Presion Conceptos Unidades PDF
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Objetivos
Conocer el concepto de presin y manejar las unidades en que se mide. Comprender el efecto de la presin y la fuerza en los fluidos, conocer sus expresiones y el de la presin hidrosttica y realizar ejercicios. Saber interpretar los diferentes fenmenos relacionados con la presin en la vida ordinaria. Saber en qu se basa el funcionamiento de diferentes aparatos que tienen relacin con la presin. Conocer la expresin del empuje y sus aplicaciones en el diseo de barcos estables. Conocer cmo se han utilizado las caractersticas de los fluidos en el desarrollo de tecnologas tiles a nuestra sociedad.
Ejercicios para practicar Para saber ms Resumen Autoevaluacin Actividades para enviar al tutor
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Antes de empezar
Recuerda
Las unidades de masa y de volumen y sus equivalencias de mltiplos y submltiplos. Repasa cmo utilizar las constantes de transformacin. Recuerda el concepto de peso (p=mg) y sus unidades.
Investiga
Investiga la historia de la localizacin y exploracin de las fosas marinas, sus profundidades y la utilizacin del batiscafo. Cul es la mxima profundidad de una sima marina? Cunto vale la presin en ella?
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Por qu raquetas?
Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa=1 N / m2). Es la unidad de presin que debes usar en todos los ejercicios de este tema y en general en Fsica, pero, como oirs expresar la presin en otras unidades, vamos a darte sus equivalencias. En la industria se usa el kp/cm2. Cuando alguien dice que la presin de un neumtico es de "2 kilos" se est refiriendo a esta unidad, el kp/cm2, (kp/cm2 = 98 000 Pa). Naturalmente esta forma de expresar la presin como unidad de masa es una incorreccin, pero los usos incorrectos en el lenguaje vulgar con el tiempo se afianzan aunque son inadmisibles, conducen a errores conceptuales y son una muestra de ignorancia.
Equivalencias kp/cm2 = 98 000 Pa 1 atm = 760 mm Hg 1 atm = 101300 Pa. 1 atm = 1013 mb
La presin atmosfrica se mide en atmsferas y mm Hg. 1 atm = 760 mm Hg 1 atm =101300 Pa. Otra unidad son los bar; 1 bar (b) = 1.000 mb 1 bar (b) = 100.000 Pa. En Meteorologa se usa el milibar o hPa (1 mb = 100 Pa). Una presin de 1 atm equivale a 1013 mb (recuerda los mapas del tiempo). Las borrascas tienen valores inferiores a sa y los anticiclones mayores. A efectos de exactitud, cuando medimos la presin de los neumticos, una presin de 2 kp/cm2 equivalen casi" a 2 bar.
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F = PS
Una chapa inicialmente sujeta por un hilo, y sumergida en un lquido, se mantiene pegada al tubo al soltar el hilo.
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2. Densidad
Definicin y unidades
La densidad es una propiedad caracterstica de cada sustancia y da idea de lo pesado de los tomos que la forman y de lo juntos que estn: una misma masa de distintas sustancias ocupa distinto volumen. Plomo, 11.300 kg/m3
Si algunas sustancias ordenaran sus tomos como A y B, y los tomos de B fueran tres veces ms pesados que los de A, an as sera ms densa la sustancia A. La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3. 1 g/cm3 = 1000 kg/m3
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Los fluidos (lquidos y gases) ejercen tambin una presin, P = dgh, sobre cualquier cuerpo sumergido en ellos. La presin ser tanto mayor cuanto ms denso sea el fluido y mayor la profundidad. Todos los puntos situados a la misma profundidad tienen la misma presin.
La frmula se calcula partiendo del peso de una columna imaginaria sobre su fondo y la presin en ese punto. Se generaliza al resto del lquido. (Ver demostracin en la escena de la pgina web).
La presin sobre las paredes aumenta hacia abajo y por tanto tambin lo hace la fuerza sobre las mismas. Si perforamos agujeros a distintas profundidades, la velocidad de salida se hace mayor al aumentar la profundidad. En la pgina web se muestra una animacin de esta experiencia y adems se pone de manifiesto que, a pesar de la menor velocidad de salida, el alcance del chorro del medio puede ser mayor que el de ms abajo segn donde pongamos el nivel de referencia.
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Vasos comunicantes
EJERCICIOS RESUELTOS
6. Calcula la presin que soporta un submarino que navega a 150 m de profundidad si la densidad del agua es 1030 kg/ m3 Solucin: P = 1,51106 Pa Calcula la fuerza que ejerce el agua sobre los cristales de las gafas, de superficie 40 cm2, de un submarinista que bucea a 17 m de profundidad si la densidad del agua es 1,02 g/cc. Solucin: F= 680,4 N Calcula la presin media sobre las compuertas de un embalse si el agua en ellas tiene una profundidad de 40 m. Nota: Recuerda que la presin arriba es cero y abajo es la mxima. El embalse contiene agua dulce: densidad = 1000 kg/m3. Solucin: Pm = 196.200 Pa
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Si ejerces una fuerza F exterior sobre un mbolo de seccin S, se origina una presin (p = F / S) en toda la masa lquida. La presin es una magnitud escalar, no tiene direccin definida, pero la fuerza interior que origina es un vector perpendicular a la superficie sobre la que acta. Por lo tanto dentro de una esfera es perpendicular, en cada punto, a la superficie interior. El chorro de lquido no sale con ms fuerza por el agujero inferior, como poda pensarse al empujar la fuerza externa el mbolo en esa direccin, sino que sale por todos los orificios con igual velocidad.
