11. Si realizamos los agujeros a distinta altura, qué observamos? Este hecho, qué es lo que pone de manifiesto?

Transcripción

1 FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O. TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS 1. Explica por qué: a) Al intentar clavar un clavo en la pared, colocas éste con la punta sobre la pared y no al revés. b) Un alfiler no pincha igual por la punta que por la parte de la cabeza. c) Se afilan los cuchillos. d) Una persona se hunde en la nieve si no lleva esquís. e) El oso, animal más pesado que el jabalí, camina con mayor facilidad por la nieve. f) Es más doloroso un pisotón producido por un zapato de tacón fino, que por un zapato plano. g) Cierto tipo de tractores poseen cadenas en vez de ruedas (al igual que los tanques). h) Cuando una persona se hunde en un lago cuya superficie está helada, los que acuden a su rescate avanzan tumbados y no andando. 2. Calcula la presión que ejercería sobre el suelo el peso del elefante si se apoyase en una única pata, y la que ejercería el peso de la chica si sólo se apoyase en uno de sus tacones. ELEFANTE CHICA PESO N 600 N I.E.S. ASTA REGIA SUPERFICIE De una pata cm2 Del tacón 1 cm2 3. La punta de un clavo tiene una sección de 0,1 mm2, mientras que la cabeza es de 30 mm2. Utilizando un martillo golpeamos con una fuerza de 100 N. Calcula la presión que hace el clavo sobre la pared según queramos introducirlo por la punta o por la cabeza. Expresa el resultado en unidades del S.I. 4. Un grupo de amigos realizan una marcha por una zona nevada y uno de ellos se queda retrasado. Cómo sabría este último cuál de sus compañeros, Elena, Ana o Pedro, transporta a hombros la mochila con la tienda sin más que observar las huellas que deja cada uno sobre la nieve? Por qué? 5. Antonio tiene una masa de 72 kg y está encima de un lago helado calzando unos zapatos amplios que tienen una superficie de 0,6 m2 cada uno. El hielo puede aguantar una presión de Pa antes de romperse. Estará Antonio en un lugar seguro? 1

2 6. Gema, que tiene de masa 50 kg, está en una estación de esquí. Las suelas de sus zapatos tienen una superficie de 2 dm2 y sus esquís, una superficie de 20 dm2. Qué presión ejerce Gema sobre la nieve al llevar puestos los zapatos? Y al llevar puestos los esquís? 7. Un ladrillo tiene de dimensiones 30 x 15 x 5 cm y un peso de 9 N. a) Determina la presión que ejerce al apoyarlo sobre cada una de sus caras. b) Suponiendo que la superficie sobre la que está apoyado sea deformable, indica en qué posición se producirá la máxima deformación. 8. Si se llena una bolsa de plástico con agua y se agujerea en diferentes puntos con una aguja. El agua sale a chorros de la bolsa por los agujeros, perpendicularmente a la superficie. Este hecho, qué es lo que pone de manifiesto? 9. Si sumergimos un tubo de vidrio con un obturador en un recipiente con agua, el obturador no cae, independientemente de la posición del tubo. Este hecho, qué es lo que pone de manifiesto? 10. Si realizamos varios agujeros a la misma altura en una botella de plástico llena de agua, qué observamos? Este hecho, qué es lo que pone de manifiesto? 11. Si realizamos los agujeros a distinta altura, qué observamos? Este hecho, qué es lo que pone de manifiesto? 12. Por qué necesitan llevar los buzos trajes especiales? 13. Por qué crees que la pared de una presa es mucho más ancha en la base? 14. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones, referidas a los recipientes de la figura: a) la presión ejercida sobre el fondo de los recipientes es la misma, si contienen el mismo líquido. b) La fuerza que actúa sobre el fondo de cada recipiente es la misma. 15. Qué líquido, agua o mercurio, ejerce mayor presión sobre el fondo del recipiente? 2

