DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE ESO

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1 DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE ESO TEMA 10. HIDROSTÁTICA Y FÍSICA DE LA ATMÓSFERA ACTIVIDAD a) Calcula la presión que ejerce un esquiador de 70 kg que camina sobre la nieve con unos esquíes, cada uno de los cuales tiene una superficie de 1200 cm 2. b) Calcula la presión que ejerce si se quita los esquíes sabiendo que cada un a de sus botas tiene una superficie de 200 cm 2 c) Por qué ahora se hunde y antes no? d) Qué sucedería si levantara uno de sus pies? [Sol: a) Pa; b) Pa] 2.-Calcula la presión que ejerce sobre el suelo: a) Un elefante de 6000 kg si se apoya sobre una de sus patas. (S = 1000 cm 2 ) b) Una chica de 60 kg si se apoya sobre uno de sus tacones (S = 1 cm 2 ) [Sol: a) Pa; b) Pa] 3.-Una presión de 4 N/mm 2 sobre la piel es dolorosa. Si un faquir que tiene un peso de 700 N se tumba sobre una cama de clavos y la punta de un clavo tiene una superficie de 1 mm 2 : a) Cuál es el menor número de clavos que debe utilizar para no experimentar dolor? b) Por qué debe ser muy cuidadoso cuando se acueste o se levante de su cama de clavos? [Sol: a) 175 clavos] ACTIVIDAD 2 1.-Observa la bañera del dibujo (80 cm x 50 cm x 1 5 m). Si se llena de agua hasta alcanzar una altura de 60 cm, calcula: a) La presión que hay en el fondo, b) la fuerza que hay que hacer para sacar un tapón que tiene un radio de 2 cm. [Sol: a) p = Pa; b) F = 7,39 N] 2.-La densidad del aluminio en el SI es de 2700 kg/m 3, exprésala en g/cm La densidad del agua es de 1 g/cm 3 y la del mercurio 13 6 g/cm 3. Exprésalas en kg/m Qué recipiente crees que soporta más presión sobre el fondo? 1

2 5.-Imagina que comunicamos los recipientes de la actividad anterior. Qué crees que sucederá? Justifica tu respuesta. 6.-A igual profundidad, dónde es mayor la presión hidrostática, en el interior de un recipiente lleno de agua o lleno de mercurio? Por qué? 7.- La presión sobre el fondo de una botella llena de agua sería en la Luna mayor o menor que en la Tierra? Por qué? 8.-Calcula la presión hidrostática que soporta un submarino que se encuentra sumergido a 200 m de profundidad si suponemos que la densidad del agua es de 1 03 g/cm 3. Calcula también la fuerza que actúa sobre una de sus compuertas de 4,2 m 2 de superficie. No olvides que debes trabajar en el S.I. [Sol: p = Pa; F = N] 9.- Qué presión hidrostática soporta un punto que se encuentra en la superficie de un líquido? Por qué? El suministro de agua de una ciudad a menudo proviene de una presa situada en un lugar elevado. El agua fluye a través de tuberías hasta cualquier grifo o lugar de almacenamiento de agua que esté por debajo del nivel del pantano. Cuanto más bajo sea el nivel del lugar que recibe el agua, más alta será la presión. En edificios muy altos puede ser necesario bombear el agua hasta un tanque grande situado en el tejado ACTIVIDAD 3 1.-Sabiendo que la densidad del mercurio es de 13,6 g/cm 3, calcula la presión que ejerce la columna de mercurio en el barómetro de Torricelli cuando ésta tiene una altura de 760 mm. 2.-Un vaso de ¼ de litro se llena de agua, se tapa con un papel y se le da la vuelta. Lo que sucede, ya lo sabes. Calcula: a) La fuerza que el agua hace sobre el papel si el diámetro de la boca del vaso es de 8 cm. b) La fuerza que la atmósfera ejerce sobre el papel, si suponemos que la presión es 1 atm. Trabaja en el SI. [Sol: a) F = 2,45 N; b) F = 508,93 N] 3.- Qué ventaja tiene el mercurio sobre el agua al hacer un barómetro? Calcula la altura que alcanza el agua en el interior del tubo cuando la presión es de Pa (1 atm) [Sol: m] 4.- Es mayor la presión en el fondo de una bañera llena de agua hasta una profundidad de 30 cm o en el fondo de una jarra de agua de 35 cm de profundidad? 5.- Qué puede suceder en el tonel del dibujo, lleno de agua, si seguimos echando agua en el tubo? Por qué? Dibuja las fuerzas que ejerce el fluido en el interior del tonel. 6.- Recuerdas la experiencia de Magdeburgo? Calcula la fuerza necesaria para separar las 2 semiesferas de 20 cm de radio sabiendo que la presión externa es de 1 atm y que en su interior: a) Se ha hecho el vacío, b) hay una presión interna de 0,1 atm. [Superficie de la esfera = 4 π r 2. Trabaja en el SI de unidades] [Sol: Si redondeamos, S = 0 5 m 2 : a) F = N; b) F = N] 2

