Tiro horizontal. Fuerza de rozamiento. Transformación de la energía. Centro de gravedad. Presión. Fuente de Herón. Copa de Arquímedes.

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Samuel Espejo Aguilar
hace 7 años
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2 Tiro horizontal. Fuerza de rozamiento. Transformación de la energía. Centro de gravedad. Presión. Fuente de Herón. Copa de Arquímedes. Sorpresa de la presión. Determinación de la densidad. Diablillo de Descartes (Ludión). Magnetismo, electricidad e inducción electromagnética. Ondas estacionarias.

6 La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

8 Herón de Alejandría (10 a 70 dc) llamado El Mago o Michanikos (hombre máquina). Algunas aportaciones: Máquina de vapor (eolípila) Máquina expendedora Área del triángulo en función del perímetro

10 Basada en el Principio de sifón atribuido a Ctesibio (-285 a -222 ac). También se le atribuye a Ctesibio el reloj de agua (clepsidra).

12 El sifón es un tubo acodado de ramas desiguales, destinado a trasvasar líquidos de un depósito a otro a causa de la presión atmosférica. El líquido fluye hacia el depósito bajo siempre que la distancia h entre lo alto del sifón y la superficie del líquido en el depósito superior sea menor que la distancia H entre el punto más alto del sifón y la superficie del depósito inferior.

13 Consideremos una sección S en la parte más alta del tubo. Sobre ella obran dos presiones en ambos sentidos. Hacia la derecha (Presión atmosférica Presión hidrostática) = (P -ρgh). Hacia la izquierda (Presión atmosférica Presión hidrostática) = (P ρgh). De estas dos presiones es mayor la que obra hacia la derecha, y el líquido fluiráa favor del exceso de presión hasta igualar el nivel de ambos depósitos.

15 En esta experiencia aplicamos la ecuación fundamental de la estática de fluidos. Se comparan dos líquidos inmiscibles, el agua, cuya densidad es conocida (1.0 g/cm 3 ) y un líquido de densidad desconocida.

16 Dado que A y B están a la misma altura sus presiones deben ser iguales: La presión en A es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h 2 de la columna de fluido cuya densidad r 2 queremos determinar. p A =p 0 +ρ 2 gh 2 La presión en B es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h 1 de la columna de agua cuya densidad conocemos p B =p 0 +ρ 1 gh 1 Igualando las presiones en A y B, p A =p B, obtenemos: Las densidades de los dos líquidos no miscibles están en relación inversa a las alturas de sus columnas sobre la superficie de separación en el tubo en forma de U.

17 Un poco de historia: En su versión original fue obra de Descartes. El nombre "Ludión" se debe a que su propósito era eminentemente lúdico. En una botella llena de agua, se encontraba sumergido un diablillo que se movía según se presionase más o menos la botella.

18 Funcionamiento: Cuando se presiona la botella lo suficiente, se observa como el tubito desciende hasta llegar al fondo. Al disminuir la presión ejercida, el tubito asciende de nuevo.

19 Explicación: Al presionar la botella se puede observar como disminuye el volumen de aire contenido en el interior del tubito. Al dejar de presionar, el aire recupera su volumen original. Esto es consecuencia del principio de Pascal: Un aumento de presión en un punto cualquiera de un fluido encerrado se transmite a todos los puntos del mismo. Antes de presionar la botella, el tubito flota debido a que su peso queda contrarrestado por la fuerza de empuje ejercida por el agua. La disminución del volumen del aire en el interior del tubito, lleva consigo una reducción de la fuerza de empuje ejercida por el agua. Esto es una consecuencia del principio de Arquímedes: Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical ascendente que es igual al peso del fluido desalojado.

20 IMÁN: Mineral de hierro magnético que tiene la propiedad de atraer el hierro, el acero y, en grado menor, otros cuerpos.

22 Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético (Oersted). Las formas de los campos magnéticos creados son descritos por Ampére y Faraday. En un conducto lineal el sentido del campo nos lo da la regla del sacacorchos. El sentido de giro de un sacacorchos que avanza en el sentido de la corriente, es el mismo que el del campo magnético. En una espira, se considera un sur magnético cuando el observador viese circular la corriente en el sentido de las agujas del reloj.

23 Un campo magnético variable produce una corriente eléctrica. Se produce una corriente eléctrica en un conductor próximo a un imán siempre que el conductor o el imán se muevan con respecto al otro.

28 El aire de un tubo sonoro entra en resonancia cuando su longitud es un número impar de cuarto de longitud de onda, condición geométrica para que puedan formarse ondas estacionarias. l = (2 m + 1) λ/4 siendo m = 0, 1, 2 para el primer armónico o fundamental l = λ/4 de donde λ= 4 l.

30 o o La fuerza de rozamiento de un cuerpo que avanza a través de un fluido (gas o líquido) es proporcional; A la velocidad de avance A la viscosidad del fluido Y a un coeficiente que depende de la forma del cuerpo, llamado coeficiente de penetración (K) Es una fuerza en la dirección del movimiento y sentido opuesto. Su punto de aplicación depende de la forma del móvil. o Cuando se aplica una fuerza a un móvil que avanza por un fluido, sufre una aceleración, su velocidad aumenta y, por lo tanto, aumenta la fuerza de rozamiento. La velocidad sigue creciendo hasta que la fuerza de rozamiento, que también crece, se iguala a la fuerza impulsora y el movimiento uniforme.

31 Vamos a calcular el coeficiente de penetración de una bola de plástico o un metal ligero en el agua. Para ello, dejaremos caer, suavemente, la bolita en una probeta alta (de 1 o 2 litros) en la que hemos introducido una regla o bien hemos hecho dos señales. Sobre la bola actúan varias fuerzas: El peso o fuerza con que la Tierra atrae la bola ; El empuje hacia arriba producido por el agua ; El rozamiento con el agua. Recuerda que el empuje es igual al peso del volumen de agua desalojada, que seráigual al volumen de la bola., donde serála masa del volumen de agua desalojada. El módulo de la fuerza resultante será. Ya sabemos que la bola, al descender por el agua, aumentarásu velocidad y con ello aumentarála fuerza de rozamiento hasta que la fuerza resultante sea nula. A partir de ese momento se moverácon velocidad constante, describiendo un m.r.u.

32 Cuando la resultante sea nula, será, o sea:, donde K es el coeficiente de penetración, es la viscosidad del agua, vla velocidad de la bola, m la masa de la bola y m a la masa del agua desalojada. Será, por lo tanto, donde cte representa una constante para nuestro experimento. Cómo se puede calcular la masa de agua desalojada? Vamos a suponer que la velocidad de la bola es constante casi desde el principio del movimiento. A pesar de todo, no conviene medir la velocidad de la bola desde la superficie del agua, sino algo más abajo.

33 m = -----kg ma= ----kg ν= -----kg/m.s cte = Prueba nº Distancia (m) 1 2 Tiempo (s) v (m/s) K = cte/v Valor medio de K = Se ha calculado que, para sólidos esféricos, el coeficiente de penetración es 6πR, coincide con el valor calculado? A qué se deben las diferencias? Una vez calculado el coeficiente de penetración del sólido, se puede aprovechar para calcular la viscosidad de otros líquidos y compararlas con los datos obtenidos en tablas. Cómo?.

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