3 FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O. TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS I.E.S. ASTA REGIA 16. Calcula la presión que ejerce cada líquido sobre el fondo del recipiente. La densidad del mercurio es aproximadamente kg/m3, la densidad del agua kg/m3 y la altura que alcanzan los líquidos en ambos recipientes es 12 cm. 17. Calcula la presión hidrostática que existe a 3 metros por debajo de la superficie del mar, si la densidad del agua del mar es kg/m Sabemos que el Titanic se hundió cerca de las costas de Terranova, y que reposa a metros de profundidad. A pesar de los múltiples intentos de penetrar en su interior, apenas unos pocos seres humanos han podido llegar a sus proximidades. Cuál es la causa de tal dificultad? 19. Calcula la presión que soportaría un buzo si accediese al Titanic. Considerar la densidad del agua del mar = kg/m Un submarino se encuentra a 40 metros de profundidad en el mar. Sabiendo que la densidad del agua del mar es 1,1 g/cm3, calcula: a) La presión que está soportando el submarino. b) La fuerza que habría que realizar para abrir una escotilla de 60 dm2 de superficie. h = 40 m 21. El tapón que cierra el sumidero de un depósito tiene forma circular de 5 cm de radio y se encuentra a una profundidad de 3,5 m. Calcula: a) La presión ejercida por el agua que tiene que soportar el tapón. b) La fuerza con la que habría que tirar de él para lograr abrir el desagüe del depósito, si el peso del tapón es de 2 N. 22. El obturador de una bañera tiene 5 cm de diámetro. La altura del agua que contiene es 40 cm. Qué fuerza hay que ejercer para vaciar la bañera? Qué fuerza habría que hacer si la bañera contuviese mercurio? La densidad del mercurio es aproximadamente kg/m Enuncia el Principio de Pascal. 24. Cita casos reales que pongan de manifiesto el Principio de Pascal. 25. En un sistema como el de la figura, empujamos al émbolo pequeño con una fuerza de 200 N. a) Qué presión hacemos sobre el líquido? b) Qué presión existirá en el punto B del líquido? c) Qué presión existirá en el punto C? d) Calcula la fuerza que ejerce el líquido sobre el émbolo grande. e) Compara esta fuerza con la inicial de 200 N y analiza el resultado. 3

4 26. En el Principio de Pascal se fundamentan numerosas aplicaciones tecnológicas de uso corriente. Cita algunas de ellas. 27. Los émbolos de una prensa hidráulica tienen una superficie de 10 y 300 cm2 respectivamente. Aplica el principio de Pascal para calcular la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande, al aplicar sobre el pequeño una fuerza de 100 N. 28. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son 200 y 500 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño se ejerce una fuerza de 5 kp: a) Cuál será la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande? b) Qué presión soporta cada émbolo? c) Qué fuerza habría que aplicar en el émbolo menor para poder prensar una partida de aceitunas con una fuerza neta de N. 29. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son y 40 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño realizamos una fuerza de 15 kp, cuál será la fuerza que se realiza sobre el otro? Qué presión soporta cada émbolo? 30. Con un gato hidráulico se quiere elevar un coche de kg haciendo una fuerza de 100 N. Qué superficie deberá tener el pistón donde se realiza esta fuerza si la plataforma donde está situado el coche tiene una superficie de 1,8 m Qué sección debe tener el émbolo grande de una prensa hidráulica, para que ejerciendo sobre el pequeño una presión de Pa, se origine una fuerza de N? 32. Otra de las muchas aplicaciones que tiene la transmisión de presiones del principio de Pascal son los frenos hidráulicos. Observa el esquema del freno hidráulico anterior. Si la fuerza que se ejerce en el pedal de freno es de 6 kp, indica la fuerza que se ejerce sobre las pastillas de freno. Analiza el resultado. 4