La fuerza F1 aplicada en el mbolo pequeo se amplifica en un factor amplificador k tal que: F2 en el mbolo grande es k F1. Adems de amplificar el valor de F1 cambia su direccin de utilizacin, pues F2 estar donde conectemos al depsito el segundo mbolo.
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EJERCICIOS RESUELTOS
9. Una prensa hidrulica tiene dos mbolos de 50 cm2 y 250 cm2. Se coloca sobre el mbolo pequeo una masa de 100 kg. a) Qu fuerza se ejercer sobre el mayor? b) Cunto vale el factor amplificador de la prensa? Solucin: a) F= 981 N; b) k = 5 Los mbolos de una prensa hidralica tienen una superficie de 40 cm2 y 160 cm2. Si se comprime 4 cm el mbolo pequeo qu distancia subir el mbolo mayor? Solucin: x = 1 cm
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5. Presin atmosfrica
Atmsfera: caractersticas.
La atmsfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra. Tiene un espesor de aproximadamente 100 km que, frente a los 6.400 km del radio de la Tierra o frente a las inimaginables distancias csmicas, nos da una idea de lo frgil que es la capa que sustenta la vida. Cuidmosla! Contiene gases en continua agitacin y movimiento que determinan el clima. El peso de los gases origina la presin (P = dgasesgh).
Los 10 primeros km contienen el 75% de los gases de la atmsfera. Al subir, la concentracin disminuye.
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Aunque la atmosfera llega hasta los 100 km, por encima de 10 km no hay prcticamente aire (el 75% de los gases de la atmosfera se encuentra en estos 10 primeros km que corresponden a la troposfera). La concentracin del aire vara con la temperatura y por eso el peso del aire sobre un punto de la Tierra no es el mismo todos los das: la presin atmosfrica, en un mismo lugar de la Tierra, no tiene un valor constante. Las diferencias de presiones entre lugares diferentes de la Tierra, originadas por diferente calentamiento, etc. dan lugar a los vientos. Estas diferencias de presin originan desplazamientos verticales y horizontales combinados de los gases atmosfricos que, junto con la orografa y caractersticas del suelo, hacen difcil predecir la evolucin y los pronsticos climticos. Lee el texto de ampliacin de conceptos de la pgina y busca en la Red ms informacin sobre la atmsfera.
Experiencia de Torricelli
El fsico italiano Evangelista Torricelli realiz el siguiente experimento: Puso mercurio -Hg- en un tubo de vidrio de 1m hasta casi llenarlo. Tap el extremo del tubo con el dedo y le dio la vuelta y, sin separar el dedo, lo meti invertido dentro de una vasija que contena mercurio. Una vez dentro retir el dedo y observ que el mercurio del tubo no caa, slo descenda unos centmetros. Repitiendo trando los mercurio en torno a unos la experiencia varias veces y regisdatos comprob que la altura del la columna variaba, segn el da, en 76 cm. (760 mmHg).
E. Torricelli (1608 1647) En la pgina Web de este tema dispones de un resumen de su biografa. FSICA Y QUMICA 79
La pgina Web de este tema contiene ms informacin sobre el funcionamiento del barmetro
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EJERCICIOS RESUELTOS
11. Calcula la masa y el peso de una columna de 77 cm de mercurio de 4 mm2 de base sabiendo que la densidad del mercurio es 13.600 kg/m3. Solucin: m = 0,042 kg; Peso = 0,41 N Calcula que altura tendr la columna de mercurio un da de buen tiempo en el que has visto por la TV que la presin es de 1030 mb. Solucin: P = 103000 Pa
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Comprob que al sumergir en agua dos masas iguales, la de oro puro y la de la corona de oro (forma de laurel), reciba ms empuje la corona, que tena por tanto ms volumen, y por ello deba tener algo de plata.
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Razonamiento matemtico para el clculo del empuje Si el fluido es agua: Empuje ascendente = peso del agua desalojada Fempuje = magua desalojada g Como la masa desalojada es igual al volumen sumergido del cuerpo por la densidad (m = Vd): magua desalojada g = Vsumergido dagua 9.81 Fempuje = Vsumergido dagua 9.81
Desaloja igual volumen de agua que el volumen de la parte sumergida del cuerpo. sta agua pesa igual que el cuerpo. Vs = V agua desalojada. Peso agua desalojada = peso del cuerpo.
El % del volumen que sumerge un cuerpo es igual a la proporcin de su densidad respecto a la del lquido en que se sumerge, expresada en %.
