CALOR Y TEMPERATURA.
CONCEPTOS MODERNOS DE CALOR Y TEMPERATURA.
Según las teorias que iniciaron el estudio de la calorimetria , el calor era una especie de fluido muy sutil que se producía en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros , pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad, según su tamaño y naturaleza.
El fisico Benjamin Thompson { 1753--1814 } postuló la teoria de que el calor era una forma de energia y por consiguiente , el que aparecía en el agua de refrigeración procedia del trabajo mecánico realizado por las máquinas.
El fisico inglés Prescott Joule { 1818--1889 } logró demostrarlo experimentalmente , llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume que es de
O, 239 calorias por cada julio de trabajo que se transforma integramente en calor
Por cantidad de calor que se encuentra en un cuerpo se entiende el contenido energético que posee este cuerpo en forma de energía cinética debida al movimiento desordenado de sus moléculas .Por el contrario, la temperatura es una medida del valor medio de la energía cinética de las moléculas aisladas.
La mayor o menor cantidad de calor almacenada por un cuerpo depende, primero , de su masa, ya que cuantas más particulas haya en movimiento, mayor será la energía de todas ellas ; y segundo , de la mayor o menor rapidez con que las partículas se muevan , ya que , por ejemplo , una partícula que vibre con una determinada frecuencia y amplitud tendrá menos energía que otra análoga que lo haga con más frecuencia y más amplitud.
La temperatuta es una magnitud que determina el sentido en que tienen lugar los intercambios calorificos entre los cuerpos ; así cuando dos cuerpos se ponen en contacto , la energía calorífica no pasa del que posee más calor al que posee menos , sino del que tenga más temperatura al que tenga menos .
El calor es , por lo tanto ,una magnitud cuantitativa , mientras que la temperatura es una magnitud de intensidad.
Al calentar un cuerpo, éste experimenta cierta transformaciones de muy diversos tipos . Algunas de ellas son fisicas { dilataciones, cambios de estado }y otras son quimicas { combustiones , oxidaciones } .
Al suministrar calor a un cuerpo , éste experimenta aumento en su volumen y se dice que el cuerpo se ha dilatado. La dilatación de ciertos materiales es de suma importancia en la construcción de edificios , por lo que arquitectos e ingenieros tienen muy en cuenta la dilatación de las estructuras metálicas y de hormigón .Por eso dejan espacios libres, previamente calculados, para que las vigas puedan dilatarse.
DILATACIÓN DE SÓLIDOS.
Al calentar un cuerpo sólido se dilata según sus tres dimensiones { dilatación lineal, superficial y cúbica} aunque se estudian por separado , según sea la magnitud predominante en cada caso.
La dilatación es lineal cuando la magnitud modificada es predominante una longitud..
El coeficiente de dilatación lineal de una sustancia se define como el aumento experimentado por la unidad de longitud al aumentar la temperatura
A la expresión { I + k .t } se le llama binomio de dilatación .Experimentan dilatación lineal railes de las vias férreas, puentes metálicos , hilos telegráficos , etc.
La dilatación es superficial cuando se trata de piezas de espesor pequeño y gran superficies .
DILATACIÓN DE LÍQUIDOS .
Los liquidos se dilatan mucho más que los sólidos , su dilatación se . entiende siempre que es cúbica , pues los líquidos ocupan determinado volumen.
Anomalia del AGUA .
El agua presenta anomalía o irregularidad en su dilatación .
Hasta O°C, se dilata, aumenta el volumen . De O a 4°C , se contrae ,disminuye el volumen . De 4 °C en adelante, se dilata, aumenta el volumen.
DILATACIÓN DE LOS GASES .
La dilatación de los gases al aumentar la temperatura es aún mucho más acusada que la de los líquidos se dilatación es cúbica
El coeficiente de dilatación de los gases es constante para todos ellos e independiente de la temperatura
CAMBIOS DE ESTADO.
Hay transformaciones físicas en las que al dar calor a una sustancia ésta no aumenta de temperatura . Estas transformaciones son los cambios de estado.
Se describirá ahora el proceso que tiene lugar cuando se calienta una sustancia sólida hasta pasar al estado de vapor . Sea un trozo de hielo, a la temperatura de - 20 °C.
Al ser calentado este trozo de hielo , se incrementa su temperatura hasta llegar a 0°C que es la temperatura de fusión.
Alcanzada la temperatura de O °C , el hielo empieza a fundirse y , como se puede probar experimentalmente , hasta que no termina la fusión la temperatura no varia.
Una vez que ha fundido el hielo , se va incrementando la temperatura del agua resultante , hasta que empieza la ebullición tumultuosa a los 100 °C , si la presión es de una atmósfera.
Mientras haya agua en el vaso , la temperatura permanece constante.
Si el vapor resultante es calentado , la temperatura sigue aumentando indefinidamente
Si ahora se enfría el vapor , se verifica todo el proceso anterior , pero en orden inverso , dando lugar a los cambios de estado que van acompañados de desprendimiento de calor ; licuación y solidificación .
Los cambios de estado se pueden clasificar en progresivos o directos y en regresivos o inversos . Los progresivos van . acompañados de absorción de calor y los regresivos de desprendimiento de calor
CAMBIOS DE ESTADO PROGRESIVO.
Pertenecen a este tipo .de cambio de estado la fusión, la vaporización y la sublinación. Cada estado fisico tiene más energía que el anterior , si el cambio es progresivo.
FUSIÓN .
Fusión es el cambio de sólido a líquido , se presentan dos tipos de fusión ; fusión vítrea y fusión franca La fusión es vítrea , si el cuerpo pasa .del estado sólido a líquido de forma continua y reblandeciéndose previamente . Los cuerpos amorfos como como las ceras y el vidrio , que no poseen estructura cristalina , funden asi.
La fusión es franca , si el cuerpo pasa del estado sólido al líquido sin reblandecerse previamente . Las
sustancias químicamente puras y de estructura cristalina presentan esta forma de fusión . Solamente en este caso son aplicables las leyes de la fusón.
---Mientras dura la fusión , la temperatura permanece constante.
----Cada sustancia funde a una temperatura determinada .
---La presión modifica la temperatura de fusión, si el cuerpo aumenta de volumen al fundirse , un aumento de presión provoca un aumento en la temperatura de fusión. Lo contrario sucederá si disminuye el volumen , como en el caso del agua.
El calor necesario para que funda un gramo de cierta sustancia cuando ya está a la temperatura de fusión se denomina CALOR DE FUSIÓN , el calor de fusión del hielo es de 80 cal/g.
VAPORIZACIÓN.
Vaporización es el paso de líquido a gas { vapor } , puede realizarse este cambio de estado para todos los líquidos de dos formas distintas; por evaporización y por ebullición .
La evaporización se efectúa en la superficie , lentamente y a cualquier temperatura . Así un charco de agua se evapora a la temperatura ambiente sin que tenga que hervir.
Se favorece la evaporación.
-----Aumentando la superficie libre del líquido . Por ejemplo un vaso de agua tarda más en evaporarse que si se derrama en el suelo.
---- Aumentando la temperatura . Así , en verano se seca antes la ropa que en invierno.
---Si el ambiente está seco .
---Si se remueve el aire y hace mucho viento.
La ebullición es el paso de líquido a vapor en toda la masa del líquido de forma tumultuosa y a temperatura constante . La ebullición se realiza de acuerdo con estas leyes .
----Mientras dura la ebullición , la temperatura permanece constante.
----Cada líquido hierve a una temperatura determinada , llamada Punto de Ebullición.
----El punto de ebullición aumenta o disminuye al aumentar o disminuir la presión ejercida sobre la superficie del líquido.
SUBLIMACIÓN.
Sublimación es el paso de sólido a vapor sin pasar por el estado líquido . Este cambio tiene lugar para todos los cuerpos por debajo de cierta presión característica de cada sustancia . El yodo y el alcanfor se subliman ya a la presión atmosférica normal.
Cambios de estado regresivos.
Se verifica por pérdida de energía calorífica , es decir, por enfriamiento . Son cambios de estado regresivos o inversos la licuación , la solidificación y la sublimación regresiva o condensación . El término
condensación se usa también para la licuación o paso del estado gaseoso a líquido .
Las leyes de estos cambios de estado son semejantes a las de los cambios de estado progresivo o directos .
TRANSMISIÓN DE CALOR .
El calor se transmite desde los cuerpos de mayor temperatura a los que se encuentran a temperatura inferior.
Las formas de propagación del calor son principalmente tres : por conducción , por convección y por radiación.
CONDUCCIÓN
Esta forma de transferencia del calor desde la parte caliente de un cuerpo a otra fría se llama conducción y consiste en la transferencia de calor realizada por intercambio de energía entre las partículas próximas, sin desplazamiento de las mismas.
Efectivamente , esta forma de transferencia del calor tiene lugar mediante el suministro de energía de una partícula a otra por contacto, lo que justifica que sea un proceso lento, por lo general.De todos modos ,la rapidez de la conducción depende también del material utilizado y, para decirlo en términos más precisos, de su conductividad térmica , que es la capacidad de una sustancia para conducir el calor.
La conductividad térmica varía mucho de unas sustancias a otras. Los metales , por ejemplo , suelen ser muy buenos conductores del calor, mientras otras sustancias { como el mármol, el hormigon , los ladrillos, la madera, el amianto o la lana } no son prácticamente conductoras y se llaman aislantes térmicos.
CONVECCIÓN .
Las moléculas del aire transportan el calor en su movimiento.
Convección es la transferencia del calor mediante el movimiento de las partículas del propio fluido.
La razón de este movimiento es simple : el fluido caliente se dilata , por lo que pierde densidad y asciende , siendo remplazado por fluido frío , más denso que desciende.
Para comprender la gran importancia de este modo de transferencia del calor , puede recordarse que , en
que , en buena parte , los vientos son el resultado de gigantescas corrientes de convección en la atmósfera terrestre .
RADIACIÓN.
Las radiaciones son invisibles ,la tierra recibe la energia calorifica procedente del sol por radiación ; se trata de un caso de transferencia del calor prácticamente a través del vacio y a una velocidad similar a la de la l uz .
La transmisión por radiación consiste en la transferencia de calor sin intervención de partículas materiales que transporten el calor , ya que tiene lugar mediante ondas electromagnéticas y , por lo tanto, puede realizarse incluso en el vacio.
Estas ondas son de origen eléctrico y magnético y son emitidas por los cuerpos calientes . Transportan energía y ésta es tanto mayor cuanto mayor es la temperatura de aquellos.
MEDIDA DE LA TEMPERATURA.
Para que la medida de la temperatura sea verdaderamente objetiva , hay que basarse en ciertas propiedades físicas de la materia que presentan siempre un mismo valor a una temperatura dada y que experimentan las mismas variaciones para los mismos cambios de temperatura. Se trata de propiedades que varían proporcionalmente con la temperatura .
Estos puntos fijos suelen ser la temperatura de congelación del agua y la temperatura de ebullición del agua, medidas ambas cuando la presión es de una atmósfera.
Con estos dos puntos fijos se han establecido , entre otras las siguientes escalas de temperatura.
ESCALA CELSIUS.
Se asignan los valores de 0°C { cero grados Celsius } y de 100 °C{ cien grados celsius } a los puntos de congelación y de ebullición del agua respectivamente . El intervalo entre una y otra temperatura en 180 partes iguales, llamadas grados Celsius { ° C }.
ESCALA FAHRENHEIT.
En esta escala se asigna al punto de congelación del agua el valor de 32 °F { grados Farenheit } y al de ebullición el de 212 ° F , dividiendo el intervalo comprendido entre ambas temperaturas en 180 partes iguales, llamadas grados Fahrenheit { °F}.
ESCALA ABSOLUTA KELVIN.
Al punto de congelación del agua corresponde la temperatura de 273 °K { grados Kelvin } y al punto de ebullición se le asignan 373 ° K .El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 100 partes iguales ,llamando un Kelvin a cada una de las divisiones . El cero absoluto { 0 °K } , es decir , la temperatura más baja posible , corresponde a ---273 ° C.
Como el intervalo entre los dos puntos fijos se divide en 100 partes iguales tanto en la escala Celsius como en la escala absoluta Kelvin , se comprende que el grado Celsius es igual al Kelvin.
Fórmulas de transformación.
c = f - 32 = t-273
--- ----- ------
100 180 100
Donde :
C = temperatura en la escala Celsius .
F= temperatura en la escala Fahrenheit.
T = temperatura en la escala absoluta Kelvin.
Termómetros .
Son los aparatos destinados a medir la temperatura de los cuerpos, midiendo una magnitud física , los termómetros miden directa o indirectamente una temperatura.
Esta diversidad permite que en la práctica se pueda medir cualquier temperatura en un amplio margen.
Termómetro de líquido.
Uno de los más utilizados es el de mercurio , metal que es líquido entre -38,8 °C{ temperatura de congelación } y 357 °C { temperatura de ebullición }.
Termómetro de gas.
Que se basa en la relación que existe entre la temperatura , el volumen y la presión de una masa gaseosa.La presión del gas varía con la temperatura de manera que el aumento de presión es proporcional al aumento de temperatura. el termómetro de gas ha permitido establecer cierto número de puntos fijos en la escala de temperatura . Se utiliza principalmente para . medidas de temperatura bajas. El helio, que tiene el punto de ebullición más bajo de todos los elementos químicos hierve a -269°C.
Termómetros de resistencia .
En este tipo de termómentros se utiliza la propiedad que tienen los metales de aumentar su resistencia eléctrica con la temperatura .
Termómetro de resistencia.
Los metales más corrientemente empleados son el platino y el niquel. Una espiral de platino cuya resistencia a -200°C es igual a 2 ohmios, a la temperatura de 0°C tiene una resistencia de 11ohms y a la temperatura de 400°C una resistencia de 25 ohms. Para la determinación de las temperaturas se utilizan fórmulas empíricas ; es decir , fórmulas obtenidas a partir de medidas de la resistencia de la espiral a temperaturas conocidas.
Termómetros bimetálicos.
Utilizan la distinta dilatación de dos láminas de diferentes metales { por ejemplo. acero, y latón } en íntimo contacto y arrolladas en espiral. Al cambiar la temperatura , se deforma el arrollamiento y el extremo libre se desplaza, moviendo una aguja indicadora, que marca la temperatura.
PAR TERMOELÉCTRICO.
En la superficie de contacto de dos metales distintos aparece siempre una diferencia potencial. Esta es función de la temperatura . Si se colocan dos de estos puntos de contacto en un circuito conductor a distintas temperaturas , aparece un fuerza electromotiz termoeléctrica en el circuito. Un circuito así constituido con distintos metales se llama par termoeléctrico . Con los pares temoeléctricos , se miden siempre las de temperatura entre un punto de contacto de temperatura conocida y otro de temperatura conocida y otro de temperatura desconocida que es la que se obtiene.
PAR TERMOELÉCTRICO.
Un par termoeléctrico corriente es la combinación cobre-constantán , cuya fuerza electromotiz, { f.e.m.}
termoeléctrico es de 40 microvoltios / °C.
Pirómetro de radiación parcial.
En este aparato se utiliza la radiación emitida por una cuerpo incandescente comparándola con la radiación emitida por un hilo incandescente. Una lente reproduce el objeto cuya temperatura se debe medir, y se produce de tal manera que la imagen se situé en el mismo plano que el hilo a través de un ocular y un filtro rojo . Con una resistencia se regula que la intensidad de corriente que atraviesa el hilo tenga el mismo color que el objeto y no pueda distinguirse . Entonces se lee la temperatura en un amperio graduado en °C.
Pirometro de radiación total.
Este sistema lleva una pequeña lente convergente que reúne las radiaciones procedentes de la superficie cuya temperatura se debe medir sobre un disco metálico ennegrecido con negro de humo y soldado al hilo de un par termoeléctrico,la lectura de la temperatura se hace en un milivoltimetro graduado directamente en °C . Este tipo de pirómetro se utiliza para registrar las variaciones de temperatura de una superficie.