5 FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O. TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS I.E.S. ASTA REGIA PRESIONES EN EL INTERIOR DE LOS GASES 33. Vivimos en un océano de aire y, sin embargo, no sentimos ninguna presión especial sobre nosotros, cuál es el motivo? 34. La presión atmosférica se pone de manifiesto y se aprovecha en muchas situaciones de la vida cotidiana. Cita alguna de ellas. Nota: utiliza los apuntes del laboratorio. 35. El físico italiano Evangelista Torricelli realizó en el siglo XVII la primera experiencia histórica que se conoce sobre la medida de la presión atmosférica. Descríbela y calcula el valor de la misma al nivel del mar. 36. El valor de la presión atmosférica, con qué magnitud varía? cuál es la causa? 37. Si en lugar de realizar la experiencia de Torricelli al nivel del mar, se realiza a una altura de 10 metros sobre el nivel del mar qué altura alcanzará el mercurio en la cubeta? 38. Calcula de forma aproximada el valor de la presión atmosférica existente en la cima del peñón de Zahara de la Sierra, sabiendo que está situado a 541 m de altitud. 39. Expresa en milibares el valor de la presión atmosférica al nivel del mar. 40. Qué son los anticiclones? qué son las borrascas? Cómo se le denominan a los puntos de igual presión? 5. EL TEOREMA DE ARQUÍMEDES 41. Enuncia el Teorema de Arquímedes y deduce la expresión: E = D. V. g 42. La relación entre el peso y el empuje determina el comportamiento de un objeto en un fluido. Analiza las distintas situaciones que se pueden producir, e indica las condiciones necesarias para que: a) El cuerpo quede en equilibrio en el interior del fluido. b) El cuerpo flote en la superficie del fluido. c) El cuerpo se hunda en el interior del fluido. 5

6 43. Completa las siguientes frases: Un cuerpo flota en un líquido cuando la densidad del sólido es que la densidad del líquido. Un cuerpo está en equilibrio cuando la densidad del sólido es que la densidad del líquido. Un cuerpo se hunde cuando la densidad del sólido es que la densidad del líquido. 44. Calcula el empuje que experimenta un cuerpo de 1,5 dm3 de volumen al sumergirlo en: a) Alcohol; (densidad = 0,8 g/cm3) b) Agua; (densidad = 1 g/cm3) c) Agua salada; (densidad = 1,1 g/cm3) 45. Dónde se flota mejor, en la piscina o en el agua del mar? Razona tu respuesta. 46. Por qué un buque experimenta una elevación en su línea de flotación cuando pasa del río Amazonas al océano Atlántico? 47. Calcula el peso aparente en el agua de un bloque de 0,5 dm3, sabiendo que su peso real es de 12 N. 48. Un taco de madera de dimensiones 4 cm x 10 cm x 20 cm, pesa en el aire 20 N. Calcula lo que pesará sumergido en agua (d = 1000 kg/m3) y en parafina (d = 800 Kg/m3). 49. Un objeto tiene un peso fuera del agua de 80 N y dentro del agua de 60 N. Calcula su masa, su volumen y su densidad. 50. Calcula el empuje que experimenta, sumergida en agua, una esfera maciza de aluminio de 12 cm de radio y densidad 2,69 g/cm3. Cuál será su peso aparente en el interior del líquido? 51. Sabemos que es posible hacer ascender un globo al que se llena de aire caliente o con gas hidrógeno o helio. Qué explicación tienen estos fenómenos? LECTURA COMPLEMENTARIA Un caso extremo de alta densidad del agua salada se da en el mar Muerto. El mar Muerto es, en realidad, un lago salado de unos 80 km de largo por 17 km de ancho, situado entre Israel y Jordania. Su profundidad es escasa, unos 40 m de promedio, y además varía mucho en las diferentes estaciones. La escasa profundidad y el hecho de que su superficie esté situada unos 390 m por debajo de la de los océanos y mares ha favorecido la evaporación de sus aguas durante milenios, produciendo una concentración de sales mucho mayor que en cualquier mar. La densidad de sus aguas es muy elevada, por lo cual resulta muy fácil flotar en ellas. En realidad lo difícil en este mar es hundirse, pero al mismo tiempo esto ha producido la desaparición de cualquier tipo de vida vegetal o animal en él. 6

7 FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O. TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS I.E.S. ASTA REGIA 7

