martes, 18 de junio de 2013

empuje

empuje

El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria (reacción). Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa mque es igual y opuesto a m veces la aceleración a, experimentada por la masa:
\sum^{}_{} \vec F = m \vec a
Un cohete (y toda la masa unida a él) es propulsado hacia adelante por un empuje igual y en dirección opuesta a la masa multiplicada por su velocidad respecto al cohete.

densidad

En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
\rho = \frac{m}{V}\,
Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes \Delta V_k (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo \Delta m_k la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:
\rho(x) = \lim_{k \to \infty} \frac{\Delta m_k}{\Delta V_k} \approx \frac{dm}{dV}


La unidad es kg/m3 en el SI.
Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y masa




peso 
especifico
Se le llama Peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.
Su expresión de cálculo es:
\gamma = \frac {P}{V} = \frac {m g}{V}= \rho\ g
siendo,
\gamma\,, el peso específico;
P\,, el peso de la sustancia;
V\,, el volumen de la sustancia;
\rho\,, la densidad de la sustancia;
m\,, la masa de la sustancia;
g\,, la aceleración de la gravedad

SÓLIDOS

Los cuerpos sólidos están formados por átomos densamente empaquetados con intensas fuerzas de interacción entre ellos. Los efectos de interacción son responsables de las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, magnéticas y ópticas de los sólidos. Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SÓLIDOS
• Tienen forma y volumen propio.
• No fluyen
• Son prácticamente incomprensibles.
• Tienen altas densidades
• Manteniendo constante la presión y baja la temperatura, los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas.
• Sus estructuras cristalinas confieren al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente y, por tanto, son agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes.
• No se difunden, ya que no pueden desplazarse.
• Puede ser orgánico o inorgánico.
• El sólido más ligero conocido es un material artificial, el aerogel, que tiene una densidad de 1,9 mg/cm³,
• El sólido más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.
Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:
• La física del estado sólido estudia cómo emergen las propiedades físicas de los sólidos a partir de su estructura de la materia condensada


líquidos
 y 
presión

Principio de Pascal
Las moléculas de un líquido, al estar sueltas no solo ejercen presión hacia abajo (el fondo) sino sobre las paredes del recipiente que lo contiene.   Pascal demostró que la presión que se ejerce sobre un punto de un liquido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas direcciones.
Esto es muy importante pues si se ejerce una presión f sobre una superficie S, otra superficie S´ que sea 5, 10, 100 veces mayor ejercerá una fuerza 5, 10, 100 veces mayor:
Si tenemos  que   p = f / S   y según el principio de Pascal,   p' = f '/ S'
Si la superficie S´ es ` veces mayor y que  p y p´ son iguales,  tenemos que
p = p';      f / S = f' / S'     
de donde se deduce que    
Presión en los líquidos.
La presión f´ desarrollada en otro lugar del líquido, depende de la superficie S´. Siendo directamente proporcional a ella.
La presión ejercida en el vaso de la izquierda se multiplica por cuatro en el vaso de la derecha.
Presión en los líquidos. 
Aplicaciones
El principio de Pascal se aplica en máquinas como el freno hidráulico, prensa hidráulica, elevadores, etc.
Presiones en el Interior de un líquido
·       Presión sobre el Fondo
      Todo líquido ejerce una presión sobre el fondo del recipiente que lo contiene.  Esta presión es independiente de su área,  solo depende de su altura, -distancia que hay desde el fondo a la superficie libre del líquido-  y del peso específico del líquido (por Peso Específico se entiende  el peso correspondiente a su unidad de volumen).Presión en los líquidos.
            Siendo V el volumen y Pe el Peso específico y siendo p la presión y S la superficie de la base del recipiente, h la altura entre el fondo y la superficie    
Presión en los líquidos.
Presión en los líquidos.