Termómetro de máxima y minima.
Es de mucha aplicación en la medida de temperaturas ambientales .Está constituido por un tubo de vidrio doblado en U, con mercurio y alcohol en su interior . Al desplazarse el mercurio arrastra consigo unos indices metálicos pequeños , que indican el extremo inferior o superior que ha alcanzado la temperatura . Una vez observada la temperatura , se deslizan los índices metálicos hasta tomar contacto con el mercurio , con la ayuda de un imán .
La introducción del alcohol se debe a que éste se dilata y contrae grandemente con los cambios de temperatura ; así , al aumentar la temperatura , el alcohol empuja el mercurio que asciende por el lado derecho e indica la temperatura máxima , mientras que, al disminuir ésta, se contrae el alcohol y el mercurio pasa a ocupar el vacio dejado por aquél , retrocediendo e indicando la temperatura mínima en el lado izquierdo de las dos ramas del termómetro.
CALOR ABSORBIDO O CEDIDO POR UN CUERPO.
El efecto más inmediato de la transferencia de calor de un cuerpo a otro es el cambio de temperatura, se enfría el que lo cede y se calienta el que recibe el calor.
Se comprueba fácilmente que la cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores.
A }La variación de temperatura que se desa conseguir.
Es evidente en efecto , que hay que dar más calor a un cuerpo para que eleve su temperatura 80 °C que para que sólo aumente 10 °C por ejemplo.
B } La masa del cuerpo que se caliente o enfrie .
Se comprende que hay que suministrar más calor para calentar 1000 g de agua hasta cierta temperatura que para calentar a la misma temperatura sólo 5 g de agua.
C } La naturaleza del cuerpo.
Es un hecho experimental que masas iguales de diversos cuerpos necesitan cantidades distintas de calor para elevar su temperatura el mismo números de grados . Hay algo en la propia naturaleza de cada cuerpo por lo que absorbe o cede calor con mayor o menor facilidad.
El producto c.m. que representa la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1 °C la temperatura del cuerpo correspondiente , se llama capacidad calorifica del mismo. La capacidad calorifica de un mol se denomina calor molar y la de un átomo- gramo calor atómico.
El calor especifico es una constante propia de cada sustancia . Se define como el calor que debe recibir un gramo de una sustancia para que aumente 1 °C su temperatura .
EQUILIBRIO TÉRMICO.
Si se supone que no hay pérdidas de calor , el calor cedido por el cuerpo a mayor temperatura debe ser igual al calor absorbido por el cuerpo que estaba a menor temperatura . Si el proceso continua , los dos cuerpos alcanzarán la misma temperatura llegándose al equilibrio térmico y cesando el flujo de calor entre ellos.
Calorímetro.
Cuando se introducen en el calorimetro un cuerpo caliente y otro frio, parte del calor se transfiere al calorimetro y al agitador , por lo que se debe tener en cuenta cuando se efectúan mediciones de precisión.
Calores de transformación.
Se sabe que cuando un cuerpo experimenta un cambio de estado físico , puede recibir o perder calor sin que su temperatura cambie. Así, cuando un trozo de hielo funde a la presión atmosférica, se mantiene a 0°C aunque reciba calor del exterior. Dicho calor se emplea en transformar el agua sólida en agua líquida,por lo que recibe, en general el nombe de calor de transformación.
En lo que respecta a los cambios de estado físico , cada sustancia está caracterizada por coeficientes especiales.
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.
Ya se ha visto que a la realización de un trabajo corresponde una cantidad de calor.
" Cuando un cuerpo o sistema de cuerpos , después de una serie de transformaciones , vuelve a su estado inicial , el trabajo exterior realizado es proporcional a la cantidad de calor desarrollado".
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lunes, 26 de diciembre de 2016
sábado, 17 de diciembre de 2016
ACÚSTICA
Es aquella parte de la fisica que estudia el origen , la propagación y las propiedades del sonido y sus aplicaciones .
El sonido se produce por vibraciones de los cuerpos, que se transmite al aire que lo rodea.
A} Se toma dos panderetas , se colocan paralelas , enfrentadas y cercanas . De una de ellas se suspende un pequeño pendulo.Al golpear la otra, el péndulo de la anterior comienza a vibrar.
B} Se coloca un despertador , dentro de una campana de vacio ; cuando aquél suene no se oirá desde el exterior
Según la experiencia A } ,el sonido se produce por la vibración de un cuerpo; y según la B } se propaga en el aire , nunca en el vacio.
Las vibraciones se transmiten de zona en zona en el aire, hasta llegar a nuestro tímpano , el cual vibra transmitiendo dicho movimiento a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él , lo que da por resultado la sensación que llamamos sonido.
El sonido se caracteriza por la intensidad, la altura y el timbre.
La intensidad es determinada por nuestra percepción , pues decimos fuertes o débiles en forma subjetiva . Pero científicamente la intensidad del sonido aumenta cuando lo hace la amplitud de la vibración.
La altura da origen a la clasificación en graves y agudos { bajos o altos } Está en función del número de vibraciones .
El oido humano no es capaz de captar sonidos de cualquier frecuencia ; los limites inferior y superior son aproximadamente 16 y 45 000 hertz respectivamente.
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y altura . cuál es la fuente de cada uno.
En el sonido la caracteristica más fácil de medir es la altura, es decir la frecuencia de la vibración que lo origina. El sonido se produce por propagaciones de ondas en el aire u otros medios ..El elemento que se emplea comúnmente es el Diapasón { varilla prismática doblada en forma de U , sostenida en su punto medio , la cual tiene una frecuencia claramente definida que depende de la longitud de las ramas y de la anchura , e independientemente del espesor.}
El instrumento más exacto para dichas mediciones es la sirena de Cayniard de la Tour.
Las ondas de la superficie del agua y el sonido son dos formas diferentes de ondas mecánicas . En el transcurso de la propagación de estas ondas , las partículas que tienen una cierta masa oscilan alrededor de su posición de equilibrio no transportando este movimiento vibratorio materia, sino solo energía .
Según la dirección en que se mueve la onda con respecto a la dirección del movimiento armónico que la origina , puede distinguirse entre : ondas longitudinales , que imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento paralelos a la dirección en que se propagan , y ondas trasversales que , por el contrario , imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento perpendiculares a la dirección de propagación { en los cuerpos sólidos son éstas las llamadas ondas de tensión } .
En el aire, el sonido se propaga en forma de onda longitudinal ; las particulas en oscilación { moléculas del aire } se desplazan desde delante hacia atrás en la dirección de propagación de la onda. A partir de su origen , el sonido se propaga en todas las direcciones .
Las ondas producidas en la superficie del agua son ejemplos de ondas trasversales . Las moléculas de agua oscilan de arriba abajo perpendicularmente a la superficie y a la dirección de propagación.
CARACTERISTICAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO.
En todo movimiento ondulatorio es preciso considerar varios parámetros.
A } VELOCIDAD: Es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagación.
B} PERIODO: Es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una oscilación completa .Se representa por T . El periodo de un movimiento ondulatorio responde a la misma idea que el periodo de un movimiento armónico, de conformidad con la relación existente entre ambos movimientos.
C } LONGITUD DE ONDA : La distancia a que se propaga una onda en el trasncurso de un periodo recibe el nombre de longitud de onda. . Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de propagación que tengan la misma posición y la misma dirección { fase } . Los puntos situados a una distancia { ye } y en la dirección de propagación se hallan en concordancia de fase.
D } AMPLITU DE ONDA : Es el valor máximo del desplazamineto , es decir, la elongación máxima.Se representa por A .
E } FRECUENCIA : Se define como el número de vibraciones que se producen en un segundo . Se expresa por la letra N y sus unidades son vibraciones / segundo, unidad que recibe el nombre de herzio
{ Hz }.
Cuando un movimiento ondulatorio incide sobre un obstáculo , se origina otro movimiento ondulatorio , denominado reflejado , que se propaga por el mismo medio ; este fenómeno se llama reflexión.
Las caracteristicas del movimiento reflejado depende de la forma que presente el obstáculo.
En consecuencia , todo movimiento ondulatorio experimenta un cambio de velocidad al pasar de un medio a otro , variación que da origen al fenómeno conocido con el nombre de refracción.
Tal como se ha dicho , en un medio homogéneo , un movimiento ondulatorio se propaga con velocidad constante siendo esta velocidad de propagación distinta para cada medio.
Las caracteristicas del movimiento refractado dependen de la forma que presente la superficie de separación de los dos medios , así como de la velocidad de propagación en ambos.
DIFRACCIÓN DE ONDAS.
Si arrojamos una piedra, se crea un movimiento ondulatorio en una de las partes , se observa que cuando las ondas llegan al orificio del tabique , al otro lado de éste aparece un segundo movimiento ondulatorio cuyo foco se encuentra en el orificio , lo que constituye el fenómeno fisico conocido como DIFRACCIÓN .
La difracción es tanto más acusada cuanto mayor es la longitud de onda y menor el tamaño del orificio ; por ello , para ondas de pequeña longitud , tales como las luminosas , el fenómeno es dificilmente perceptible , pudiendo observarse únicamente cuando el orificio es extraordinariamente pequeño.
INTERFERENCIA.
Cuando dos movimientos ondulatorios se propagan en un misma región del espacio, ambos se superponen , dando lugar a un tercer movimiento cuya elongación ---en un punto determinado y en un momento concreto--- se obtiene sumando las correspondientes elongaciones de ambos movimientos , fenómeno éste que se conoce con el nombre de INTERFERENCIA .
Conocidas las ecuaciones de propagación de dos movimientos ondulatorios , se puede deducir analíticamente la ecuación, correspondiente al movimiento que resulta de la interacción de ambos.
Si dichas ondas tienen igual dirección y sentido y además en oposición de fase { diferencia entre ambas fases de 180 ° } la sumas se anulan y los puntos están en reposo.
VELOCIDAD DEL SONIDO.
Las experiencias más exactas realizadas dan como resultado valor aproximado de la velocidad 330,7m/s, en el aire y a O° C de temperatura. Bajo el agua y a 8°C se obtuvieron 1 435 m/s.
La velocidad de propagación del sonido depende de la densidad y elasticidad del medio en el cual se propaga . Es independiente de la fercuencia y del la intensidad.
EL ECO.
Como consecuencia de la propagación del sonido por ondas , se produce el eco, que es la reflexión de la onda al llegar a una superficie de separación con un medio de distinta densidad . En realidad hay eco cuando se puede captar el sonido directo y el reflejado distiguiéndolos.
Se sabe que el oido humano es capaz de diferenciar un sonido de otro solamente si el intervalo de tiempo que transcurre entre la percepción de uno y otro es de 0,1 { una décemina de segundo.}.
Si se calcula el espacio que un sonido recorre en o,1, al transmitir por el aire { donde la velocidad es de 340 m/s,}, como v = e/t .
e=v.t = 340 m/s. 0,1 s = 34 m.
El espacio recorrido es de 34 m en linea recta . Suponga que a 17 m de usted se encuentra una pared vertical capaz de reflejar el sonido . Al pronunciar la vocal a , el sonido recorrerá 17 m hacia adelante , y al llegar a la pared, se reflejará recorriendo otros 17 m ,en sentido contrario, volviendo a usted . El espacio total recorrido por el sonido será de O,1,s, por lo que la vocal a será oída de nuevo por su oido.
Mas , por la diferencia de densidad de los medios en los cuales se propaga el sonido, no sólo se produce reflexión , sino también refracción.
El problema del eco es tenido en cuenta en las salas de espectáculos , porque la trayectoria que seguirán las ondas sonoras estará en función de la ubicación de los ornamentos, cuya distribución influirá en la pureza del sonido que se obtenga.
Nuestro cerebro está capacitado para distinguir con claridad el lugar de origen de sonidos producidos por dos fuentes desplazadas una con respecto a otra 1O ° .
RESONANCIA.
Dadas dos fuentes de vibraciones de igual naturaleza y capaces de emitir con igual frecuencia , si una de ellas comienza a vibrar , cuando las ondas lleguen a la otra , también vibrará . Este fenómeno se llama RESONANCIA .
La fórmula por la cual se cálcula la frecuencia cuando el observador se mueve con respecto a la fuente es distinta a la que permite calcular la frecuencia cuando es la fuente la que se mueve .
LLamando v´ a la velocidad relativa y v a la velocidad del sonido en el medio de propagación.
El sonido se produce por vibraciones de los cuerpos, que se transmite al aire que lo rodea.
A} Se toma dos panderetas , se colocan paralelas , enfrentadas y cercanas . De una de ellas se suspende un pequeño pendulo.Al golpear la otra, el péndulo de la anterior comienza a vibrar.
B} Se coloca un despertador , dentro de una campana de vacio ; cuando aquél suene no se oirá desde el exterior
Según la experiencia A } ,el sonido se produce por la vibración de un cuerpo; y según la B } se propaga en el aire , nunca en el vacio.
Las vibraciones se transmiten de zona en zona en el aire, hasta llegar a nuestro tímpano , el cual vibra transmitiendo dicho movimiento a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él , lo que da por resultado la sensación que llamamos sonido.
El sonido se caracteriza por la intensidad, la altura y el timbre.
La intensidad es determinada por nuestra percepción , pues decimos fuertes o débiles en forma subjetiva . Pero científicamente la intensidad del sonido aumenta cuando lo hace la amplitud de la vibración.
La altura da origen a la clasificación en graves y agudos { bajos o altos } Está en función del número de vibraciones .
El oido humano no es capaz de captar sonidos de cualquier frecuencia ; los limites inferior y superior son aproximadamente 16 y 45 000 hertz respectivamente.
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y altura . cuál es la fuente de cada uno.
En el sonido la caracteristica más fácil de medir es la altura, es decir la frecuencia de la vibración que lo origina. El sonido se produce por propagaciones de ondas en el aire u otros medios ..El elemento que se emplea comúnmente es el Diapasón { varilla prismática doblada en forma de U , sostenida en su punto medio , la cual tiene una frecuencia claramente definida que depende de la longitud de las ramas y de la anchura , e independientemente del espesor.}
El instrumento más exacto para dichas mediciones es la sirena de Cayniard de la Tour.
Las ondas de la superficie del agua y el sonido son dos formas diferentes de ondas mecánicas . En el transcurso de la propagación de estas ondas , las partículas que tienen una cierta masa oscilan alrededor de su posición de equilibrio no transportando este movimiento vibratorio materia, sino solo energía .
Según la dirección en que se mueve la onda con respecto a la dirección del movimiento armónico que la origina , puede distinguirse entre : ondas longitudinales , que imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento paralelos a la dirección en que se propagan , y ondas trasversales que , por el contrario , imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento perpendiculares a la dirección de propagación { en los cuerpos sólidos son éstas las llamadas ondas de tensión } .
En el aire, el sonido se propaga en forma de onda longitudinal ; las particulas en oscilación { moléculas del aire } se desplazan desde delante hacia atrás en la dirección de propagación de la onda. A partir de su origen , el sonido se propaga en todas las direcciones .
Las ondas producidas en la superficie del agua son ejemplos de ondas trasversales . Las moléculas de agua oscilan de arriba abajo perpendicularmente a la superficie y a la dirección de propagación.
CARACTERISTICAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO.
En todo movimiento ondulatorio es preciso considerar varios parámetros.
A } VELOCIDAD: Es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagación.
B} PERIODO: Es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una oscilación completa .Se representa por T . El periodo de un movimiento ondulatorio responde a la misma idea que el periodo de un movimiento armónico, de conformidad con la relación existente entre ambos movimientos.