8 repaso 52. Resuelve el ejercicio 5 del libro, página Calcula la presión que se ejerce al empujar una aguja de 0,5 mm2 de sección con una fuerza de 1 N. 54. Calcula la presión que ejerce una persona de 70 kg cuando está: a) De pie sobre sus zapatos. b) De pie sobre unos esquís de cm2 de superficie total. c) Qué presión podemos ejercer cuando empujamos con una fuerza de 10 N sobre una aguja cuya punta tiene una superficie de 10-1 mm2? 55. Un elefante pesa N y tiene cuatro patas con una superficie de 10 dm2 cada una. Qué presión ejerce sobre el suelo? En un ejercicio de acrobacia, el elefante se sostiene con una única pata. Qué presión ejerce ahora sobre el suelo? 56. Una bailarina tiene de masa 40 kg. Al hacer una pirueta se pone de puntillas encima de uno de los pies. La superficie de contacto con el suelo es de 4 cm 2. Qué presión ejerce sobre el suelo? Compara el resultado con el del ejercicio anterior. 57. *La densidad de un ladrillo es igual a kg/m3 y sus dimensiones son 20 x 10 x 5 cm. Determina la presión ejercida por éste al apoyarlo sobre cada una de sus caras. 58. * Un bloque de hormigón tiene forma de paralelepípedo cuyas dimensiones son de 80 x 40 x 30 cm. Si la densidad del hormigón es de 2,4 g/cm3, calcula la presión que ejerce el bloque sobre el suelo al apoyarse sobre cada una de sus tres caras distintas. Qué conclusión puedes sacar? 59. *Resuelve el ejercicio 20 del libro, página En un depósito hay un metro cúbico de agua. Calcula: a) El peso de un metro cúbico de agua. b) La presión que ejerce este metro cúbico de agua sobre el fondo de un recipiente cuya superficie es de un metro cuadrado y cuya altura es de 1 metro Un buceador dispone de un sensor que da el valor de la presión hidrostática a la profundidad en que se encuentra. Al realizar el recorrido señalado por los puntos, se apreciarán diferencias de presión? Razona tu respuesta.

9 FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O. TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS I.E.S. ASTA REGIA 62. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son 200 y 500 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño se ejerce una fuerza de 5 kp: a) Cuál será la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande? b) Qué presión soporta cada émbolo? Qué fuerza habría que aplicar en el émbolo menor para poder prensar una partida de aceitunas con una fuerza neta de N. 63. A diferencia de los sólidos, los líquidos ejercen fuerzas sobre las paredes del recipiente que los contiene, fuerzas que son perpendiculares a dichas paredes 64. Los líquidos también ejercen fuerzas sobre la superficie de cuarquier objeto sumergido en ellos. 1. LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS La típica pregunta capciosa Qué pesa más, un kilo de paja o un kilo de plomo? es realmente una tontería. Pero si la modificamos ligeramente y preguntamos Qué ocupa mayor volumen, un kilo de paja o un kilo de plomo?, estamos preguntándonos por una propiedad muy importante de la materia, la densidad, que sirve para caracterizar materiales o sustancias distintas. 65. Por qué se desequilibra una balanza si colocamos en uno de los platillos un litro de agua y en el otro un litro de aceite? 66. A qué se le denomina densidad? 67. Observa la fotografía e indica qué es mayor, la densidad del agua o la densidad del aceite? 68. Indica la unidad de la densidad en el Sistema Internacional. 69. La densidad del agua es 1 g/cm3, expresa esta densidad en el sistema internacional de unidades. 70. Qué información te proporcionan los siguientes datos? Sustancia Aire Aluminio Plomo Gas de la cola de un cometa Estrellas de neutrones 3 Densidad (kg/m ) 1, <

10 71. Determina la densidad de un cuerpo, sabiendo que 10 cm3 del mismo tienen una masa de 50 g. Expresa el resultado en el sistema internacional y en g/cm Una sustancia líquida tiene una densidad de 0,79 g/cm3. Calcula cuál es la masa que tendrá un volumen de 10 litros de esa misma sustancia. 73. Una sustancia sólida tiene una densidad de 2,7 g/cm3. Calcula el volumen que ocuparán 3 kg de dicha sustancia. 74. Resuelve los ejercicios 1 y 2 del libro, página Dos cuerpos, el primero de doble volumen que el segundo, tienen la misma masa. Razona cómo serán las densidades. 76. Determina la masa de aire contenida en el aula. Para ello utiliza la tabla de densidades. 77. Resuelve los ejercicios 1, 2, 3 y 4 del libro, página Resuelve los ejercicios 1 y 25 del 10 libro, página 85.