������������������F��G!���������������?����������,�����������������������������������������������������-������4����.��"��������������"������������������8:���������������������������G�������� �����������I���G�������� �����������I�������� �������������������������� ������ �� �-������4��� ������� ��������,� ������� � �� ����� ����������� ��� �������$�������������$�����������,�������������������&����������������������������������������������������������"������&�������������������������� �������������������I��� ���������������������������������,�������������������!�������������������������$�.�$��������������������������������������������������������-����������������������������������������?���������������������������
�
������$�������,�"��������"������,���������
�
52
3����*�')�)�� ��1- ¿Qué altura ha de tener una columna de un líquido cuya densidad es 0,9 g/cm3 para que ejerza la
misma presión sobre el fondo, que otra columna de mercurio ( densidad = 13,6 g/cm3) de medio metro de altura?.
2- ¿Cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones sobre la presión en un punto de un líquido no es
correcta?. a) Actúa igual en todas direcciones. b) Aumenta al aumentar la profundidad. c) Es mayor vertical que horizontalmente. d) Aumenta con el aumento de la densidad.
3- Determina la diferencia de presión que hay entre dos puntos situados en el interior del mar a 15m y
25 m de profundidad respectivamente.
h1 h2
8- Dos barcos iguales están construidos uno de madera y otro de hierro. Si al flotar en el mar aún
vacíos ambos desplazan la misma cantidad de agua, ¿Cuál de los dos tiene mayor masa?. 9- Ahora que conoces el principio de Arquímedes, explica cómo funcionan los densímetros. 10- Calcula qué porcentaje del volumen de un iceberg flota sobre el agua del mar. Datos: dhielo=
920 Kg/m3. dagua de mar= 1025 Kg/m3.
��
5-Si en un tubo en U se coloca agua y luego se vierte un líquido que provoca un desnivel de agua de 22 cm y de 29 cm del otro líquido, ¿Cuál es la densidad de ese otro líquido?. 6- Una compuerta rectangular, vertical de 1 m de base y 0,5 m de altura, está situada en la pared de una presa de 10 m de profundidad bajo el nivel del agua. ¿Qué fuerza ejerce el agua sobre la compuerta? 7-Al contraer y dilatar la vejiga natatoria, un pez puede subir y bajar en el agua. ¿Cuál es la razón?
53
3����*�')�)�� � 11-- Dos personas, de masas 60 y 80 Kg suben a una lancha que pesa 1000 N. ¿Qué volumen de
agua debe desplazar esa lancha para que no se hunda? Explica razonadamente la respuesta. 12- Una esfera de vidrio, lastrada, pesa: 0,2 N en el aire, 0,141 N si se introduce en agua y 0,126
N si se introduce en cierto líquido. Calcula la densidad de este líquido. 13- ¿Qué peso puede mantener un flotador de corcho de 5 dm3 si está sumergido completamente
en el agua?. 14- Dos cuerpos del mismo tamaño, uno de aluminio y otro de plomo, se sumergen en agua.
¿Cuál de ellos desaloja más agua? ¿Cuál sufre más empuje?. Si soltamos ambos cuerpos ¿Cuál descenderá más deprisa?.
15- Contesta si o no: Un cuerpo flota en el agua porque...
a) posee menos densidad que el agua. b) posee más densidad que el agua. c) el empuje del aire equilibra el peso. d) el peso del cuerpo es igual al peso del agua que desaloja. e) el agua ejerce un empuje. d) el peso del cuerpo es menor que el empuje. g) el peso del cuerpo es igual al empuje. h) el peso del cuerpo es mayor que el empuje. i)la masa del cuerpo es menor que la masa de líquido desalojado.
16- ¿Crees que si introduces un objeto en una piscina de 1m de profundidad sufrirá un empuje
diferente que si introduces el mismo objeto a 2 m? ¿por qué?. 17- En un elevador de coches, el área del pistón pequeño es de 40 cm2 y la del grande 100 cm2 .