C } LONGITUD DE ONDA : La distancia a que se propaga una onda en el trasncurso de un periodo recibe el nombre de longitud de onda. . Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de propagación que tengan la misma posición y la misma dirección { fase } . Los puntos situados a una distancia { ye } y en la dirección de propagación se hallan en concordancia de fase.
D } AMPLITU DE ONDA : Es el valor máximo del desplazamineto , es decir, la elongación máxima.Se representa por A .
E } FRECUENCIA : Se define como el número de vibraciones que se producen en un segundo . Se expresa por la letra N y sus unidades son vibraciones / segundo, unidad que recibe el nombre de herzio
{ Hz }.
Cuando un movimiento ondulatorio incide sobre un obstáculo , se origina otro movimiento ondulatorio , denominado reflejado , que se propaga por el mismo medio ; este fenómeno se llama reflexión.
Las caracteristicas del movimiento reflejado depende de la forma que presente el obstáculo.
En consecuencia , todo movimiento ondulatorio experimenta un cambio de velocidad al pasar de un medio a otro , variación que da origen al fenómeno conocido con el nombre de refracción.
Tal como se ha dicho , en un medio homogéneo , un movimiento ondulatorio se propaga con velocidad constante siendo esta velocidad de propagación distinta para cada medio.
Las caracteristicas del movimiento refractado dependen de la forma que presente la superficie de separación de los dos medios , así como de la velocidad de propagación en ambos.
DIFRACCIÓN DE ONDAS.
Si arrojamos una piedra, se crea un movimiento ondulatorio en una de las partes , se observa que cuando las ondas llegan al orificio del tabique , al otro lado de éste aparece un segundo movimiento ondulatorio cuyo foco se encuentra en el orificio , lo que constituye el fenómeno fisico conocido como DIFRACCIÓN .
La difracción es tanto más acusada cuanto mayor es la longitud de onda y menor el tamaño del orificio ; por ello , para ondas de pequeña longitud , tales como las luminosas , el fenómeno es dificilmente perceptible , pudiendo observarse únicamente cuando el orificio es extraordinariamente pequeño.
INTERFERENCIA.
Cuando dos movimientos ondulatorios se propagan en un misma región del espacio, ambos se superponen , dando lugar a un tercer movimiento cuya elongación ---en un punto determinado y en un momento concreto--- se obtiene sumando las correspondientes elongaciones de ambos movimientos , fenómeno éste que se conoce con el nombre de INTERFERENCIA .
Conocidas las ecuaciones de propagación de dos movimientos ondulatorios , se puede deducir analíticamente la ecuación, correspondiente al movimiento que resulta de la interacción de ambos.
Si dichas ondas tienen igual dirección y sentido y además en oposición de fase { diferencia entre ambas fases de 180 ° } la sumas se anulan y los puntos están en reposo.
VELOCIDAD DEL SONIDO.
Las experiencias más exactas realizadas dan como resultado valor aproximado de la velocidad 330,7m/s, en el aire y a O° C de temperatura. Bajo el agua y a 8°C se obtuvieron 1 435 m/s.
La velocidad de propagación del sonido depende de la densidad y elasticidad del medio en el cual se propaga . Es independiente de la fercuencia y del la intensidad.
EL ECO.
Como consecuencia de la propagación del sonido por ondas , se produce el eco, que es la reflexión de la onda al llegar a una superficie de separación con un medio de distinta densidad . En realidad hay eco cuando se puede captar el sonido directo y el reflejado distiguiéndolos.
Se sabe que el oido humano es capaz de diferenciar un sonido de otro solamente si el intervalo de tiempo que transcurre entre la percepción de uno y otro es de 0,1 { una décemina de segundo.}.
Si se calcula el espacio que un sonido recorre en o,1, al transmitir por el aire { donde la velocidad es de 340 m/s,}, como v = e/t .
e=v.t = 340 m/s. 0,1 s = 34 m.
El espacio recorrido es de 34 m en linea recta . Suponga que a 17 m de usted se encuentra una pared vertical capaz de reflejar el sonido . Al pronunciar la vocal a , el sonido recorrerá 17 m hacia adelante , y al llegar a la pared, se reflejará recorriendo otros 17 m ,en sentido contrario, volviendo a usted . El espacio total recorrido por el sonido será de O,1,s, por lo que la vocal a será oída de nuevo por su oido.
Mas , por la diferencia de densidad de los medios en los cuales se propaga el sonido, no sólo se produce reflexión , sino también refracción.
El problema del eco es tenido en cuenta en las salas de espectáculos , porque la trayectoria que seguirán las ondas sonoras estará en función de la ubicación de los ornamentos, cuya distribución influirá en la pureza del sonido que se obtenga.
Nuestro cerebro está capacitado para distinguir con claridad el lugar de origen de sonidos producidos por dos fuentes desplazadas una con respecto a otra 1O ° .
RESONANCIA.
Dadas dos fuentes de vibraciones de igual naturaleza y capaces de emitir con igual frecuencia , si una de ellas comienza a vibrar , cuando las ondas lleguen a la otra , también vibrará . Este fenómeno se llama RESONANCIA .
La fórmula por la cual se cálcula la frecuencia cuando el observador se mueve con respecto a la fuente es distinta a la que permite calcular la frecuencia cuando es la fuente la que se mueve .
LLamando v´ a la velocidad relativa y v a la velocidad del sonido en el medio de propagación.
domingo, 11 de diciembre de 2016
HIDRODINÁMICA.
Es la parte de la dinámica que estudia el movimiento de los líquidos.
Esta rama de la mecánica se denomina hidrodinámica por el hecho de que el agua es el líquido más abundante en la naturaleza. Ahora bien , las leyes de la hidrodinámica son válidas tanto para el agua como para todos los demás líquidos e incluso para los gases, siempre que no haya grandes variaciones en los valores de la presión.
"Régimen estacionario ", que es aquel en el cual las caracteristicas del movimiento no experimentan variación alguna con el paso del tiempo, esto es : si por un punto P pasa en un instante dado una particula del líquido con una velocidad v y una aceleración a , describiendo después una determinada trayectoria , todas las particulas que posteriormente pasen por P lo harán con la misma velocidad y aceleración , y siguiendo la misma trayectoria.
REGÍMENES DEL MOVIMIENTO DE LÍQUIDOS.
La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes fisicas : espacio,velocidad , aceleración , masa, fuerza,viscosidad, etc. que intervienen en el fenómeno del movimiento de un líquido , movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados.
---------Régimen sin rozamiento o de Bernoulli.
---------Régimen laminar o de Poiseuille.
---------Régimen turbulento o de Venturi.
El régimen sin rozamiento o de Bernoulli se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y el punto y el líquido está desprovisto por completo de viscosidad. Se caracteriza porque todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S { subuno } de la conducción , se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S { subdos. }
El régimen laminar o de Poiseulle se produce cuando se dan las mismas circunstancias que en el régimen sin rozamiento , salvo una : el líquido posee viscosidad , se caracteriza porque todas las partículas se mueven con mayor velocidad cuanto más alejadas se encuentran de las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S{ subuno} en otro instante posterior no lo están , debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que las situadas en las proximidades o en contacto con las paredes. Tanto en el régimen sin rozamiento como en el laminar es de notable interés considerar los conceptos de linea de corriente y tubo de corriente .
El régimen turbulento o de Venturi se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por la presencia de torbellinos y porque las lineas de corriente se cortan entre si, constituyendo un movimiento totalmente caótico.
LÍNEA DE CORRIENTE.
Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido , Sus caracteristicas principales son :
A} En cualquier punto de la linea de corriente , el vector velocidad es siempre tangente a la misma
B } La velocidad de una partícula varia , en general tanto en magnitud como en dirección a lo largo de la línea de corriente , pero en el régimen estacionario todas las partículas que pasen por un punto dado P tendrán la misma velocidad v . Es . decir, que en cada punto hay un solo vector velocidad.
TUBO DE CORRIENTE.
Es el conjunto formado por todas las lineas de corriente que atraviesan una superficie cerrada concreta.
Para aclarar el concepto de tubo de corriente , podemos imaginarnos que la propia tuberia por la que circula un fluido forma un tubo de corriente.
Las características principales de un tubo de corriente son las siguientes .
A} Un tubo de corriente puede tener distinta sección a lo largo de las lineas de corriente.
B} El número de lineas de corrientes es el mismo para cualquier sección del tubo de corriente.
C} Las lineas de corriente nunca se cruzan unas con otras en el tubo de corriente.
D} El flujo del fluido a través del tubo de corriente es constante .Esto quiere decir que no existen pérdidas de flujo a través de las paredes laterales del tubo.
E } Para cualquier sección de un tubo de corriente , la velocidad de las particulas que la atraviesan es la misma. Así , las partículas que atraviesan la sección A tienen todas la velocidad Va{ sud a } ,las que atraviesan la sección B tienen todas la velocidad Vh etc.
Las velocidades de las partículas de un líquido en los distintos puntos de una conducción son inversamente proporcionales a las secciones correspondientes .
Esta ecuación implica que la velocidad de la corriente es tanto mayor cuanto más pequeña sea la sección que atraviesa.
GASTO CAUDAL.
El producto S.v se denomina gasto o caudal, y se representa por Q.
Q= S.v .
En consecuencia , la ecuación de continuidad se puede enunciar también diciendo " el gasto de una conducción , por la que circula un líquido con movimiento estacionario, es constante "
TEOREMA DE BERNOULLI.
Este teorema puede ser considerado como la ecuación fundamental de la hidrodinámica . Relaciona las presiones , alturas y velocidades de dos particulas de un líquido incomprensible y carente de viscosidad. situadas en distintos puntos de una conducción.
" la suma de las presiones estática , p { debida al movimiento aleatorio de las particulas } . de la presión dinámica, 1 /2 d.v { al cuadrado } y de la presión hidrostática d.g.h { debida al propio peso del líquido} permanece constante a lo largo del líquido en movimiento."
Cuando un fluido está en reposo , su velocidad es nula en todos sus puntos , de manera que , mediante la aplicación de la ecuación de Bernoulli , a dos puntos cualesquiera del fluido , obtendremos la expresión de la ecuación fundamental de la hidrostática .
TEOREMA DE TORRICELLI.
Puede demostrarse fácilmente que a la salida del orificio , el líquido adquiere una velocidad que es precisamente la misma que si cayese libremente desde el nivel de la superficie libre al nivel del agujero. Este enunciado constituye el teorema de Torrecille.
EFECTO VENTURI
El efecto. Venturi se basa en la aplicación del teorema de Bernoulli y la ecuación de continuidad.
Enunciado " La presión del fluido aumenta en las zonas de mayor sección y disminuye en los estrechamientos ".
El tubo de Venturi colocado en una conducción de agua , se utiliza como contador y con él se calculan la velocidad del fluido y el caudal que fluye por el mismo.
Con pequeñas modificaciones , el tubo de Venturi puede utilizarse para medir el flujo sanguineo, asi como la velocidad de otros fluidos.
Aplicaciones del efecto Venturi.
El efecto Venturi es el principio fisico en el que se basan gran cantidad de mecanismos de uso frecuente A continuación se enuncian algunos de ellos.
TROMPA DE AGUA.
Es un aparato destinado a enrarecer al aire en el interior de un recipiente.
La corriente de agua , al pasar por el estrechamiento , experimenta un aumento de velocidad y , como consecuencia , por el efecto de Venturi , se produce una baja presión , con lo que se consigue succionar aire de la cámara produciendo su enrarecimiento.
PULVERIZADOR.
Como su nombre indica , es un aparato empleado para pulverizar líquidos. Su funcionamiento es el siguiente : se hace pasar una corriente de aire a través de un tubo que tiene un estrangulamiento en el cual desemboca otro tubo , que viene de un recipiente lleno de líquido . La velocidad de la corriente de aire aumenta en el estrangulamiento de donde resulta una depresión que aspira el líquido del recipiente ; el líquido , en estado de muy finas gotitas, seguira la corriente de aire y será eyectado
Mechero.Bunsen.
Es un mechero en el que el paso del gas combustible origina la entrada del aire necesario para la combustión.
Consiste en dos tubos concéntricos . El tubo interior va provisto de un estrechamiento en su extremo , en tanto que el exterior posee un orificio lateral, justamente a la altura en que se encuentra el extremo del tubo interior.
La corriente de gas, que circula por el tubo experimenta un aumento de velocidad al llegar al extremo del mismo , con lo que se produce una depresión , que origina la entrada de aire por el orificio lateral del tubo exterior.
A partir de este instante , ambos gases--combustible y aire --circulan mezclados hasta llegar a la parte superior del tubo exterior, donde se realiza la combustión.
VISCOSIDAD.
En el estudio de la hidrodinámica , se ha supuesto que los líquidos se hallan completamente desprovistos de viscosidad.
Sin embargo, esto no es cierto, ya que, en realidad existen unas fuerzas de rozamiento entre las particulas de los fluidos en movimiento. Si éstas son muy perceptibles se dice que los fluidos son viscosos.
Viscosidad es la propiedad de ciertor liquidos --debida al frotamiento de sus moléculas ---de resistirse a la dirección de su movimiento.
La viscosidad, que resulta como efecto combinado de la adhesión y la cohesión es el contrario de la fluidez .Son cuerpos muy viscosos : el aceite, la miel, etc.
Si se considera el movimiento de las partículas de fluido que éstan en contacto con la pared, se observará que son frenadas por la misma y que la velocidad aumenta en aquellas que estan más alejadas de la pared .Se llama caída de velocidad a la relación entre la diferencia de velocidades v entre
dos partículas y la distancia r que las separa.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la superficie de contacto entre dos capas de fluido y a la caida de velocidad...
" Se llama poise a la viscosidad de un fluido tal que al deslizarse uno sobre otro dos elementos de superficie del mismo., de 1 cm { al cuadrado } y a la distancia mutua de 1 cm , sufren una fuerza de rozamiento de una dina que da lugar a una diferencia relativa de velocidades de 1 cm /seg"
Para aquellas medidas en las que el poise resulte excesivamente grande, se emplea un submultiplo cien veces menor, que se denomina centipoise y se representa por Cp
1 p =100cP .
Según el teorema de Bernoulli , para un tubo horizontal de sección constante, debería mantenerse constante la presión estática en todos sus puntos, ya que la velocidad es fija . Debido no obstante , al fenómeno de la viscosidad que presentan todos los líquidos , en mayor o menor , se observa a lo largo del tubo, en el sentido del movimiento , una disminución de dicha presión , llamada pérdida de carga.
Sin embargo , la viscosidad resulta dificil de medir, por lo que , en su lugar , se utiliza otra magnitud , directamente relacionada con ella y de más fácil medición, denominada viscosidad cinématica .
Viscosidad cinématica es el cociente que resulta de dividir la viscosidad de un líquido entre su densidad se representa por n´
Por ser la viscosidad cinématica el cociente que resulta de dividir la viscosidad entre la densidad , su formula dimensional se obtiene dividiendo las formulas dimensionales de .la viscosidad y la densidad.
La determinación de la viscosidad de un líquido se realiza mediante un aparato denominado viscosímetro,recipiente con un orificio en su fondo.
Tal como se ha estudiado anteriormente , un fluido viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo en régimen laminar o turbulento.
Fue el físico inglés Osborne Reynolds { 1842--1912 } quien , mediante diversas experiencias , demostró que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad n del fluido , e inversamente proporcional a su densidad d y al diámetro, de modo que Vk.
No todas las moléculas de un líquido sufren las mismas fuerzas de atracción por parte de las que están a su alrededor , las fuerzas de atracción recíproca entre las moléculas se denominan fuerzas de cohesión .Aparte éstas existen otras fuerzas de atracción , entre las moléculas del líquido, y las paredes del recipiente que lo contiene, denominadas de adhesión.
Se denomina meniscos las distintas formas que adopta la superficie de los líquidos en la zona de contacto con la pared de la vasija que los contiene .La forma de los meniscos depende del valor de las fuerzas de cohesión y adherencia.