      La fuerza que todo líquido ejerce sobre el fondo del recipiente es igual al peso de una columna que tenga como base la superfície del fondo y como altura la distancia entre la base y la superficie libre del liquido, NO depende de la cantidad total del líquido.
·       Presión en el seno del líquido
      En el seno de un líquido se ejerce presión en todas direcciones. La diferencia de presión entre 2 puntos cualesquiera situados a distinto nivel en un líquido en equilibrio, es igual al peso de una columna de líquido cuya base es la unidad de superfície, y la altura la diferencia de las profundidades a que están dichos puntos.
·       Presión lateral o sobre las paredes
      La presión sobre las paredes depende de la profundidad y es independiente de la cantidad de l íquido:
Presión en los líquidos.
     La presión en los líquidos se ejerce sobre el fondo y las paredes de los recipientes. Los vectores representan el valor de los vectores de a las distintas profundidades.
Presión en los líquidos.
Vasos Comunicantes
Son recipientes que están unidos entre sí por su parte inferior, de manera que el líquido que se eche en cualquiera de ellos pase fácilmente a los otros.  Si se echa un líquido en vasos comunicantes, la altura alcanzada por el líquido es la misma en todos los vasos, independientemente de la forma o volumen que los vasos tengan.
Si se vierten dos líquidos no miscibles, la altura que alcanza cada líquido está en razón inversa de su densidad.  En este caso aceite y agua, el aceite alcanzará una altura mayor al tener menor densidad.
Como que la presión alcanzada en cada rama de un vaso es la misma, sea p y p´, idénticas las alturas: h y h´ , y no las densidades d y d´;   vemos que la presión en una rama es
p = h*d  y p' = h' * d'    por tanto si   p=p'
Las alturas alcanzadas en las dos ramas de un vaso comunicante están en razón inversa a la de las densidades de los líquidos
h / h'  = d/ d'
Aplicaciones de los vasos comunicantes
Los romanos desconocían los vasos comunicantes y construyeron grandes obras para transportar el agua salvando desniveles de terreno.  Se usan vasos comunicantes en la construcción de pozos, surtidores, fuentes, niveles de burbuja, etc.
PASCAL
Blas Pascal nació en Francia en 1623 y murió a los 39 años en 1662. Destacó muy joven como matemático (a los 16 años con sus trabajos Principios sobre las Cónicas). Corroboró el experimento de Torricelli del principio del  barómetro y la presión atmosférica. Su principio es la base de la hidráulica actual.  En los últimos años se dedicó a la religión y la filosofía.  Entre sus obras podemos citar el Cálculo de Probabilidades, Tratado del equilibrio de los líquidos y la construcción de una primitiva máquina de calcular.


volumen

Volumen


Ejemplo del Principio de Arquímedes: El volumen adicional en la segunda probeta corresponde al volumen desplazado por el sólido sumergido (que naturalmente coincide con el volumen del sólido).
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SIU). El principio de Arquímedes se formula así:

o bien

Donde E es el empuje , ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales2 y descrito de modo simplificado3 ) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.



El volumen 1 es una magnitud escalar 2 definida como el espacio ocupado por un objeto. Es una función derivada de longitud, ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.
En física, el volumen es una magnitud física extensiva que es asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos o materiales.
La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro (que equivale a un decímetro cúbico), el que se utiliza comúnmente en la vida práctica.

La capacidad y el volumen son términos equivalentes, pero no iguales. Se define la capacidad como el espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas. Por lo tanto, entre ambos términos existe una equivalencia que se basa en la relación entre el litro (unidad de capacidad) y el decímetro cúbico (unidad de volumen).
Este hecho puede verificarse experimentalmente de la siguiente manera: si se tiene un recipiente con agua que llegue hasta el borde, y se introduce en él un cubo sólido cuyas aristas midan 1 decímetro (1 dm3), se derramará 1 litro de agua. De tal forma, puede afirmarse que:
1 dm3 = 1 litro
Equivalencias
1 dm3 = 0,001 m3 = 1.000 cm3
Unidades de volumen,

Se clasifican de la siguiente manera en tres categorías:
Unidades de volumen sólido: Miden al volumen de un cuerpo utilizando unidades de longitud elevadas a la tercera potencia. Se le dice volumen sólido porque en geometría se utiliza para medir el espacio que ocupan los cuerpos tridimensionales, y se da por hecho que el interior de esos cuerpos no es hueco sino que es sólido.
Unidades de volumen líquido. Estas unidades fueron creadas para medir el volumen que ocupan los líquidos dentro de un recipiente.
Unidades de volumen de áridos, también llamadas tradicionalmente unidades de capacidad. Estas unidades fueron creadas para medir el volumen que ocupan las cosechas (legumbres, tubérculos, forrajes y frutas) almacenadas en graneros y silos. Estas unidades fueron creadas porque hace muchos años no existía un método adecuado para pesar todas las cosechas en un tiempo breve, y era más práctico hacerlo usando volúmenes áridos. 


Flujo y Gasto.