3 ACTIVIDAD 4 Lee la mitad inferior de la página 213 del libro y contesta las siguientes cuestiones: 1.- Por qué no se cumple la ecuación del principio fundamental de la hidrostática para los gases? 2.-A partir del principio fundamental de la hidrostática no se puede calcular la presión de un gas, pero sí se puede calcular el incremento de presión p, es decir p = d gas g h. Utiliza esta fórmula y calcula la diferencia de presión existente entre un punto situado al nivel del mar y otro situado en la cima de una montaña de 200 m de altura. Datos: g = 9,8 m/s 2 ; densidad aire = 1,2 kg/m 3. [Sol: Pascales] 3.-a) Determina la diferencia de presión que hay entre el nivel del mar y un globo que está a 500 m de altura cuando la densidad del aire es de 1 2 kg/m 3. b) Si se sabe que la presión al nivel del mar es, en ese momento de Pa, calcula la presión que están soportando los viajeros del globo. [Sol: a) Pa; b) p = p 2 p 1 ; p 1 = Pa] ACTIVIDAD 5 1.-a) Representa las fuerzas debidas al líquido en el que están sumergidos los objetos del dibujo. b) Cuál crees que es la resultante de esas fuerzas? c) Cómo crees que se llama esa fuerza? 2.- Pesas igual dentro de agua que fuera del agua? Por qué? Qué fuerzas actúan sobre ti? 3.-Calcula el peso, el empuje y el peso aparente de un cilindro de aluminio que está sumergido en el agua. Datos: altura del cilindro 2 m, radio 1 m, densidad del aluminio 2,7 g/cm 3, densidad del agua 1 g/cm 3. [Sol: P = ,8 N; E = N; P ap = ,8 N] 4.-Un cuerpo de forma cúbica de 15 cm de arista se cuelga de un dinamómetro. Se toma nota de su peso en el aire, que es de 60 N, y a continuación se introduce en le agua. Calcula la fuerza de empuje que experimentará y el peso que marcará el dinamómetro cuando el cuerpo esté totalmente sumergido en agua. [Sol: 33 1 N; 26 9 N] 5.-Una esfera de cierta aleación pesa 176 N en el aire y 126 N sumergida totalmente en agua. Determina su volumen y su densidad. [Sol: m 3 ; kg/m 3 ] 6.-Una pieza de plata pesa 500 N en el aire y 420 N sumergida en un líquido de densidad desconocida. Calcula la densidad de este líquido sabiendo que la densidad de la plata es de kg/m 3. [Sol: 1680 kg/m 3 ] ACTIVIDAD 6 1.-a) Para saber si un cuerpo flota o no en un líquido hay que comparar el peso del cuerpo con el empuje, pero has estudiado que también se pueden comparar las densidades, demuéstralo. b) Influye la forma del cuerpo en la flotabilidad? 2.-Sabemos que cuando un cuerpo sumergido experimenta un empuje superior a su peso, el cuerpo asciende. Observa el dibujo de abajo, cuándo deja de ascender el cuerpo sumergido? Completa el dibujo escribiendo las cifras 5, 5, 6, 7 y 7. 3