LA LEY DE JURIN.
" La altura alcanzada por un líquido en tubo capilar es proporcional a la tension superficial e inversamente proporcional al radio del tubo y a la densidad del líquido "
Los fenomenos capilares explican la ascención de la savia que alimentan las plantas, asi como también por qué sube la gasolina por la mecha del encendedor , cómo el agua sube por los interticios de la tierra y la absorción de la tinta por los secantes.
Esta rama de la mecánica se denomina hidrodinámica por el hecho de que el agua es el líquido más abundante en la naturaleza. Ahora bien , las leyes de la hidrodinámica son válidas tanto para el agua como para todos los demás líquidos e incluso para los gases, siempre que no haya grandes variaciones en los valores de la presión.
"Régimen estacionario ", que es aquel en el cual las caracteristicas del movimiento no experimentan variación alguna con el paso del tiempo, esto es : si por un punto P pasa en un instante dado una particula del líquido con una velocidad v y una aceleración a , describiendo después una determinada trayectoria , todas las particulas que posteriormente pasen por P lo harán con la misma velocidad y aceleración , y siguiendo la misma trayectoria.
REGÍMENES DEL MOVIMIENTO DE LÍQUIDOS.
La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes fisicas : espacio,velocidad , aceleración , masa, fuerza,viscosidad, etc. que intervienen en el fenómeno del movimiento de un líquido , movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados.
---------Régimen sin rozamiento o de Bernoulli.
---------Régimen laminar o de Poiseuille.
---------Régimen turbulento o de Venturi.
El régimen sin rozamiento o de Bernoulli se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y el punto y el líquido está desprovisto por completo de viscosidad. Se caracteriza porque todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S { subuno } de la conducción , se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S { subdos. }
El régimen laminar o de Poiseulle se produce cuando se dan las mismas circunstancias que en el régimen sin rozamiento , salvo una : el líquido posee viscosidad , se caracteriza porque todas las partículas se mueven con mayor velocidad cuanto más alejadas se encuentran de las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S{ subuno} en otro instante posterior no lo están , debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que las situadas en las proximidades o en contacto con las paredes. Tanto en el régimen sin rozamiento como en el laminar es de notable interés considerar los conceptos de linea de corriente y tubo de corriente .
El régimen turbulento o de Venturi se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por la presencia de torbellinos y porque las lineas de corriente se cortan entre si, constituyendo un movimiento totalmente caótico.
LÍNEA DE CORRIENTE.
Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido , Sus caracteristicas principales son :
A} En cualquier punto de la linea de corriente , el vector velocidad es siempre tangente a la misma
B } La velocidad de una partícula varia , en general tanto en magnitud como en dirección a lo largo de la línea de corriente , pero en el régimen estacionario todas las partículas que pasen por un punto dado P tendrán la misma velocidad v . Es . decir, que en cada punto hay un solo vector velocidad.
TUBO DE CORRIENTE.
Es el conjunto formado por todas las lineas de corriente que atraviesan una superficie cerrada concreta.
Para aclarar el concepto de tubo de corriente , podemos imaginarnos que la propia tuberia por la que circula un fluido forma un tubo de corriente.
Las características principales de un tubo de corriente son las siguientes .
A} Un tubo de corriente puede tener distinta sección a lo largo de las lineas de corriente.
B} El número de lineas de corrientes es el mismo para cualquier sección del tubo de corriente.
C} Las lineas de corriente nunca se cruzan unas con otras en el tubo de corriente.
D} El flujo del fluido a través del tubo de corriente es constante .Esto quiere decir que no existen pérdidas de flujo a través de las paredes laterales del tubo.
E } Para cualquier sección de un tubo de corriente , la velocidad de las particulas que la atraviesan es la misma. Así , las partículas que atraviesan la sección A tienen todas la velocidad Va{ sud a } ,las que atraviesan la sección B tienen todas la velocidad Vh etc.
Las velocidades de las partículas de un líquido en los distintos puntos de una conducción son inversamente proporcionales a las secciones correspondientes .
Esta ecuación implica que la velocidad de la corriente es tanto mayor cuanto más pequeña sea la sección que atraviesa.
GASTO CAUDAL.
El producto S.v se denomina gasto o caudal, y se representa por Q.
Q= S.v .
En consecuencia , la ecuación de continuidad se puede enunciar también diciendo " el gasto de una conducción , por la que circula un líquido con movimiento estacionario, es constante "
TEOREMA DE BERNOULLI.
Este teorema puede ser considerado como la ecuación fundamental de la hidrodinámica . Relaciona las presiones , alturas y velocidades de dos particulas de un líquido incomprensible y carente de viscosidad. situadas en distintos puntos de una conducción.
" la suma de las presiones estática , p { debida al movimiento aleatorio de las particulas } . de la presión dinámica, 1 /2 d.v { al cuadrado } y de la presión hidrostática d.g.h { debida al propio peso del líquido} permanece constante a lo largo del líquido en movimiento."
Cuando un fluido está en reposo , su velocidad es nula en todos sus puntos , de manera que , mediante la aplicación de la ecuación de Bernoulli , a dos puntos cualesquiera del fluido , obtendremos la expresión de la ecuación fundamental de la hidrostática .
TEOREMA DE TORRICELLI.
Puede demostrarse fácilmente que a la salida del orificio , el líquido adquiere una velocidad que es precisamente la misma que si cayese libremente desde el nivel de la superficie libre al nivel del agujero. Este enunciado constituye el teorema de Torrecille.
EFECTO VENTURI
El efecto. Venturi se basa en la aplicación del teorema de Bernoulli y la ecuación de continuidad.
Enunciado " La presión del fluido aumenta en las zonas de mayor sección y disminuye en los estrechamientos ".
El tubo de Venturi colocado en una conducción de agua , se utiliza como contador y con él se calculan la velocidad del fluido y el caudal que fluye por el mismo.
Con pequeñas modificaciones , el tubo de Venturi puede utilizarse para medir el flujo sanguineo, asi como la velocidad de otros fluidos.
Aplicaciones del efecto Venturi.
El efecto Venturi es el principio fisico en el que se basan gran cantidad de mecanismos de uso frecuente A continuación se enuncian algunos de ellos.
TROMPA DE AGUA.
Es un aparato destinado a enrarecer al aire en el interior de un recipiente.
La corriente de agua , al pasar por el estrechamiento , experimenta un aumento de velocidad y , como consecuencia , por el efecto de Venturi , se produce una baja presión , con lo que se consigue succionar aire de la cámara produciendo su enrarecimiento.
PULVERIZADOR.
Como su nombre indica , es un aparato empleado para pulverizar líquidos. Su funcionamiento es el siguiente : se hace pasar una corriente de aire a través de un tubo que tiene un estrangulamiento en el cual desemboca otro tubo , que viene de un recipiente lleno de líquido . La velocidad de la corriente de aire aumenta en el estrangulamiento de donde resulta una depresión que aspira el líquido del recipiente ; el líquido , en estado de muy finas gotitas, seguira la corriente de aire y será eyectado
Mechero.Bunsen.
Es un mechero en el que el paso del gas combustible origina la entrada del aire necesario para la combustión.
Consiste en dos tubos concéntricos . El tubo interior va provisto de un estrechamiento en su extremo , en tanto que el exterior posee un orificio lateral, justamente a la altura en que se encuentra el extremo del tubo interior.
La corriente de gas, que circula por el tubo experimenta un aumento de velocidad al llegar al extremo del mismo , con lo que se produce una depresión , que origina la entrada de aire por el orificio lateral del tubo exterior.
A partir de este instante , ambos gases--combustible y aire --circulan mezclados hasta llegar a la parte superior del tubo exterior, donde se realiza la combustión.
VISCOSIDAD.
En el estudio de la hidrodinámica , se ha supuesto que los líquidos se hallan completamente desprovistos de viscosidad.
Sin embargo, esto no es cierto, ya que, en realidad existen unas fuerzas de rozamiento entre las particulas de los fluidos en movimiento. Si éstas son muy perceptibles se dice que los fluidos son viscosos.
Viscosidad es la propiedad de ciertor liquidos --debida al frotamiento de sus moléculas ---de resistirse a la dirección de su movimiento.
La viscosidad, que resulta como efecto combinado de la adhesión y la cohesión es el contrario de la fluidez .Son cuerpos muy viscosos : el aceite, la miel, etc.
Si se considera el movimiento de las partículas de fluido que éstan en contacto con la pared, se observará que son frenadas por la misma y que la velocidad aumenta en aquellas que estan más alejadas de la pared .Se llama caída de velocidad a la relación entre la diferencia de velocidades v entre
dos partículas y la distancia r que las separa.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la superficie de contacto entre dos capas de fluido y a la caida de velocidad...
" Se llama poise a la viscosidad de un fluido tal que al deslizarse uno sobre otro dos elementos de superficie del mismo., de 1 cm { al cuadrado } y a la distancia mutua de 1 cm , sufren una fuerza de rozamiento de una dina que da lugar a una diferencia relativa de velocidades de 1 cm /seg"
Para aquellas medidas en las que el poise resulte excesivamente grande, se emplea un submultiplo cien veces menor, que se denomina centipoise y se representa por Cp
1 p =100cP .
Según el teorema de Bernoulli , para un tubo horizontal de sección constante, debería mantenerse constante la presión estática en todos sus puntos, ya que la velocidad es fija . Debido no obstante , al fenómeno de la viscosidad que presentan todos los líquidos , en mayor o menor , se observa a lo largo del tubo, en el sentido del movimiento , una disminución de dicha presión , llamada pérdida de carga.
Sin embargo , la viscosidad resulta dificil de medir, por lo que , en su lugar , se utiliza otra magnitud , directamente relacionada con ella y de más fácil medición, denominada viscosidad cinématica .
Viscosidad cinématica es el cociente que resulta de dividir la viscosidad de un líquido entre su densidad se representa por n´
Por ser la viscosidad cinématica el cociente que resulta de dividir la viscosidad entre la densidad , su formula dimensional se obtiene dividiendo las formulas dimensionales de .la viscosidad y la densidad.
La determinación de la viscosidad de un líquido se realiza mediante un aparato denominado viscosímetro,recipiente con un orificio en su fondo.
Tal como se ha estudiado anteriormente , un fluido viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo en régimen laminar o turbulento.
Fue el físico inglés Osborne Reynolds { 1842--1912 } quien , mediante diversas experiencias , demostró que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad n del fluido , e inversamente proporcional a su densidad d y al diámetro, de modo que Vk.
No todas las moléculas de un líquido sufren las mismas fuerzas de atracción por parte de las que están a su alrededor , las fuerzas de atracción recíproca entre las moléculas se denominan fuerzas de cohesión .Aparte éstas existen otras fuerzas de atracción , entre las moléculas del líquido, y las paredes del recipiente que lo contiene, denominadas de adhesión.
Se denomina meniscos las distintas formas que adopta la superficie de los líquidos en la zona de contacto con la pared de la vasija que los contiene .La forma de los meniscos depende del valor de las fuerzas de cohesión y adherencia.
LA LEY DE JURIN.
" La altura alcanzada por un líquido en tubo capilar es proporcional a la tension superficial e inversamente proporcional al radio del tubo y a la densidad del líquido "
Los fenomenos capilares explican la ascención de la savia que alimentan las plantas, asi como también por qué sube la gasolina por la mecha del encendedor , cómo el agua sube por los interticios de la tierra y la absorción de la tinta por los secantes.
domingo, 4 de diciembre de 2016
AEROSTÁTICA
Es la parte de la fisica que trata de los gases en reposo. En principio . los teoremas que se han estudiado en hidrostatica y sus consecuencias son también aplicables a los gases, si bien éstos presentan algunas caracteristicas peculiares , por lo que se tratan separadamente.
PROPIEDADES DE LOS GASES .
Las moléculas que constituyen los gases se encuentran en una situación notablemente distinta a la que presentan las particulas de los líquidos y solidos . Esta situación produce en los gases las siguientes propiedades.
A } Las fuerzas de atracción que unas moléculas ejercen sobre otras son prácticamente despreciables , como consecuencia , las distintas que separan unas moléculas de otras son sumamente grandes en comparación con el tamaño de las mismas . Por ello la densidad de los gases es muy pequeña
B } Debido a las minimas atracciones entre las moléculas , éstas tienen total libertad de movimientos y se desplazan constantemente , de forma desordenada , a gran velocidad .
C } El gas tiende a ocupar todo el recinto que lo contiene . Por ello se dice que los gases son muy expansibles y carecen de volumen definido adaptándose a la forma del recipiente..
D } Las moléculas chocan unas con otras constantemente y con las paredes del recipiente , sin esto suponga pérdida total de energía . Los choques contra el recipiente son la causa de la presión que el gas produce contra las paredes y el fondo de aquél .
E } La compresibilidad es una de las características más peculiares de los gases . Significa que , bajo el efecto de una presión externa, las moléculas del gas reducen al minimo las distancias que las separan.
PESO DEL AIRE.
Se ha comprobado en un frasco vacio, pesado antes de la experiencia , que una vez extraído el aire de su interior , al repetir la pesada, disminuye el peso.
Cada metro cúbico de aire pesa 1,03 kp.
La presión atmosférica normal es la que equilibra una columna de mercurio de 76 cm de altura , a O°C de temperatura y a un valor normal de la aceleración de la gravedad { g = 980,665 cm/ s} al cuadrado.
DATOS .
PESO DEL AIRE: cada metro cúbico de aire pesa 1. 03 kg.
Energia es todo lo que se puede convertir en trabajo mecánico.
La energía fluente : es aquella que se está renovando constantemente , como la radiación solar , el viento y las corrientes de agua.
El término energía básica engloba las formas de energía existentes en la tierra en cantidades limitadas, carbón , petróleo , gas natural uranio etc.
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se trasnforma.
La materia misma se puede transformar en energía y de hecho se la considera como energía condensada.
¿ como se mide la energía ?
Un cuerpo que se desplaza 1 m mediante una fuerza de 1 newton , consume 1 julio de energía . Todas las formas de energía se pueden medir con esta unidad .
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.
" un sólido sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de líquido que desaloja "
ESTADOS DE LA MATERIA.
A la temperatura ordinaria una roca es sólida , el agua liquida y el gaseoso.
En un liquido ciertas moléculas pueden tener una energía cinética mayor y expande las demás.
EL GAS .
La materia puede presentarse en distintos estados de agregación : sólido, líquido,y gaseoso.
En el primero , las moléculas se hallan estrechamente unidas por potentes fuerzas de atracción , mientras que en las dos últimas, estas fuerzas son más debiles, un cuerpo puede pasar de un estado a otro si varian las condiciones de presión y / O temperatura.
VOLUMEN.
Si se comprime el gas del recipiente mediante un émbolo o pistón , el volumen se reduce y los choques de las moléculas del gas se producen en un área menor del recipiente , con lo que la presión sobre éste aumenta Si el émbolo baja rápidamente se aumenta también la velocidad de las moléculas y se incrementa la temperatura.
El movimiento de las moléculas explica las propiedades de los gases , las moléculas de un gas con la forma de pequeñas bolas con la forma en continuo movimiento que colisionan entre ellas y con las paredes del recipiente ; sus movimientos explican los fenómenos de presión temperatura y volumen.
Ley de Avogadro en un globo.
El fisico italiano Avogadro establecio que volumenes iguales de gases distintos a iguales condiciones de presión y temperatura tienen el mismo número de moléculas . Es decir , las ligeras moléculas de hidrógeno en el globo aerostático se hallan en igual número que las más pesadas que forman la mezcla del aire para un volumen dado. Por esto el hidrógeno , gas ligero, flota en el aire.
TEMPERATURA.
