Tema 1.Conceptos

fundamentales

M del Carmen Maldonado Susano

Tema 1.2.

Conceptos de masa,fuerza, peso específico,densidad y volumenespecífico.

Masa

La masa de un cuerpo es unamagnitud escalar,numéricamente igual a lafuerza necesaria paracomunicarle la unidad deaceleración.

Masa

Puesto que la experiencia demuestraque (para que un cuerpo dado) larazón de la fuerza a la aceleración essiempre la misma, basta realizar dosmedidas una de la fuerza y la otra dela aceleración correspondiente paradeterminar la masa.

Masa

Es la cantidad de materiaque posee un cuerpo.

Su unidad en el SI es elkilogramo.

Fuerza

Es la causa que provoca uncambio del estado demovimiento de un cuerpo,proviene de la interacciónentre los cuerpos.

Fuerza

F : Fuerza (Newton)

m: masa (Kg)

a : aceleración (m/s2)

a*mF

Fuerza

Tipos de Fuerza:

Magnética

Eléctrica

Gravitatoria

Densidad

La densidad de un materialhomogéneo se define comola masa contenida en launidad de volumen.

Esto es algebraicamenteasí:

V

m

Densidad

: (Kg/m3)

m: masa (Kg)

V : volumen (m3)

Sustancia Densidad (Kg/ m3)

Acero 7860

Agua 1000

Agua de mar 1030

Aire 1.29

Alcohol etílico 806

Hielo 917

Mercurio 13600

Densidad relativa

La densidad relativa de unasustancia es la razón de sudensidad a la del agua.

Es una cantidad adimensional;es decir, sin unidades y devalor igual en cualquiersistema de unidades.

agua

ciatansus

Densidad relativa

sustancia : densidad sustancia (Kg/m3)

agua : densidad del agua

Peso

El peso de un cuerpo es unafuerza de origen gravitacional,la cual le origina a la masa, m,la aceleración de la gravedad.

g*mW

Peso

m: masa (Kg)

g : gravedad (m/s2)

W : peso (Newton)

Peso Específico

De una sustancia es la fuerzacon que la tierra atrae a launidad de volumen de dichasustancia; algebraicamente sepuede escribir como:

Peso Específico

W: peso (N)

V : volumen (m3)

V

W

Peso Específico

m: masa (Kg)

g : gravedad (m/s2)

V: volumen (m3)

V

g*m

g*

Peso Específico

: densidad (Kg/m3)

g : gravedad (m/s2)

Volumen Específico

Es el recíproco dela densidad.

m

V

: (Kg/m3)

m: masa (Kg)

V : volumen (m3)

Volumen Específico

/1

Volumen Específico

: densidad (Kg/m3)

Ejercicio 1

Cantidad física Unidad (SI) dimensión

Longitud

Masa

Tiempo

Velocidad

Aceleración

Fuerza

Peso

Peso específico

Volumen específico

volumen

Densidad

Densidad relativa

Ejercicio 2

Masa (gramos) Volumen ( ml)

92 10

99 15

104 20

111 25

122 35

135 45

142 50

Obtenga el modelo matemático lineal de los siguientes datos:

0.092 0.00001

0.099 0.000015

0.104 0.00002

0.011 0.000025

0.122 0.000035

0.135 0.000045

0.142 0.00005

1 litro = 1 dm 31 m3 = 1000 litros1 litro = 1000 ml

Propiedad Intensiva

Es aquellapropiedad que nodepende de lamasa.

Propiedad Extensiva

Es aquellapropiedad que sidepende de lamasa.

M del Carmen Maldonado Susano

Es aquella sustancia que debidoa su poca cohesiónintermolecular carece de formapropia y adopta la forma delrecipiente que lo contiene.

Los fluidos se clasifican enlíquidos y gases.

Fluidos

Líquidos

Gases

Es una cantidad escalarque representan lamagnitud de la fuerzaperpendicular (F) queactúa en cada unidad deárea (A).

Presión

A

FP

Matemáticamente se puedeexpresar.

F: Fuerza (N)A: área (m2)P: Presión (N/m2)

Cuál ejerce mayor presión ?

“A menor área mayor presión”

Es la presión ejercida sobre elfondo de un recipiente quecontiene un líquido.

Sabemos que:

A

FP

*F m g

V

m

Vm

m gP

A

*V A h

P g h

Ah gP

A

V gP

A

P g h

P: Presión (Pascal)g: gravedad (m/s2)h: altura (N/m2)

En los sistemas en reposo, lapresión es uniforme en todaslas direcciones alrededor deun volumen elemental defluido.

Sin embargo, la presión puedevariar dentro del sistema en elcaso de un fluido en presenciade un campo gravitatorio.

Se mide con un manómetrodiferencial.

P g h

Es la presión que ejerce laatmósfera sobre la tierra.