4 ACTIVIDAD 7 1.-Tendrá el mismo efecto el golpe del martillo sobre los tapones si en el interior del barril hay un líquido o un gas? Por qué? 2.-Observa el tubo en forma de U del dibujo arriba. Está lleno de agua y está provisto de pistones en los extremos. Los pistones son tapones ajustados que se deslizan libremente en el interior del tubo. a) Qué sucederá con el pistón B si se ejerce una fuerza sobre el A? b) Cuántos Pascales de presión se transmiten del pistón A al pistón B? c) Qué fuerza empuja al pistón B? d) En el dibujo de abajo, la superficie del pistón de la derecha es de 4 Newtons. Qué fuerza empuja al pistón C? 3.-Los pistones de una prensa hidráulica tienen 0 5 m 2 y 15 m 2 de superficie. Si se ejerce sobre el pistón pequeño una fuerza de 2 N. a) Qué presión se transmite? b) Qué fuerza se ejerceré sobre el otro pistón grande? c) Se podrá elevar una masa de 5 kg? [Sol: a) 4 Pa; b) 60 N; c) 5 kg pesan 49 N] 4.-La superficie del émbolo menor de una prensa hidráulica es de 10 cm 2. Ejerciendo sobre él una fuerza de 5 kp puede levantarse un vehículo que pesa 1200 Kp. Cuál debe ser la superficie del émbolo mayor? [Sol: 2400 cm 2 ] SOLUCIONES EJERCICIOS DEL LIBRO L15 Trabajando en el SI: p = 4 N / 0 1 mm 2 = 4 N / m 2 = Pa L16 p = d g h = = Pa (sin tener en cuenta la presión atmosférica) // sus pulmones tendrán un volumen menor. L22 a) Es más denso que el agua ya que hace falta una columna de solo 6 cm de líquido desconocido (14 8) para ejercer la misma presión que una columna de 14 cm de agua (22 8). b) La presión del líquido desconocido (X) a la altura A es p x = d x h x g x y la del agua es p = d h g. A esa profundidad ambas presiones son iguales, por tanto: d x h x g x = d h g d x = d x = 2333,3 kg/m 3 L23 Se levanta verticalmente la goma, se abre la llave y el agua del depósito ascenderá por la goma hasta alcanzar goma y depósito la misma altura de agua. L24 a) El aire de la atmósfera pesa y sostiene la columna de mercurio. A medida que se va eliminando el aire la columna de mercurio debe de descender. b) La materialidad del aire y la existencia del vacío. L28 Falta el dato de la densidad del aire que se consulta en el problema resuelto L27 y supondremos constante. p = d g h = = Pa p = p montaña p montaña = p montaña = Pa L hpa Pa 1 atm. Por tanto: 280 hpa equivalen a 280 / 1013 = 0,276 atm. La presión exterior es mucho menor y la bodega se despresurizará hasta alcanzar una presión igual a la exterior de atm. L30 Ya se ha corregido una igual en le aula 4

5 L36 E = d L V sum g; es decir, el empuje depende de la densidad del líquido y del volumen del cuerpo sumergido. Como el bañista está totalmente sumergido el empuje será el mismo tanto a 2 m de profundidad como a 4 m. La respuesta sería diferente si se preguntara por la presión que soporta el bañista, que sí depende de la profundidad, puesto que p = d L h g. L37 Sustituyendo los datos (en el SI) en la fórmula del empuje: E = = 0,62 N L41 a) Para que un cuerpo flote el peso tiene que ser igual al empuje. Cuanto más se carga el barco, más volumen de agua desplaza y por tanto, el empuje (E = d L V sum g) se hace mayor compensando e igualando el aumento de peso. Por supuesto, hay un límite. Llegará un momento en el que el barco baje tanto que el agua entre dentro de él y se hunda. b) El empuje será igual al peso del barco con su carga. Es decir: 2000 toneladas de masa = kg; como Peso = masa gravedad = = N = N será tanto el peso como el empuje. c) E = d L V sum g; despejando: V sum = E / (d L g) = / = m 3. L42 a) E = d aire V sum g = = 0,88 N b) P = m g = 69 5 kg 9 8 = 681,1 N c) P ap = P E = N 0 88 N = 680,22 N [Jose, en la báscula de su baño, pesaría 69 4 kg, es decir, 0 1 kg o 100 g menos de la masa que realmente tiene] 5