La velocidad media de las moléculas gaseosas determina la temperatura .Si se calienta el recipiente , la velocidad, de las moléculas aumenta y la presión sobre las paredes del mismo también . Si no se ejerciera fuerza sobre el émbolo, este seria impulsado hacia arriba por el gas y el volumen también aumentaria.
PRESIÓN.
Las moléculas del gas están en continuo movimiento y constantemente están chocando contra las paredes del recipiente . La suma de millones de estas minusculas colisiones constituyen la presión que el gas ejerce sobre el recipiente.
EL SONIDO.
El sonido está formado por vibraciones mecánicas del aire y otras sustancias , a frecuencias susceptibles de ser percibidas por el oido humano.Las vibraciones regulares producen notas musicales , las irregulares ruido ,las notas de alta frecuencia tienen un tono agudo y las de baja frecuencia un tono grave . El oido humano sólo es capaz de percibir frecuencias comprendidas entre 16 y 20.000 HZ
El sonido se produce por la propagación de ondas en el aire y otras sustancias .
Al tocar una trompeta el aire se comprime y a continuación se expande , por lo que se generan ondas sonoras. En el aire comprimido las moléculas se mueven unas hacia otras, mientras que al expandirlas el aire se mueven en sentido opuesto..
ATMÓSFERA FISICA.
Es la presión ejercida por una columna de mercurio de 76 cm de altura.
1 atm= 76 cm de Hg.
TOR.
Es una unidad llamada asi en honor de Torricelli . Es la presión ejercida por una columna de 1 mm de altura.
1 tor = 1 mm de Hg.
de donde se deduce ----1 atm = 760 tor.
FUERZA ASCENSORIAL
Principio de Arquimedes: " todo cuerpo sumergido en un gas recibe un empuje de abajo hacia arriba igual que el peso del gas que desaloja "
Ley de Boyle y Mariotte: " A temperatura constante , los volumenes que ocupa una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a que está sometida "
Y en general se puede decir que a temperatura constante , el producto de la presión por el volumen de una masa gaseosa es constante. p.v = constante.
Es conveniente aclarar que los gases reales no cumplen rigurosamente esta ley..
APARATOS PARA LA MEDIDA DE PRESIONES.
Barómetros.
Son aparatos destinados a la medida de la presión atmosférica . Los tipos más utilizados son el de mercurio y los métalico.
Uno de los más utilizados es el de Fortin.Lleva una escala de latón adosada al tubo barométrico, graduada en milimetros de mercurio. El cero de la escala se hace coincidir con el nivel del mercurio en la cubeta por una punta de marfil , M, y mediante desplazamiento de la cubeta en el tornillo. T.
El tipo más frecuente es el de VIDI,Consta de una capsula metálica con su tapa superior ondulada y flexible , en cuyo interior se ha efectuado un vacio parcial.
Manómetros .
Son aparatos que sirven para medir la presión de los gases encerrados en recipientes . Identicamente al caso de los barómetros , pueden dividirse en manómetros de mercurio y metálicos.Los manómetros metálicos se emplean para medir la presión en el interior de cilindros con gases,del vapor de agua en las calderas de vapor etc.
MÁQUINAS NEUMÁTICAS.
Una de las aplicaciones más simples y conocidas de la ley de BOYLE y MARIOTTE está dada por el funcionamiento de las bombas hidráulicas a émbolo.
Se las clasifica en : aspirantes , impelentes y aspirantes--impelentes .En las primeras sale el agua cuando sale el émbolo ; en las segundas, cuando baja , las últimas son combinación de las anteriores pero, en todas, es discontinua la salida del agua.
La bomba de incendio consta además de una cámara de aire donde se produce una presión que permite la continuación en la salida de agua durante el vaiven del émbolo.
PROPIEDADES DE LOS GASES .
Las moléculas que constituyen los gases se encuentran en una situación notablemente distinta a la que presentan las particulas de los líquidos y solidos . Esta situación produce en los gases las siguientes propiedades.
A } Las fuerzas de atracción que unas moléculas ejercen sobre otras son prácticamente despreciables , como consecuencia , las distintas que separan unas moléculas de otras son sumamente grandes en comparación con el tamaño de las mismas . Por ello la densidad de los gases es muy pequeña
B } Debido a las minimas atracciones entre las moléculas , éstas tienen total libertad de movimientos y se desplazan constantemente , de forma desordenada , a gran velocidad .
C } El gas tiende a ocupar todo el recinto que lo contiene . Por ello se dice que los gases son muy expansibles y carecen de volumen definido adaptándose a la forma del recipiente..
D } Las moléculas chocan unas con otras constantemente y con las paredes del recipiente , sin esto suponga pérdida total de energía . Los choques contra el recipiente son la causa de la presión que el gas produce contra las paredes y el fondo de aquél .
E } La compresibilidad es una de las características más peculiares de los gases . Significa que , bajo el efecto de una presión externa, las moléculas del gas reducen al minimo las distancias que las separan.
PESO DEL AIRE.
Se ha comprobado en un frasco vacio, pesado antes de la experiencia , que una vez extraído el aire de su interior , al repetir la pesada, disminuye el peso.
Cada metro cúbico de aire pesa 1,03 kp.
La presión atmosférica normal es la que equilibra una columna de mercurio de 76 cm de altura , a O°C de temperatura y a un valor normal de la aceleración de la gravedad { g = 980,665 cm/ s} al cuadrado.
DATOS .
PESO DEL AIRE: cada metro cúbico de aire pesa 1. 03 kg.
Energia es todo lo que se puede convertir en trabajo mecánico.
La energía fluente : es aquella que se está renovando constantemente , como la radiación solar , el viento y las corrientes de agua.
El término energía básica engloba las formas de energía existentes en la tierra en cantidades limitadas, carbón , petróleo , gas natural uranio etc.
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se trasnforma.
La materia misma se puede transformar en energía y de hecho se la considera como energía condensada.
¿ como se mide la energía ?
Un cuerpo que se desplaza 1 m mediante una fuerza de 1 newton , consume 1 julio de energía . Todas las formas de energía se pueden medir con esta unidad .
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.
" un sólido sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de líquido que desaloja "
ESTADOS DE LA MATERIA.
A la temperatura ordinaria una roca es sólida , el agua liquida y el gaseoso.
En un liquido ciertas moléculas pueden tener una energía cinética mayor y expande las demás.
EL GAS .
La materia puede presentarse en distintos estados de agregación : sólido, líquido,y gaseoso.
En el primero , las moléculas se hallan estrechamente unidas por potentes fuerzas de atracción , mientras que en las dos últimas, estas fuerzas son más debiles, un cuerpo puede pasar de un estado a otro si varian las condiciones de presión y / O temperatura.
VOLUMEN.
Si se comprime el gas del recipiente mediante un émbolo o pistón , el volumen se reduce y los choques de las moléculas del gas se producen en un área menor del recipiente , con lo que la presión sobre éste aumenta Si el émbolo baja rápidamente se aumenta también la velocidad de las moléculas y se incrementa la temperatura.
El movimiento de las moléculas explica las propiedades de los gases , las moléculas de un gas con la forma de pequeñas bolas con la forma en continuo movimiento que colisionan entre ellas y con las paredes del recipiente ; sus movimientos explican los fenómenos de presión temperatura y volumen.
Ley de Avogadro en un globo.
El fisico italiano Avogadro establecio que volumenes iguales de gases distintos a iguales condiciones de presión y temperatura tienen el mismo número de moléculas . Es decir , las ligeras moléculas de hidrógeno en el globo aerostático se hallan en igual número que las más pesadas que forman la mezcla del aire para un volumen dado. Por esto el hidrógeno , gas ligero, flota en el aire.
TEMPERATURA.
La velocidad media de las moléculas gaseosas determina la temperatura .Si se calienta el recipiente , la velocidad, de las moléculas aumenta y la presión sobre las paredes del mismo también . Si no se ejerciera fuerza sobre el émbolo, este seria impulsado hacia arriba por el gas y el volumen también aumentaria.
PRESIÓN.
Las moléculas del gas están en continuo movimiento y constantemente están chocando contra las paredes del recipiente . La suma de millones de estas minusculas colisiones constituyen la presión que el gas ejerce sobre el recipiente.
EL SONIDO.
El sonido está formado por vibraciones mecánicas del aire y otras sustancias , a frecuencias susceptibles de ser percibidas por el oido humano.Las vibraciones regulares producen notas musicales , las irregulares ruido ,las notas de alta frecuencia tienen un tono agudo y las de baja frecuencia un tono grave . El oido humano sólo es capaz de percibir frecuencias comprendidas entre 16 y 20.000 HZ
El sonido se produce por la propagación de ondas en el aire y otras sustancias .
Al tocar una trompeta el aire se comprime y a continuación se expande , por lo que se generan ondas sonoras. En el aire comprimido las moléculas se mueven unas hacia otras, mientras que al expandirlas el aire se mueven en sentido opuesto..
ATMÓSFERA FISICA.
Es la presión ejercida por una columna de mercurio de 76 cm de altura.
1 atm= 76 cm de Hg.
TOR.
Es una unidad llamada asi en honor de Torricelli . Es la presión ejercida por una columna de 1 mm de altura.
1 tor = 1 mm de Hg.
de donde se deduce ----1 atm = 760 tor.
FUERZA ASCENSORIAL
Principio de Arquimedes: " todo cuerpo sumergido en un gas recibe un empuje de abajo hacia arriba igual que el peso del gas que desaloja "
Ley de Boyle y Mariotte: " A temperatura constante , los volumenes que ocupa una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a que está sometida "
Y en general se puede decir que a temperatura constante , el producto de la presión por el volumen de una masa gaseosa es constante. p.v = constante.
Es conveniente aclarar que los gases reales no cumplen rigurosamente esta ley..
APARATOS PARA LA MEDIDA DE PRESIONES.
Barómetros.
Son aparatos destinados a la medida de la presión atmosférica . Los tipos más utilizados son el de mercurio y los métalico.
Uno de los más utilizados es el de Fortin.Lleva una escala de latón adosada al tubo barométrico, graduada en milimetros de mercurio. El cero de la escala se hace coincidir con el nivel del mercurio en la cubeta por una punta de marfil , M, y mediante desplazamiento de la cubeta en el tornillo. T.
El tipo más frecuente es el de VIDI,Consta de una capsula metálica con su tapa superior ondulada y flexible , en cuyo interior se ha efectuado un vacio parcial.
Manómetros .
Son aparatos que sirven para medir la presión de los gases encerrados en recipientes . Identicamente al caso de los barómetros , pueden dividirse en manómetros de mercurio y metálicos.Los manómetros metálicos se emplean para medir la presión en el interior de cilindros con gases,del vapor de agua en las calderas de vapor etc.
MÁQUINAS NEUMÁTICAS.
Una de las aplicaciones más simples y conocidas de la ley de BOYLE y MARIOTTE está dada por el funcionamiento de las bombas hidráulicas a émbolo.
Se las clasifica en : aspirantes , impelentes y aspirantes--impelentes .En las primeras sale el agua cuando sale el émbolo ; en las segundas, cuando baja , las últimas son combinación de las anteriores pero, en todas, es discontinua la salida del agua.
La bomba de incendio consta además de una cámara de aire donde se produce una presión que permite la continuación en la salida de agua durante el vaiven del émbolo.
miércoles, 30 de noviembre de 2016
HIDROSTÁTICA.
Es la parte de la mecánica que estudia los liquidos en equilibrio.
LA MATERIA Y SUS ESTADOS.
La materia está formada por moléculas cuya energía es el calor . Las temperaturas altas hacen que la materia se halle en estado gaseoso { la temperatura necesaria depende del elemento } : a medida que ésta disminuye , el enfriamiento trasnforma el gas en liquido y luego en sólido.
Por la simple observación podemos decir que un sólido tiene forma y volumen propios : que un liquido toma la forma del recipiente que lo contiene sin modificar su volumen , que no tiene volumen propio . Los estados de la materia resultan de la agitación de las moléculas , provocada por la temperatura.
En el estado sólido las moléculas no intercambian posiciones , vibran sin moverse . Aqui radica la dificultad de deformar un sólido..
En este estado liquido las molécuals cambian constantemente de posición .Por aumento de la temperatura se incrementa su agitación y resbalan unas sobre otras. En esto reside la imposibilidad de comprimirlas .
Los gases se componen de moléculas alejadas unas de otras , dotadas de enorme agitación o caos . Son fácilmente comprimibles.
Existe , no obstante un cuarto estado de la matería el plasma .Las grandes presiones provocan la disociación de los átomos y entonces sus elementos se mueven en un caos .Este femómeno se produce en el interior de las estrellas . Lograr en la actualidad ese estado es de fundamental importancia para impulsar sátelites . Son en realidad gases formados por átomos incompletos { iones } . Se los mantiene en campos magnéticos pues no se los puede contener en recipiente alguno
FLUIDOS .
Los líquidos y los gases reciben la denominación común de fluidos , debido a que , como se ha visto , sus moléculas se mueven fácilmente unas con respecto a otras , es decir fluyen cambiando de forma bajo la acción de pequeñas fuerzas.
LIQUIDOS .
Liquido es todo fluido cuyo volumen adopta la forma del recipiente que lo contiene.
Los líquidos tienen volumen constante y forma variable.
Su superficie libre es plana y horizontal , exceptuando en las proximidades . de la paredes , especialmente cuando el recipiente es de pequeño diámetro { tubos capilares, pipetas, etc.} donde tiende a curvarse dando lugar a los meniscos . Existen dos tipos de meniscos , según el liquido moje o no las paredes del recipiente.
A } liquidos que mojan las paredes . Sus particulas presentan adherencias a la pared y dan lugar al menisco cóncavo. Es el caso de la mayoria de líquidos .
B } Liquidos que no mojan las paredes . Sus particulas no se adhieren a la pared y producen el menisco convexo. Un ejemplo caracteristico es el mercurio.
PRESIÓN.
Se llama presión al cociente resultante de dividir la fuerza que actua sobre la unidad de superficie.
Unidades :
De la definición anterior se deduce que la unidad de presión en cualquier sistema es la razón entre la unidad de fuerza y la unidad de superficie . En hidrostática haremos uso de las siguientes unidades.
Sistema internacional.
En el sistema internacional , la unidad de presión es 1 Pascal { Pa } . que se define como la presión ejercida por la fuerza de 1 newton sobre la superficie de 1 metro cuadrado.
Sistema técnico.
La unidad en el sistema técnico , es el kilopondio por metro cuadrado { kpm / m cuadrado } , pero resulta más empleada la atmósfera técnica { at } que se define como la presion ejercida por la fuerza de 1 kp sobre la superficie de 1 cm { cuadrado } .
Sistema cegecimal.
En el sistema cegecimal , la unidad de presión es la baria , que se define como la presión ejercida por la fuerza de 1 dina sobre la superficie de 1 cm { cuadrado }.
DENSIDAD .
La densidad es una de las propiedades más características de cada sustancia . Es la masa de la unidad de volumen .
Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen que ocupa. Llamando m a la masa y v al volumen, la densidad , d , vale :
m
d= ---
v
Peso especifico : El peso especifico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.
Se recordará que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la gravedad .
p= m.g
El peso especifico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleración de la gravedad.
EXPRESIÓN EN UN PUNTO DE UNA MASA LÍQUIDA.
A } La presión , en cada punto de una masa líquida es la misma en todas las orientaciones que sea posible dar a la unidad de superficie.
B } La presión en un punto de una masa líquida es igual a la fuerza que actua por unidad de área ,
{ cualquiera colocada en el punto } y perpendicularmente a la misma.
TEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTATICA .
" La diferencia de presión entre dos puntos de la masa de un líquido en equillibrio es igual que el producto del peso especifico del mismo por la diferencia de nivel entre dos puntos."