En física es la cantidad de volumen o de agua que  pasa por un tubo o conducto a través de uun tiempo determinado.
El gasto se representa de la sig. manera;
g=v/t                    ó               g=VA
Las unidades de medida de esto  son;
m3 / seg
Flujo
Es la cantidad de masa de un liquido que fluye a través de una tubería en un segundo.
El flujo se define como;
F=M/T
F=ρV/T
F=ρG
Sus unidades de medida son;
kg/seg
Ahora pondremos un ejemplo de los casos anteriores;
Por una tubería fluyen 1800 litros de agua en 1 minuto, calcular;
a)  gasto
b)  flujo
Primero  convertimos  de unas unidades a otras;
1m=60s
1800litros=1.8m3
g=V/T           g=1.8/60                       g=0.03 m3/seg
f=ρG             f=1000kg/m3                 f=30kg/se






Qué es Gasto y flujo
Gasto: cantidad o volumen de fluido que pasa a través de un conducto, y el tiempo que tarda en fluir, puede calcularse también si se considera la velocidad que lleva el líquido y se conoce el área de la sección transversal de la tubería.

Flujo: es la cantidad de masa del fluido que fluye a través de una tubería en un segundo,También se define como la densidad de un cuerpo, es la relación que existe entre la masa y el volumen.

Formula para gasto.





Formula para flujo:



Aqui pondremos algunos ejercicios de gasto y flujo:

Problemas:
Calcular el gasto de agua que pasa por una tubería de diámetro igual a 5.08cm cuando la velocidad del líquido es de 4m/seg.



lunes, 17 de junio de 2013

energía potencial

energia potencial

En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra \scriptstyle U o \scriptstyle E_p.
Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.



La energía potencial puede definirse solamente cuando la fuerza es conservativa. Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son no conservativas, entonces no se puede definir la energía potencial, como se verá a continuación. Una fuerza es conservativa cuando se cumple alguna de las siguientes propiedades:
  • El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido.
  • El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
  • Cuando el rotacional de la fuerza es cero.





Se le cosidera ala la energía potencial como:
U = mgh

Donde m es la masa del objeto, g es la aceleración de gravedad y h es la altura del objeto. Así que según la pelota cae, su energía potencial disminuye por virtud de la reducción en la altura.

Podemos definir la energía total de la pelotaa como la suma de la energía cinética y la potencial.
ET = K + U

Como la energía permanece constante, entonces la energía total inicial es igual a la energía total final.
ETi = ETf

Por lo que entonces la suma de la energía cinética inicial y la potencial inicial debe ser igual a la suma de la energía cinética final y la energía potencial final.
Ki + Ui = Kf + Uf

o sea
½ mvi² + mghi = ½ mvf² + mghf

masa




la masa, en física, es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.1 Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.
No debe confundirse con el peso, que es una magnitud vectorial que representa una fuerza. Tampoco debe confundirse con la cantidad de sustancia, cuya unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el mol.


La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son:
 El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido.
 El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas).
 La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.
 La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida precisa de la densidad de líquidos.

Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuyo frecuencia de resonancia está determinada por los materiales contenidos, como la masa del diapasón es determinante para la altura del sonido5

Unidades

Existen varias unidades de medida, siendo las más usadas las siguientes:

Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):
 kilogramo entre metro cúbico (kg/m3).
 gramo entre centímetro cúbico (g/cm3).
 kilogramo entre litro (kg/L) o kilogramo entre decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm3 = 1 g/cm3 = 1 g/mL).
 gramo entre mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm3).
 Para los gases suele usarse el gramo entre decímetro cúbico (g/dm3) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:




Unidades usadas en el Sistema anglosajón de unidades:
 onza entre pulgada cúbica (oz/in3)
 libra entre pulgada cúbica (lb/in3)
 libra entre pie cúbico (lb/ft3)
 libra entre yarda cúbica (lb/yd3)
 libra entre galón (lb/gal)
 libra entre bushel americano (lb/bu)
 slug entre pie cúbico.

 
elasticidad


En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan


La elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos deformables. La teoría de la elasticidad (ETE) como la mecánica de sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera sólo trata sólidos en que las deformaciones son termodinámicamente reversibles y en los que el estado tensiones en un punto en un instante dado dependen sólo de las deformaciones en el mismo punto y no de las deformaciones anteriores (ni el valor de otras magnitudes en un instante anterior). Para un sólido elástico la ecuación constitutiva funcionalmente es de la forma:
  
donde denota el conjunto de tensores simétricos de segundo orden del espacio euclídeo. Si el sólido es homogéneo el valor de la función anterior no penderá del segundo argumento.