Si la fuerza máxima que puede aplicarse es 500 N, ¿cuál es la máxima carga que puede elevarse?.
18- ¿Qué superficie debe tener el émbolo grande de una prensa hidrúlica para que ejerciendo en
el pequeño, de sección 10 cm2, una fuerza de 20 N se origine en el grande una fuerza de 1000 N ?
19- Colocando 10 Kg en el émbolo pequeño de una prensa hidraúlica se equilibran 1000 Kg
colocados en el émbolo grande. Supuestos los émbolos circulares, ¿qué puedes deducir sobre sus diámetros respectivos?.
20- Señala con una V las afirmaciones verdaderas:
a) La presión en el interior de un líquido depende únicamente de su distancia a la superficie. b) A mayor profundidad en el océano mayor presión. c) El empuje de un líquido es siempre vertical. d) El peso de un cuerpo dentro del agua es menor que dentro del aceite.
��
54
3����*�')�)�� 21- Tenemos tres sólidos A, B y C de forma cúbica e igual volumen y de densidad (1,025, 0,950
6,23) Kg/dm3 respectivamente, ¿qué ocurrirá en cada caso si lo introducimos en : -Ácido sulfúrico d=1,84 Kg/dm3
-Agua pura d=1 Kg/dm3
-Gasolina d=0,7Kg/dm3 Justifica tus respuestas. En los casos a) y d) de la cuestión anterior calcula el peso aparente del sólido A. 22- Un cuerpo se encuentra en el fondo de un recipiente como indica la figura. La fuerza necesaria
para subirlo a la superficie es en Newtons : a)98, b)980, c)9800, d)nada de lo dicho. Datos: dL=700Kg/m3, V=1m3, ds=800Kg/m3 Explica razonadamente cómo has llegado a la respuesta que consideras correcta.
23- El obturador del tapón de una bañera tiene 5 cm de diámetro. La altura del agua que contiene es de 35 cm. a)¿Qué fuerza hay que hacer para levantar el tapón y vaciar la bañera?. b)¿Qué fuerza habría que hacer si la bañera estuviese llena de mercurio d=13,6g/cm3?.
24- La fuerza que soporta una superficie de 0,02 m2 situada en el interior de un lago a una
profundidad de 2 m es de: a) 588N, b) 392N, c) 0,27N, d) 198,5N dagua=1000Kg/m3 25- En los inodoros de nuestros cuartos de baño, cuando tiramos de la cadena después de
haberlos utilizado, se cumple un Principio físico ¿cuál es?. Aplícalo en este caso. 26- En la figura se representan dos vasos que se comunican
y que contienen un líquido de densidad dL. Si el punto P equidista de los tubos laterales, la presión en P es: a) dL. g. D ; b) 2dL. g. D ;c) dL. g. h ; d) 2dL. g. h ; e) cero
27- ¿Puede un ratón ,empujando el émbolo pequeño de una
prensa hidráulica, levantar a un elefante situado sobre el émbolo grande de la misma?.
28- Busca en algún libro un dibujo que represente el esquema de los
Frenos de un coche. Indica donde está el pedal que aprieta el conductor .¿Como puede ser que el conductor con una pequeña fuerza de sus pies puede parar el coche?. ¿En qué Principio físico se basa?. ¿Por qué crees que son tan peligrosas las burbujas en los frenos de los coches?.
��
h
D P D
55
4�'�!�����!�#"�$�#��!�� Aplicaciones Transmiten la presión Ejercen presión
''''����
d1.h1=d2.h2 VASOS COMUNICANTES
PRENSA HIDRAÚLICA
F1 F2
= S1 S2
PRINCIPIO DE PASCAL
LÍQUIDOS
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
P = d.g.h
Originan una fuerza que se llama Empuje
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
P > E dc > df se hunde P < E dc < df flota P = E dc = df se mantiene
E = PReal- Paparente E = VS.g.dL