Si se toma un recipiente con dos tubos de salida A y B de diferentes diámetros y a distintas alturas, se llenan con un líquido y se colocan émbolos { discos que se ajustan y mueven en los tubos } se evita la permanencia de aire en el interior .
Si se corre el émbolo del tubo superior hacia adentro, desalojará un volumen que aumentará en el otro tubo corriendo el émbolo hacia afuera.
Paradoja hidrostática.
Aunque el primer impulso es pensar que la presión sobre el fondo de un recipiente depende de la cantidad de líquido contenido en él , en realidad no es asi : depende del peso especifico y de la altura. En efecto, si se toman vasos de distintas formas pero de igual superficie en la base , y llenos hasta una altura h determinada { igual en todos } con un mismo líquido, al pesarlos se comprueba que la fuerza total es la misma , sólo cambia cuando se hace variar la altura o el peso especifico .
Por lo tanto , la presión en el fondo no depende de la forma del recipiente y de la cantidad de líquido contenido, sino de la altura y del peso especifico.
Experiencias con vasos comunicantes .
Se llaman " vasos comunicantes " a un sistema formado por dos o más recipientes unidos entre si por la diferencia inferior y con el extremo superior abierto .
A} Si se toma un sistema como el descrito y se introduce un líquido cualquiera , puede comprobarse que el nivel alcanzado en todos los recipientes es el mismo . Esto se debe a que la presión actuante es la misma en todos ellos : la atmosférica Esta simple experiencia es fundamento de interesantes aplicaciones como ; el nivel de agua para proveer a grupos de edificación ubicada a cierta altura para luego ésta corra por las cañerias instaladas, etc.
B } Valiéndose de un sistema compuesto por dos vasos e intruduciendo , cantidades de dos líquidos de diferentes peso especifico, que no se mezclen, se puede observar que la altura alcanzada en cada uno no es la misma.
Se establece un plano de separación donde los dos elementos se limitan mutuamente y a partir de él uno de los vasos alcanza una altura h y el otro h´.
PRINCIPIO DE PASCAL.
" La presión ejercida en la superficie libre de un líquido se trasmite integramente a todos los puntos de la masa líquida "
La prensa hidráulica es un claro ejemplo de la aplicación de este principio y de cómo con el se ahorra trabajo.
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje de abajo hacia arriba , igual al peso del líquido que desaloja "
EQUILIBRIO.
En el caso de los cuerpos flotantes , hay equilibrio cuando el centro de gravedad . { G } y el de empuje { A } están en una misma vertical.
En el caso de un cuerpo flotante en el seno de un líquido , el equilibrio es estable cuando el centro de gravedad { G } está debajo del centro de empuje { A }.
MERCURIO: es el punto de intersección del plano de simetria y la vertical que pasa por el centro de empuje.
LA MATERIA Y SUS ESTADOS.
La materia está formada por moléculas cuya energía es el calor . Las temperaturas altas hacen que la materia se halle en estado gaseoso { la temperatura necesaria depende del elemento } : a medida que ésta disminuye , el enfriamiento trasnforma el gas en liquido y luego en sólido.
Por la simple observación podemos decir que un sólido tiene forma y volumen propios : que un liquido toma la forma del recipiente que lo contiene sin modificar su volumen , que no tiene volumen propio . Los estados de la materia resultan de la agitación de las moléculas , provocada por la temperatura.
En el estado sólido las moléculas no intercambian posiciones , vibran sin moverse . Aqui radica la dificultad de deformar un sólido..
En este estado liquido las molécuals cambian constantemente de posición .Por aumento de la temperatura se incrementa su agitación y resbalan unas sobre otras. En esto reside la imposibilidad de comprimirlas .
Los gases se componen de moléculas alejadas unas de otras , dotadas de enorme agitación o caos . Son fácilmente comprimibles.
Existe , no obstante un cuarto estado de la matería el plasma .Las grandes presiones provocan la disociación de los átomos y entonces sus elementos se mueven en un caos .Este femómeno se produce en el interior de las estrellas . Lograr en la actualidad ese estado es de fundamental importancia para impulsar sátelites . Son en realidad gases formados por átomos incompletos { iones } . Se los mantiene en campos magnéticos pues no se los puede contener en recipiente alguno
FLUIDOS .
Los líquidos y los gases reciben la denominación común de fluidos , debido a que , como se ha visto , sus moléculas se mueven fácilmente unas con respecto a otras , es decir fluyen cambiando de forma bajo la acción de pequeñas fuerzas.
LIQUIDOS .
Liquido es todo fluido cuyo volumen adopta la forma del recipiente que lo contiene.
Los líquidos tienen volumen constante y forma variable.
Su superficie libre es plana y horizontal , exceptuando en las proximidades . de la paredes , especialmente cuando el recipiente es de pequeño diámetro { tubos capilares, pipetas, etc.} donde tiende a curvarse dando lugar a los meniscos . Existen dos tipos de meniscos , según el liquido moje o no las paredes del recipiente.
A } liquidos que mojan las paredes . Sus particulas presentan adherencias a la pared y dan lugar al menisco cóncavo. Es el caso de la mayoria de líquidos .
B } Liquidos que no mojan las paredes . Sus particulas no se adhieren a la pared y producen el menisco convexo. Un ejemplo caracteristico es el mercurio.
PRESIÓN.
Se llama presión al cociente resultante de dividir la fuerza que actua sobre la unidad de superficie.
Unidades :
De la definición anterior se deduce que la unidad de presión en cualquier sistema es la razón entre la unidad de fuerza y la unidad de superficie . En hidrostática haremos uso de las siguientes unidades.
Sistema internacional.
En el sistema internacional , la unidad de presión es 1 Pascal { Pa } . que se define como la presión ejercida por la fuerza de 1 newton sobre la superficie de 1 metro cuadrado.
Sistema técnico.
La unidad en el sistema técnico , es el kilopondio por metro cuadrado { kpm / m cuadrado } , pero resulta más empleada la atmósfera técnica { at } que se define como la presion ejercida por la fuerza de 1 kp sobre la superficie de 1 cm { cuadrado } .
Sistema cegecimal.
En el sistema cegecimal , la unidad de presión es la baria , que se define como la presión ejercida por la fuerza de 1 dina sobre la superficie de 1 cm { cuadrado }.
DENSIDAD .
La densidad es una de las propiedades más características de cada sustancia . Es la masa de la unidad de volumen .
Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen que ocupa. Llamando m a la masa y v al volumen, la densidad , d , vale :
m
d= ---
v
Peso especifico : El peso especifico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.
Se recordará que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la gravedad .
p= m.g
El peso especifico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleración de la gravedad.
EXPRESIÓN EN UN PUNTO DE UNA MASA LÍQUIDA.
A } La presión , en cada punto de una masa líquida es la misma en todas las orientaciones que sea posible dar a la unidad de superficie.
B } La presión en un punto de una masa líquida es igual a la fuerza que actua por unidad de área ,
{ cualquiera colocada en el punto } y perpendicularmente a la misma.
TEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTATICA .
" La diferencia de presión entre dos puntos de la masa de un líquido en equillibrio es igual que el producto del peso especifico del mismo por la diferencia de nivel entre dos puntos."
Si se toma un recipiente con dos tubos de salida A y B de diferentes diámetros y a distintas alturas, se llenan con un líquido y se colocan émbolos { discos que se ajustan y mueven en los tubos } se evita la permanencia de aire en el interior .
Si se corre el émbolo del tubo superior hacia adentro, desalojará un volumen que aumentará en el otro tubo corriendo el émbolo hacia afuera.
Paradoja hidrostática.
Aunque el primer impulso es pensar que la presión sobre el fondo de un recipiente depende de la cantidad de líquido contenido en él , en realidad no es asi : depende del peso especifico y de la altura. En efecto, si se toman vasos de distintas formas pero de igual superficie en la base , y llenos hasta una altura h determinada { igual en todos } con un mismo líquido, al pesarlos se comprueba que la fuerza total es la misma , sólo cambia cuando se hace variar la altura o el peso especifico .
Por lo tanto , la presión en el fondo no depende de la forma del recipiente y de la cantidad de líquido contenido, sino de la altura y del peso especifico.
Experiencias con vasos comunicantes .
Se llaman " vasos comunicantes " a un sistema formado por dos o más recipientes unidos entre si por la diferencia inferior y con el extremo superior abierto .
A} Si se toma un sistema como el descrito y se introduce un líquido cualquiera , puede comprobarse que el nivel alcanzado en todos los recipientes es el mismo . Esto se debe a que la presión actuante es la misma en todos ellos : la atmosférica Esta simple experiencia es fundamento de interesantes aplicaciones como ; el nivel de agua para proveer a grupos de edificación ubicada a cierta altura para luego ésta corra por las cañerias instaladas, etc.
B } Valiéndose de un sistema compuesto por dos vasos e intruduciendo , cantidades de dos líquidos de diferentes peso especifico, que no se mezclen, se puede observar que la altura alcanzada en cada uno no es la misma.
Se establece un plano de separación donde los dos elementos se limitan mutuamente y a partir de él uno de los vasos alcanza una altura h y el otro h´.
PRINCIPIO DE PASCAL.
" La presión ejercida en la superficie libre de un líquido se trasmite integramente a todos los puntos de la masa líquida "
La prensa hidráulica es un claro ejemplo de la aplicación de este principio y de cómo con el se ahorra trabajo.
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje de abajo hacia arriba , igual al peso del líquido que desaloja "
EQUILIBRIO.
En el caso de los cuerpos flotantes , hay equilibrio cuando el centro de gravedad . { G } y el de empuje { A } están en una misma vertical.
En el caso de un cuerpo flotante en el seno de un líquido , el equilibrio es estable cuando el centro de gravedad { G } está debajo del centro de empuje { A }.
MERCURIO: es el punto de intersección del plano de simetria y la vertical que pasa por el centro de empuje.
martes, 22 de noviembre de 2016
TRABAJO.
Supuesto un cuerpo situado en un punto A; al actuar sobre él una fuerza F, se desplaza hasta B , estando AB en la misma dirección que F. El producto de la fuerza F por la distancia recorrida es el trabajo realizado.
A------------F -------B.
Si el espacio recorrido no tiene la misma dirección que la fuerza , el trabajo es el producto de la fuerza por el espacio por el coseno del ángulo que forman las dos direcciones . Llamando L al trabajo.
SISTEMA INTERNACIONAL.
La unidad de trabajo en el sistema internacional se denomina julio .
Julio es el trabajo efectuado por una fuerza de un newton al desplazarse un metro en su propia dirección.Se representa po J .
Sistema cegesimal.
La unidad de trabajo en el sistema cegecimal se denomina ergio.
Ergio es el trabajo efectuado por una fuerza de una dina al desplazarse un centimetro en su propia dirección.Se representa por erg.
Sistema técnico.
La unidad de trabajo en el sistema técnico se denomina kilopondímetro
Kilopondímetro es el trabajo efectuado por una fuerza de un kilopondio al desplazarse un metro en su propia dirección . Se representa por kpm .
kpm=kp.m
Las equivalencias entre las tres unidades de trabajo se pueden obtener fácilmente con sólo considerar la relación existente entre las correpondientes unidades de fuerza y espacio.
Fórmula dimensional.
Por ser el producto de una fuerza por un espacio y por el coseno del ángulo formado por sus direcciones , su fórmula dimensional se obtiene multiplicando la fórmulas dimensionales de la fuerza y el espacio, ya que las razones trigonométricas no tienen dimensiones --en los sistemas internacional y cegecimal.
POTENCIA .
Es el trabajo realizado en la unidad de tiempo , se la designa con la letra W.
Si se realiza un trabajo L en un tiempo t :
L
W= -----
t
UNIDADES DE POTENCIA .
Sistema internacional.
La unidad de potencia en el sistema internacional se denomina watio.
Watio es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un julio por segundo.Se representa con el símbolo W .
El watio posee un múltiplo , denominado kilowatio ,que equivale a 1.OOO watios y se representa por kw.
1kw= 1 OOO W.
Sistema cegesimal .
La unidad de potencia en el sistema cegesimal se denomina ergio por segundo.
Ergio por segundo es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un ergio en un segundo.
Esta unidad, que se representa por erg/s , es excesivamente pequeña ,por lo que apenas tiene utilización.
Sistema técnico.
La unidad de potencia en el sistema técnico se denomina kilopondímetro por segundo.
Kilopondímetro por segundo es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un kilopondímetro en un segundo. Se representa por kpm/s.
Esta unidad posee un múltiplo , denominado caballo de vapor , que equivale a 75 kpm / s y se representa por C V.
1 CV = 75 kpm / s.
Equivalencia entre las unidades.
La equivalencia entre las diferentes unidades de potencia se puede obtener fácilmente con sólo considerar la relación existente entre las correspondientes unidades de trabajo y tiempo.
Fórmula dimensional .
Por ser la potencia el cociente que resulta de dividir un trabajo entre un tiempo , su fórmula dimensional se obtiene dividiendo las fórmulas dimensionales del trabajo y del tiempo.
---En los sistemas internacional y cegesimal.
ENERGÍA.
Un cuerpo tiene energía cuando es capaz de producir trabajo.
La energía puede ser mecánica { si a un resorte estirado se lo deja en libertad , realiza un trabajo },
quimica { la ebullición del agua en un recipiente produce el vapor que se expande por acción ,de la presión.}
; eléctrica { una batería permitirá poner en funcionamiento un motor };solar { el calor que llega del sol, proyectado sobre planchas , puede transformarse en energía para uso como calefacción } etc.La energía mecánica puede ser : potencial { depende de la posición y de la forma } y
{ cinética { de movimiento }.La energía se mide por el trabajo que el cuerpo puede realizar.
Energía potencial ---se puede afirmar que el aumento de energía potencial está dado por el trabajo del peso cambiado de signo .
Energía cinética-- la fuerza aplicada producirá , hasta detener el cuerpo , un trabajo que mide la cantidad de energía cinética inicial pero con signo contrario.
UNIDADES.
Son las mismas que para trabajo , puesto que la energía se mide por la capacidad de producir trabajo que tiene el cuerpo ; en el sistema técnico, el kilopondio, { kp} ; en el sistema MKS el julio { j } y en el sistema cgs , el ergio { erg }.
Energía potencial de deformación es la que posee un cuerpo por el hecho de hallarse deformado, estando sus moléculas sometidas a una tensión.
En todo los casos se ha admitido el principio de conservación de la energía mecánica que se deriva de la conservación de la energia en general.
En el plano inclinado se dijo que el trabajo realizado por la fuerza --peso más el trabajo producido por la fuerza --aplicada es igual a la variación de energía cinética , y el trabajo que resulta de la fuerza -- peso cambiando de signo mide en consecuencia la variación de energía potencial.
En la caida libre de un cuerpo puede observarse que el momento en que se inicia la misma desde una altura h. pues la velocidad inicial es cero.
DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO.
Sólido rigido es un cuerpo ideal en el que las distancias existentes entre sus moléculas se mantienen absolutamente inalterable , de tal suerte que su forma y su volumen son fijos y determinados.En la naturaleza no existen sólidos rigidos .
MOVIMIENTOS DE UN SÓLIDO RIGIDO.
El estudio del movimiento de un sólido rígido es mucho más complejo que el movimiento de una particula , motivo por el que dicho estudio -- en su caso general-- nunca se aborda directamente.
En principio, se consideran dos movimientos sencillos.
---Movimiento de traslación.
---Movimiento de rotación .
Cualquier otro movimiento distinto de los expresados , por complejo que sea, resulta siempre de una combinación de ellos. En consecuencia , el estudio de cualquier movimiento de un sólido rigido
se reduce a combinar adecuadamente las leyes de los movimientos de traslación y rotación.
Movimiento de traslación.
Un sólido rígido posee movimiento de traslación cuando todas sus partículas describen trayectorias paralelas.
Movimiento de rotación.