También se define como lapresión ejercida para unacolumna de mercurio de 760mm, con una aceleración de9.81 m/s2

760 mm de Mercurio

Barómetro de Torricelli

La presión atmosférica varíacon el lugar de la tierra.

g = 9.81 m/s 2

g = 9.78 m/s 2

g = 9.81 m/s 2

h = 76 cm de Hg

Patm = ?

g = 9.78 m/s 2

h = 58 cm de Hg

Patm = ?

Ejercicio

Presión absoluta Presión vacuométrica

Presión atmosférica

Cero absoluto

Presión manométrica

Presión absoluta = Presión atmosférica - Presión vacuométrica

Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión manométrica

Gradiente de Presión

gdy

dP

Gradiente de Presión

dygdP

Integrando ambos lados

dygdP

)yy(gPP1212

Gradiente de Presión

Conversiones

1 bar = 1x 105 Pa

M. del Carmen Maldonado Susano

Es una propiedad de lamateria que nos indica laenergía molecular de uncuerpo.

Celsius

Kelvin

Farenheit

Rankine

Escala Kelvin

TK = T°C + 273.15 K

Escala Celsius

T°C = TK - 273.15 K

Escala Rankine

T°R = 9/5 TK

Escala Rankine

T°R = T°F + 460

Escala Fahrenheit

T°F = T°R – 459.67°R

Escala Fahrenheit

T°F = 9/5 T°C + 32°F

Ejercicio

100 °C K °R °F

0°C K °R °F

Escalas

100 °C 373 K 672 °R 212°F

0°C 273 K 492 °R 32°F

Es la capacidad latente oaparente que poseen loscuerpos para producircambios en ellos mismos o enel medio que los rodea.

Energía

En tránsito

Como propiedad del sistema

• La energía que se intercambiaentre dos cuerpos o sistemas seconoce como energía entransición y se manifiesta en dosformas: como trabajo y calor.

• Estas dos formas no sonpropiedades.

En tránsito

Calor

Trabajo

Como propiedad

del sistema

Mecánica

Interna

“La energía ni se crea, ni se destruye sólo se transforma”

Es energía que se transfiereentre 2 cuerpos a diferentestemperaturas.

Existe una variación detemperaturas.

Su unidad en el SI es elJoule.

2

1

T

TdTCemQ

)TT(CemQ12

4186 Joule = 1 Kilocaloría

Si Tfinal > Tinicial entoncesQ > 0

Si Tfinal < Tinicial entoncesQ<0

Las sustancias difieren una de lasotras en la cantidad de calor que senecesita para producir una elevaciónde temperatura dada a una masadeterminada.

La relación de la cantidad de caloraplicada a un cuerpo a sucorrespondiente elevación detemperatura , se llama capacidadcalorífica C del cuerpo.

T

QC

La capacidad calorífica de un cuerpopor unidad de masa llamada calorespecífico es característica delmaterial de que está compuesto elcuerpo

Tm

QCe

dTm

dQCe

El calor se propaga de laspartes más calientes a lasmenos calientes, hasta quese ponen a la mismatemperatura.

Conducción

Convección

Radiación

El cuerpo más caliente siempre va

a ceder calor al cuerpo más frío.

La temperatura de unsistema es aquella propiedadque determina si seencuentra o no en equilibriotérmico con otros sistemas.

0BA

QQ

Cuando dos o más sistemasse encuentran en equilibriotérmico se díce que tienen lamisma temperatura.

“Si un cuerpo A está enequilibrio térmico con uncuerpo C y un cuerpo Btambién está en equilibriotérmico con el cuerpo C,entonces los cuerpos A y Bestán en equilibrio térmico”.

En tránsito

Calor

Trabajo

Es una manifestación de laenergía definida por elproducto escalar de unafuerza cuya componente estáen la dirección deldesplazamiento.

dFW

Matemáticamente se escribe como:

Debe existir una fuerzaaplicada.

Debe actuar a lo largo de ciertadistancia; es decir, debe existirdesplazamiento.

Esta fuerza debe actuar enalguna forma en dirección deldesplazamiento.

Energía Mecánica

Energía Cinética

EnergíaPotencial

Es aquella que dependeexclusivamente de lavelocidad del cuerpo.

2

2

1vmEc

Es aquella que dependeexclusivamente de laposición del cuerpo en eluniverso.

hgmEp

Como propiedad

del sistema

Mecánica

Interna

El calor perdido o ganado porun sistema no sólo depende deltrabajo efectuado por elsistema en sus estados inicial yfinal, sino también de losestados intermedios; esto es,de la trayectoria o recorridopor el proceso.

WQU

PREFIJOS RECOMENDADOS POR EL SI

Nombre del prefijo Símbolo Factor Equivalencia

yottazettaexapetateragigamegakilohectodecadecicentimilimicronanopicofemtoattozeptoyocto

YZEPTGMkh

dadcmnpfazy

1024

1021

1018

1015

1012

109

106

103

102

101

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

10-18

10-21

10-24

cuatrillónmil trillonestrillónmil billonesbillónmil millonesmillónmilciendiezdécimocentésimomilésimomillonésimomil millonésimobillonésimomil billonésimotrillonésimomil trillonésimocuatrillonésimo

Ejercicio