Un sólido rígido en el cual se puede comprobar que cualquiera de sus puntos se mueve describiendo una circunferencia con centro en una misma recta { eje de rotación } , en un plano perpendicular a ella.con movimiento uniforme realiza una rotación uniforme alrededor de su eje.
El plano que contiene el punto y el eje también gira un ángulo igual que el que barre el radio determinado por el punto y el centro de la circunferencia .
VELOCIDAD ANGULAR.
Es el ángulo descrito por uno de los planos que contienen el eje en la unidad de tiempo.
El vector velocidad angular.
Es el que representa a la velocidad angular.Tiene la dirección del eje de rotación y su sentido es el mismo que seguiría un tirabuzon al girar en el mismo sentido que el cuerpo ; por esta razón a esta forma de determinar el sentido se la llama vulgarmente regla del tirabuzón.
Energía cinética .
Si se tiene presente que un cuerpo está constituido por particulas y que en cada una la energía cinética es el semiproducto de su masa por el cuadrado de la correspondiente velocidad, la energía cinética del cuerpo es la suma de todas ellas.
Movimiento de la inercia.
El momento de inercia de un cuerpo es la suma de todos los productos de la masa por el cuadrado de la distancia al eje; o sea , el momento de inercia es ,respecto de un eje
Radio de giro.
Considérese un cuerpo de masa m , cuyo momento de inercía con respecto a un eje e es I.
Pero si toda la masa del cuerpo está concentrada en un punto A, esta masa puntual tendrá un momento de inercia . con respecto al eje e que dependerá de la distancia existente entre el punto y el eje .
Determinado adecuadamente esta distancia , se puede conseguir que el momento de inercia de la masa puntual sea igual al momento de inercia que realmente posee el cuerpo . La distancia necesaria para que esto ocurra se denomina radio de giro.
Radio de giro de un cuerpo con respecto a un eje es la distancia a la que habría que colocarse toda la masa del cuerpo , supuesta concentrada en un punto, para que tuviese el mismo momento de inercia que realmente posee el cuerpo. Se representa por R .
Para determinar el radio de giro , se considera que la masa m del cuerpo al estar concentrada a una distancia R del eje, tendría un momento de inercía m.r { r al cuadrado }.
Para calcular el momento de inercia respecto de un eje que no pasa por el centro de gravedad , se suma el momento de inercia respecto a un eje paralelo que pasa por dicho centro y el producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de la distancia entre ambos ejes.
En un sistema aislado el momento cinético total permanece invariable.
PÉNDULO .
Un cuerpo que oscila alrededor de uno de sus puntos constituye un péndulo fisico.
Todos los péndulos reales pueden considerarse formados por una infinidad de péndulos ideales ya que están constituidos por infinitos puntos materiales.
Por ello los péndulos reales que se pueden construir prácticamente se denominan péndulos compuestos.
La longitud de un péndulo simple ideal que tuviese el mismo periodo de oscilación que uno compuesto
se denomina LONGITUD REDUCIDA, de dicho péndulo compuesto.
Para determinar la longitud reducida , se igualan las expresiones correspondientes a los periodos de oscilación de los péndulos ideal y compuesto.. El conocimiento de la longitud reducida de un péndulo compuesto es importantisimo para la aplicación de la fórmula del péndulo ideal.
CENTRO DE OSCILACIÓN.
Conocida la longitud equivalente de un péndulo queda determinado un punto del mismo, denominado centro de oscilación, que tiene una importancia especial en el comportamiento del cuerpo .
Centro de oscilación de un péndulo compuesto es un punto del mismo cuya distancia al punto de suspención es igual a la longitud equivalente.
El centro de oscilación goza de la propiedad de que cuando se golpea el péndulo justamente sobre él , el punto de suspensión no experimenta ninguna fuerza de reacción .
Otra propiedad que caracteriza al centro de oscilación es la de ser reversible con el punto de suspensión :es decir, que si el péndulo se suspende por su centro de oscilación . lo que era punto de suspensión se convierte en un nuevo centro de oscilación.
Medición de tiempos .
Debido a la igualdad de duración de todas las oscilaciones , el péndulo es de gran aplicación en la construcción de relojes , que son mecanismos destinados a contar las oscilaciones de un péndulo , traduciendo después el resultado de este recuento a segundos ,minutos y horas.
Determinación del valor de la aceleración de la gravedad.
Como ya se ha dicho se ha estudiado , el valor g no es constante sino que sufre variaciones , según el lugar de la Tierra que se considere .
El péndulo tiene multiples utilidades , como la medida del tiempo , ya que el correspondiente a cada una de las oscilaciones es siempre el mismo y puede ser medido con gran precisión .
A------------F -------B.
Si el espacio recorrido no tiene la misma dirección que la fuerza , el trabajo es el producto de la fuerza por el espacio por el coseno del ángulo que forman las dos direcciones . Llamando L al trabajo.
SISTEMA INTERNACIONAL.
La unidad de trabajo en el sistema internacional se denomina julio .
Julio es el trabajo efectuado por una fuerza de un newton al desplazarse un metro en su propia dirección.Se representa po J .
Sistema cegesimal.
La unidad de trabajo en el sistema cegecimal se denomina ergio.
Ergio es el trabajo efectuado por una fuerza de una dina al desplazarse un centimetro en su propia dirección.Se representa por erg.
Sistema técnico.
La unidad de trabajo en el sistema técnico se denomina kilopondímetro
Kilopondímetro es el trabajo efectuado por una fuerza de un kilopondio al desplazarse un metro en su propia dirección . Se representa por kpm .
kpm=kp.m
Las equivalencias entre las tres unidades de trabajo se pueden obtener fácilmente con sólo considerar la relación existente entre las correpondientes unidades de fuerza y espacio.
Fórmula dimensional.
Por ser el producto de una fuerza por un espacio y por el coseno del ángulo formado por sus direcciones , su fórmula dimensional se obtiene multiplicando la fórmulas dimensionales de la fuerza y el espacio, ya que las razones trigonométricas no tienen dimensiones --en los sistemas internacional y cegecimal.
POTENCIA .
Es el trabajo realizado en la unidad de tiempo , se la designa con la letra W.
Si se realiza un trabajo L en un tiempo t :
L
W= -----
t
UNIDADES DE POTENCIA .
Sistema internacional.
La unidad de potencia en el sistema internacional se denomina watio.
Watio es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un julio por segundo.Se representa con el símbolo W .
El watio posee un múltiplo , denominado kilowatio ,que equivale a 1.OOO watios y se representa por kw.
1kw= 1 OOO W.
Sistema cegesimal .
La unidad de potencia en el sistema cegesimal se denomina ergio por segundo.
Ergio por segundo es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un ergio en un segundo.
Esta unidad, que se representa por erg/s , es excesivamente pequeña ,por lo que apenas tiene utilización.
Sistema técnico.
La unidad de potencia en el sistema técnico se denomina kilopondímetro por segundo.
Kilopondímetro por segundo es la potencia desarrollada cuando se realiza un trabajo de un kilopondímetro en un segundo. Se representa por kpm/s.
Esta unidad posee un múltiplo , denominado caballo de vapor , que equivale a 75 kpm / s y se representa por C V.
1 CV = 75 kpm / s.
Equivalencia entre las unidades.
La equivalencia entre las diferentes unidades de potencia se puede obtener fácilmente con sólo considerar la relación existente entre las correspondientes unidades de trabajo y tiempo.
Fórmula dimensional .
Por ser la potencia el cociente que resulta de dividir un trabajo entre un tiempo , su fórmula dimensional se obtiene dividiendo las fórmulas dimensionales del trabajo y del tiempo.
---En los sistemas internacional y cegesimal.
ENERGÍA.
Un cuerpo tiene energía cuando es capaz de producir trabajo.
La energía puede ser mecánica { si a un resorte estirado se lo deja en libertad , realiza un trabajo },
quimica { la ebullición del agua en un recipiente produce el vapor que se expande por acción ,de la presión.}
; eléctrica { una batería permitirá poner en funcionamiento un motor };solar { el calor que llega del sol, proyectado sobre planchas , puede transformarse en energía para uso como calefacción } etc.La energía mecánica puede ser : potencial { depende de la posición y de la forma } y
{ cinética { de movimiento }.La energía se mide por el trabajo que el cuerpo puede realizar.
Energía potencial ---se puede afirmar que el aumento de energía potencial está dado por el trabajo del peso cambiado de signo .
Energía cinética-- la fuerza aplicada producirá , hasta detener el cuerpo , un trabajo que mide la cantidad de energía cinética inicial pero con signo contrario.
UNIDADES.
Son las mismas que para trabajo , puesto que la energía se mide por la capacidad de producir trabajo que tiene el cuerpo ; en el sistema técnico, el kilopondio, { kp} ; en el sistema MKS el julio { j } y en el sistema cgs , el ergio { erg }.
Energía potencial de deformación es la que posee un cuerpo por el hecho de hallarse deformado, estando sus moléculas sometidas a una tensión.
En todo los casos se ha admitido el principio de conservación de la energía mecánica que se deriva de la conservación de la energia en general.
En el plano inclinado se dijo que el trabajo realizado por la fuerza --peso más el trabajo producido por la fuerza --aplicada es igual a la variación de energía cinética , y el trabajo que resulta de la fuerza -- peso cambiando de signo mide en consecuencia la variación de energía potencial.
En la caida libre de un cuerpo puede observarse que el momento en que se inicia la misma desde una altura h. pues la velocidad inicial es cero.
DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO.
Sólido rigido es un cuerpo ideal en el que las distancias existentes entre sus moléculas se mantienen absolutamente inalterable , de tal suerte que su forma y su volumen son fijos y determinados.En la naturaleza no existen sólidos rigidos .
MOVIMIENTOS DE UN SÓLIDO RIGIDO.
El estudio del movimiento de un sólido rígido es mucho más complejo que el movimiento de una particula , motivo por el que dicho estudio -- en su caso general-- nunca se aborda directamente.
En principio, se consideran dos movimientos sencillos.
---Movimiento de traslación.
---Movimiento de rotación .
Cualquier otro movimiento distinto de los expresados , por complejo que sea, resulta siempre de una combinación de ellos. En consecuencia , el estudio de cualquier movimiento de un sólido rigido
se reduce a combinar adecuadamente las leyes de los movimientos de traslación y rotación.
Movimiento de traslación.
Un sólido rígido posee movimiento de traslación cuando todas sus partículas describen trayectorias paralelas.
Movimiento de rotación.
Un sólido rígido en el cual se puede comprobar que cualquiera de sus puntos se mueve describiendo una circunferencia con centro en una misma recta { eje de rotación } , en un plano perpendicular a ella.con movimiento uniforme realiza una rotación uniforme alrededor de su eje.
El plano que contiene el punto y el eje también gira un ángulo igual que el que barre el radio determinado por el punto y el centro de la circunferencia .
VELOCIDAD ANGULAR.
Es el ángulo descrito por uno de los planos que contienen el eje en la unidad de tiempo.
El vector velocidad angular.
Es el que representa a la velocidad angular.Tiene la dirección del eje de rotación y su sentido es el mismo que seguiría un tirabuzon al girar en el mismo sentido que el cuerpo ; por esta razón a esta forma de determinar el sentido se la llama vulgarmente regla del tirabuzón.
Energía cinética .
Si se tiene presente que un cuerpo está constituido por particulas y que en cada una la energía cinética es el semiproducto de su masa por el cuadrado de la correspondiente velocidad, la energía cinética del cuerpo es la suma de todas ellas.
Movimiento de la inercia.
El momento de inercia de un cuerpo es la suma de todos los productos de la masa por el cuadrado de la distancia al eje; o sea , el momento de inercia es ,respecto de un eje
Radio de giro.
Considérese un cuerpo de masa m , cuyo momento de inercía con respecto a un eje e es I.
Pero si toda la masa del cuerpo está concentrada en un punto A, esta masa puntual tendrá un momento de inercia . con respecto al eje e que dependerá de la distancia existente entre el punto y el eje .
Determinado adecuadamente esta distancia , se puede conseguir que el momento de inercia de la masa puntual sea igual al momento de inercia que realmente posee el cuerpo . La distancia necesaria para que esto ocurra se denomina radio de giro.
Radio de giro de un cuerpo con respecto a un eje es la distancia a la que habría que colocarse toda la masa del cuerpo , supuesta concentrada en un punto, para que tuviese el mismo momento de inercia que realmente posee el cuerpo. Se representa por R .
Para determinar el radio de giro , se considera que la masa m del cuerpo al estar concentrada a una distancia R del eje, tendría un momento de inercía m.r { r al cuadrado }.
Para calcular el momento de inercia respecto de un eje que no pasa por el centro de gravedad , se suma el momento de inercia respecto a un eje paralelo que pasa por dicho centro y el producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de la distancia entre ambos ejes.
En un sistema aislado el momento cinético total permanece invariable.
PÉNDULO .
Un cuerpo que oscila alrededor de uno de sus puntos constituye un péndulo fisico.
Todos los péndulos reales pueden considerarse formados por una infinidad de péndulos ideales ya que están constituidos por infinitos puntos materiales.
Por ello los péndulos reales que se pueden construir prácticamente se denominan péndulos compuestos.
La longitud de un péndulo simple ideal que tuviese el mismo periodo de oscilación que uno compuesto
se denomina LONGITUD REDUCIDA, de dicho péndulo compuesto.
Para determinar la longitud reducida , se igualan las expresiones correspondientes a los periodos de oscilación de los péndulos ideal y compuesto.. El conocimiento de la longitud reducida de un péndulo compuesto es importantisimo para la aplicación de la fórmula del péndulo ideal.
CENTRO DE OSCILACIÓN.
Conocida la longitud equivalente de un péndulo queda determinado un punto del mismo, denominado centro de oscilación, que tiene una importancia especial en el comportamiento del cuerpo .
Centro de oscilación de un péndulo compuesto es un punto del mismo cuya distancia al punto de suspención es igual a la longitud equivalente.
El centro de oscilación goza de la propiedad de que cuando se golpea el péndulo justamente sobre él , el punto de suspensión no experimenta ninguna fuerza de reacción .
Otra propiedad que caracteriza al centro de oscilación es la de ser reversible con el punto de suspensión :es decir, que si el péndulo se suspende por su centro de oscilación . lo que era punto de suspensión se convierte en un nuevo centro de oscilación.
Medición de tiempos .
Debido a la igualdad de duración de todas las oscilaciones , el péndulo es de gran aplicación en la construcción de relojes , que son mecanismos destinados a contar las oscilaciones de un péndulo , traduciendo después el resultado de este recuento a segundos ,minutos y horas.
Determinación del valor de la aceleración de la gravedad.
Como ya se ha dicho se ha estudiado , el valor g no es constante sino que sufre variaciones , según el lugar de la Tierra que se considere .
El péndulo tiene multiples utilidades , como la medida del tiempo , ya que el correspondiente a cada una de las oscilaciones es siempre el mismo y puede ser medido con gran precisión .
miércoles, 16 de noviembre de 2016
DINÁMICA.
Se ha explicado que la estática se ocupa del estudio de las fuerzas ; la cinemática , del movimiento en cuanto a trayectorias , espacios, y tiempo , sin antender las causas,, y la dinámica estudia el movimiento según las causas , es decir, las fuerzas, que lo producen.
La dinámica se clasifica en :
-----Dinámica de sólidos .
-----Dinámica de líquidos o hidrodinámica .
------Dinámica de gases o aerodinámica .
A su vez , la dinámica de sólidos se subdivide en :
----Dinámica del punto, que se refiere a aquellos cuerpos que solamente poseen movimiento de traslación en cuyo caso pueden ser estudiados como si toda su masa estuviera concentrada en el centro de la gravedad .
----Dinámica del sólido rigido, que se refiere a los cuerpos que poseen movimiento de rotación , indenpendientemente de que posean o no movimiento de traslación.
PRINCIPIO DE INERCIA .
" Todo cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilineo uniforme en que se halla, hasta que actúe una fuerza que lo haga cambiar."
PRINCIPIO DE MASA.
" Si una fuerza actúa sobre un cuerpo éste recibe una aceleración proporcional a la dirección de la fuerza y de igual sentido.
Si actúa una fuerza sobre un cuerpo , éste no podrá estar en reposo ni su movimiento podrá ser rectilíneo uniforme , sino que se caracterizará por una aceleración.
Si la fuerza es de intensidad , dirección y sentido constantes , la aceleración también lo será y se cumple así el principio de que la razón entre la fuerza actuante y la aceleración que ella produce son constantes . Esa constante es la masa { m} .
PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN.
" siempre que un cuerpo ejerza sobre otro una fuerza { acción}, el segundo ejercerá , sobre el primero una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario.
PRINCIPIO DE INDEPENDENCIA DE ACCIÓN DE FUERZAS.
" Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, cada una de ellas produce una aceleración que no depende de las demá fuerzas.
De acuerdo con esto, para estimar la aceleración producida en un cuerpo por un sistema de fuerzas, se puede calcular directamente la aceleración producida por la resultante o bien la suma de las aceleraciones producidas por cada una de las fuerzas intervinientes.
SISTEMA INTERNACIONAL.
La unidad de fuerza en el sistema internacional se denomina newton.
Newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo , le comunica una aceleración de un metro por segundo al cuadrado. Se representa por N.
SISTEMA CEGESIMAL.
La unidad de fuerza en el sistema cegesimal se denomina dina.
Dina es la fuerza que aplicada a una masa de un gramo , le comunica una aceleración de un centimetro por segundo al cuadrado. Se representa por dyn.
SISTEMA TÉCNICO.
La fuerza es una de las magnitudes fundamentales del sistema técnico : es por ello , que su correspondiente unidad---el kilopondio----no se obtiene a partir de otras, sino que establece como unidad patrón .
Kilopondio es la fuerza con que la Tierra atrae en Paris al Kilogramo masa..Se representa po kp.
FÓRMULA DIMENSIONAL.
La fuerza es una magnitud fundamental en el sistema técnico , en tanto que no lo es en los sistemas internacional y cegecimal.
----En los sistemas internacional y cegecimal , al ser la fuerza el producto de una masa por una aceleración . su fórmula dimensional se obtiene multiplicando las fórmulas dimensionales de la masa y la aceleración.
F= m.a.
--En el sistema técnico , al ser la fuerza una magnitud fundamental, su fórmula dimensional es:
{ F }= f.
UNIDADES DE MASA .
Sistema internacional y cegecimal.
Como ya es sabido , las unidades de masa en los sistemas internacional y cegecimal son el kilogramos y el gramo , respectivamente , que se representan por kg y g.
Sistema técnico .
La unidad de masa en el sistema técnico se denomina unidad técnica de masa .
Unidad técnica de masa es la masa que debe poseer un cuerpo para que , al aplicarle una fuerza de un kilopondio , adquiera una aceleración de un metro por segundo al cuadrado. Se representa por utm.
FORMULA DIMENSIONAL.
La masa es una magnitud fundamental en los sistemas internacional y cegecimal , en tanto que no lo es en el sistema técnico.
---En los sistemas internacional y cegecimal, por ser una magnitud fundamental, la fórmula dimensional de la masa es: {m}=M.
IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
Cuando una fuerza F actúa sobre una masa m le trasmite una aceleración
F
a = ----
m
de donde F=m.a
Mas si esa fuerza actúa durante un tiempo t, se llama impulso al producto de la fuerza por el tiempo durante el cual actúa..
impulso=F.t
Remplazando: F.t= m.a.t
siendo: a.t=v
resulta: F.t=m.v
El producto m.v es la cantidad de movimiento .por lo tanto el impulso es igual a la cantidad de movimiento.
ROZAMIENTO .
Cuando un cuerpo se desliza sobre otro o rueda superficies , se origina una fuerza que se opone al movimiento , llamada de rozamiento.
Estas fuerzas deben su origen a las rugosidades superficiales de los cuerpos que ajustándose unas a otras , frenan el movimiento . Por ello, cuanto más pulimentadas son las superficies menor es la fuerza del rozamiento.
LEYES DEL ROZAMIENTO.
SON:
A} La fuerza de rozamiento es siempre de sentido contrario a la fuerza que empuja el cuerpo.
B } El valor de la fuerza de rozamiento es siempre menor o ---a lo sumo---igual que el de la fuerza que empuja al cuerpo.
C } La fuerza de rozamiento es prácticamente indenpendiente de la superficie de contacto.
D } La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto , asi como el estado en que se encuentren sus superficies .
E } La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies en contacto.
F } La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre el otro .
G } Para un mismo par de cuerpos el rozamiento es mayor en el momento del arranque que cuando se ha iniciado al movimiento.
---Fuerza de rozamiento estática : es la fuerza que se opone a que el cuerpo deje el el estado de reposo e inicie el movimiento.
----Fuerza de rozamiento cinética: es la fuerza que se opone a que el cuerpo mantenga el movimiento rectilíneo uniforme.
GALILEO : Dice que todo movimiento es relativo y que sólo se puede expresar respecto de un punto de referencia .
Nuestra galaxia se mueve en el universo respecto a otras galaxias , su velocidad depende de la galaxia que tomemos como referencia.
-----El sol se mueve en nuestra galaxia , con respecto a otras galaxias.
----La tierra se mueve alrededor del sol respecto, de las estrellas de la galaxia
------La tierra gira sobre su propio eje con respecto al sol.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
Las ondas electromagnéticas { radiaciones infrarrojas y ultravioletas, luz visible , rayos X , gamma,cósmicos y las radio ondas } surgen de un campo eletromagnético y pueden propogarse en el vacio , su difusión es muy rápida .
El movimiento ondulatorio, vibración que se propaga de modo longitudinal o transversal puede ser mecánico , como en el caso de las ondas del agua , o electromagnéticas , como ocurren con la luz y las radiaciones.
Sin embargo , teniendo en cuenta que el comportamiento de cualquier movimiento obedece a la naturaleza de la acción que lo produce , es posible definir y estudiar un movimiento bajo un punto de vista dinámico, esto es, analizando las fuerzas que lo producen.
MOVIMIENTO UNIFORME .
En un movimiento uniforme la velocidad se mantiene constante y , en consecuencia , al no haber aumento de velocidad , la aceleración en cualquier instante del movimiento es nula.
Si en el principio fundamental de la dinámica :
F= m.a
sustituimos el valor a=O, resulta
F= m.a
siendo a=O
F= m.O=O
F=O.
Este resultado permite dar una definición del movimiento uniforme: " Movimiento uniforme es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula ".
MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO.
En el movimiento uniformemente acelerado , la aceleración se mantiene constante durante el transcurso del mismo ; en consecuencia , según el principio fundamental de la dinámica se puede expresar .
F=m.a = constante.constante= constante.
F=constante.
Este resultado permite dar la siguiente definición del movimiento uniformemente acelerado: " Movimiento uniformemente acelerado es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es constante.
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.
Movimiento circular uniforme es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él tiene un módulo constante y su dirección es perpendicular a la velocidad instantánea .
Esta fuerza, denominada fuerza centrípeta, tiene un valor constante, ya que la masa , el módulo de la velocidad y el radio de la trayectoria lo son.
MOVIMIENTO ARMÓNICO.
En un movimiento armónico la aceleración es proporcional a la elongación.
"Movimiento armónico es el que posee un móvil cuando sobre él actúa una variable directamente proporcional a la elongación y de sentido contrario a la misma "
difusión
.
La dinámica se clasifica en :
-----Dinámica de sólidos .
-----Dinámica de líquidos o hidrodinámica .
------Dinámica de gases o aerodinámica .
A su vez , la dinámica de sólidos se subdivide en :
----Dinámica del punto, que se refiere a aquellos cuerpos que solamente poseen movimiento de traslación en cuyo caso pueden ser estudiados como si toda su masa estuviera concentrada en el centro de la gravedad .
----Dinámica del sólido rigido, que se refiere a los cuerpos que poseen movimiento de rotación , indenpendientemente de que posean o no movimiento de traslación.
PRINCIPIO DE INERCIA .
" Todo cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento rectilineo uniforme en que se halla, hasta que actúe una fuerza que lo haga cambiar."
PRINCIPIO DE MASA.
" Si una fuerza actúa sobre un cuerpo éste recibe una aceleración proporcional a la dirección de la fuerza y de igual sentido.
Si actúa una fuerza sobre un cuerpo , éste no podrá estar en reposo ni su movimiento podrá ser rectilíneo uniforme , sino que se caracterizará por una aceleración.
Si la fuerza es de intensidad , dirección y sentido constantes , la aceleración también lo será y se cumple así el principio de que la razón entre la fuerza actuante y la aceleración que ella produce son constantes . Esa constante es la masa { m} .
PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN.
" siempre que un cuerpo ejerza sobre otro una fuerza { acción}, el segundo ejercerá , sobre el primero una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario.
PRINCIPIO DE INDEPENDENCIA DE ACCIÓN DE FUERZAS.
" Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, cada una de ellas produce una aceleración que no depende de las demá fuerzas.
De acuerdo con esto, para estimar la aceleración producida en un cuerpo por un sistema de fuerzas, se puede calcular directamente la aceleración producida por la resultante o bien la suma de las aceleraciones producidas por cada una de las fuerzas intervinientes.
SISTEMA INTERNACIONAL.
La unidad de fuerza en el sistema internacional se denomina newton.
Newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo , le comunica una aceleración de un metro por segundo al cuadrado. Se representa por N.
SISTEMA CEGESIMAL.
La unidad de fuerza en el sistema cegesimal se denomina dina.
Dina es la fuerza que aplicada a una masa de un gramo , le comunica una aceleración de un centimetro por segundo al cuadrado. Se representa por dyn.
SISTEMA TÉCNICO.
La fuerza es una de las magnitudes fundamentales del sistema técnico : es por ello , que su correspondiente unidad---el kilopondio----no se obtiene a partir de otras, sino que establece como unidad patrón .
Kilopondio es la fuerza con que la Tierra atrae en Paris al Kilogramo masa..Se representa po kp.
FÓRMULA DIMENSIONAL.
La fuerza es una magnitud fundamental en el sistema técnico , en tanto que no lo es en los sistemas internacional y cegecimal.
----En los sistemas internacional y cegecimal , al ser la fuerza el producto de una masa por una aceleración . su fórmula dimensional se obtiene multiplicando las fórmulas dimensionales de la masa y la aceleración.
F= m.a.
--En el sistema técnico , al ser la fuerza una magnitud fundamental, su fórmula dimensional es:
{ F }= f.
UNIDADES DE MASA .
Sistema internacional y cegecimal.
Como ya es sabido , las unidades de masa en los sistemas internacional y cegecimal son el kilogramos y el gramo , respectivamente , que se representan por kg y g.
Sistema técnico .
La unidad de masa en el sistema técnico se denomina unidad técnica de masa .
Unidad técnica de masa es la masa que debe poseer un cuerpo para que , al aplicarle una fuerza de un kilopondio , adquiera una aceleración de un metro por segundo al cuadrado. Se representa por utm.
FORMULA DIMENSIONAL.
La masa es una magnitud fundamental en los sistemas internacional y cegecimal , en tanto que no lo es en el sistema técnico.
---En los sistemas internacional y cegecimal, por ser una magnitud fundamental, la fórmula dimensional de la masa es: {m}=M.
IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
Cuando una fuerza F actúa sobre una masa m le trasmite una aceleración
F
a = ----
m
de donde F=m.a
Mas si esa fuerza actúa durante un tiempo t, se llama impulso al producto de la fuerza por el tiempo durante el cual actúa..
impulso=F.t
Remplazando: F.t= m.a.t
siendo: a.t=v
resulta: F.t=m.v
El producto m.v es la cantidad de movimiento .por lo tanto el impulso es igual a la cantidad de movimiento.
ROZAMIENTO .
Cuando un cuerpo se desliza sobre otro o rueda superficies , se origina una fuerza que se opone al movimiento , llamada de rozamiento.
Estas fuerzas deben su origen a las rugosidades superficiales de los cuerpos que ajustándose unas a otras , frenan el movimiento . Por ello, cuanto más pulimentadas son las superficies menor es la fuerza del rozamiento.
LEYES DEL ROZAMIENTO.
SON:
A} La fuerza de rozamiento es siempre de sentido contrario a la fuerza que empuja el cuerpo.
B } El valor de la fuerza de rozamiento es siempre menor o ---a lo sumo---igual que el de la fuerza que empuja al cuerpo.
C } La fuerza de rozamiento es prácticamente indenpendiente de la superficie de contacto.
D } La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto , asi como el estado en que se encuentren sus superficies .
E } La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies en contacto.
F } La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre el otro .
G } Para un mismo par de cuerpos el rozamiento es mayor en el momento del arranque que cuando se ha iniciado al movimiento.
---Fuerza de rozamiento estática : es la fuerza que se opone a que el cuerpo deje el el estado de reposo e inicie el movimiento.
----Fuerza de rozamiento cinética: es la fuerza que se opone a que el cuerpo mantenga el movimiento rectilíneo uniforme.
GALILEO : Dice que todo movimiento es relativo y que sólo se puede expresar respecto de un punto de referencia .
Nuestra galaxia se mueve en el universo respecto a otras galaxias , su velocidad depende de la galaxia que tomemos como referencia.
-----El sol se mueve en nuestra galaxia , con respecto a otras galaxias.
----La tierra se mueve alrededor del sol respecto, de las estrellas de la galaxia
------La tierra gira sobre su propio eje con respecto al sol.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
Las ondas electromagnéticas { radiaciones infrarrojas y ultravioletas, luz visible , rayos X , gamma,cósmicos y las radio ondas } surgen de un campo eletromagnético y pueden propogarse en el vacio , su difusión es muy rápida .
El movimiento ondulatorio, vibración que se propaga de modo longitudinal o transversal puede ser mecánico , como en el caso de las ondas del agua , o electromagnéticas , como ocurren con la luz y las radiaciones.
Sin embargo , teniendo en cuenta que el comportamiento de cualquier movimiento obedece a la naturaleza de la acción que lo produce , es posible definir y estudiar un movimiento bajo un punto de vista dinámico, esto es, analizando las fuerzas que lo producen.
MOVIMIENTO UNIFORME .
En un movimiento uniforme la velocidad se mantiene constante y , en consecuencia , al no haber aumento de velocidad , la aceleración en cualquier instante del movimiento es nula.
Si en el principio fundamental de la dinámica :
F= m.a
sustituimos el valor a=O, resulta
F= m.a
siendo a=O
F= m.O=O
F=O.
Este resultado permite dar una definición del movimiento uniforme: " Movimiento uniforme es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es nula ".
MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO.
En el movimiento uniformemente acelerado , la aceleración se mantiene constante durante el transcurso del mismo ; en consecuencia , según el principio fundamental de la dinámica se puede expresar .
F=m.a = constante.constante= constante.
F=constante.
Este resultado permite dar la siguiente definición del movimiento uniformemente acelerado: " Movimiento uniformemente acelerado es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él es constante.
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.
Movimiento circular uniforme es el que posee un móvil cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre él tiene un módulo constante y su dirección es perpendicular a la velocidad instantánea .
Esta fuerza, denominada fuerza centrípeta, tiene un valor constante, ya que la masa , el módulo de la velocidad y el radio de la trayectoria lo son.
MOVIMIENTO ARMÓNICO.
En un movimiento armónico la aceleración es proporcional a la elongación.
"Movimiento armónico es el que posee un móvil cuando sobre él actúa una variable directamente proporcional a la elongación y de sentido contrario a la misma "
difusión
.
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