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Densmetro de flotacin.
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el valor en Pascales de las siguientes medidas de presin: 2,2 kp/cm2, 2 atm y 1200 mb.
9. Una
prensa hidrulica tiene unos mbolos de secciones 10 y 200 cm2. Si al aplicar una fuerza de 80 N el mbolo pequeo desciende 5 cm cunto subir el grande?
un bloque cbico de piedra de 0,5 m de arista que pesa una tonelada? Nota: Volumen = aaa; Superficie = aa
3. Sobre un pistn de superficie 5 cm
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ms abundantes de la atmsfera y las proporciones en que se encuentran. Vara la proporcin con la altura?.
11. La
que comprime agua se deposita una masa de 10 kg. Qu presin soporta el agua?.
4. Qu presin soporta un submarino
columna de mercurio de un barmetro tiene 79 cm de altura y 0,1 cm2 de base. Qu altura tendra si tuviera 0,3 cm2 de base?
que navega a 200 m de profundidad en unas aguas de densidad 1,02 g/cm3?. Usa g= 9,81 ms-2
5. En cunto disminuir la presin que
mercurio de un barmetro cuando la presin atmosfrica es de 1024 mb? Densidad del mercurio 13600 kg/m3.
13. Dos bolas A y B de 12 g de masa y
soporta un submarinista que bucea a 12 m de profundidad cuando entra en el fondo de una cueva marina cuya altura es 4 m?.
6. El cristal de un batiscafo tiene una
seccin de 300 cm . Qu fuerza debe soportar para poder descender hasta los 3 km? Nota: Densidad del agua del mar 1030 kg/m3. Toma como valor de g = 9,81 ms-2
7. Si la presin que alcanza el lquido de
densidad 4,3 g/cm3 se sumerge en agua de densidad 1 g/cm3. a) Qu volumen de agua desaloja? b) Qu masa de agua desaloja? c) Cunto pesa el agua desalojada?.
15. Un cuerpo de masa 40 g y volumen
frenos de un circuito hidrulico es de 150.000 Pa, cul ser la fuerza ejercida por un pistn de seccin 1 cm2 acoplado a l?.
8. El
160 cm3 flota en agua dulce (d = 1 g/cm3). Calcula: a) Peso del cuerpo. b) volumen sumergido. c) Peso del agua desalojada. d) Empuje. e) % del volumen sumergido.
16. Un cuerpo de masa 80 g y densidad
mbolo menor de una prensa hidrulica es de 20 cm2. Cul debe ser la seccin del mbolo mayor para que al aplicar una fuerza de 180 N en el mbolo pequeo resulten amplificados hasta 3600 N?.
0,5 g/cm3 se deposita en agua (d= 1 g/cm3). Calcula: a) El volumen del cuerpo. b) El volumen sumergido c) El empuje. d) El peso aparente.
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Descompresin de los buceadores: infrmate en la Web Meteorologa. Observa en la Web en un mapa del tiempo las situaciones de altas y bajas presiones, anticiclones y borrascas, y cmo influyen en el tiempo. Aparatos:
El sifn. Busca informacin en la Red sobre la utilidad del sifn (puedes mirar debajo del fregadero de la cocina de tu casa) en las instalaciones sanitarias de tu casa. La bomba aspirante. Entrate en la red de cmo funcionan y qu empuja el agua en esas bombas de balancn (inventadas en el siglo XVII por Otto Guericke) que se ven en las casas antiguas.
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Esta presin del interior del lquido crea en las paredes del recipiente una fuerza, perpendicular a las paredes, de valor F= P S.
Principio de Pascal
La presin aplicada a un punto de un fluido esttico e incompresible encerrado en un recipiente se transmite ntegramente a todos los puntos del fluido.
Experiencia de Torricelli
Torricelli demostr que el aire de la atmsfera pesa utilizando un barmetro inventado por l. El peso del aire externo crea una presin en la cubeta y es el que soporta la columna de mercurio y no la atraccin del vaco.
Principio de Arqumedes:
El empuje es el peso del fluido desalojado E = Vs d g
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2. P = 39.200 Pa 3. P = 19.600 Pa 4. P = 2.001.240 Pa 5. En nada. 6. F = 9,09104 N 7. F = 15 N 8. S = 400 cm2 9. x = 0,25 cm 10. N el 79% el O 21% 11. El mismo. 12. h = 0,74 m 13. EA = 0,058 N; EB= 0,039 N
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Soluciones AUTOEVALUACIN
1. P = 100.000 Pa 2. P = 612,5 Pa 3. F = 392 N 4. d = 2.500 kg/m3 5. P = 343.000 Pa 6. F = 35,28 N 7. F = 800 N 8. V= 200 l = 0,2 m3 ; E=1960 N 9. F= 2,45 N 10. 80%
No olvides enviar las actividades al tutor
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ACTIVIDADES DE ESO
Nombre y apellidos del alumno: Quincena n: 4 Fecha: Materia: Fsica y Qumica Profesor de la materia: Curso: 4
1.- Sobre un clavo que tiene la punta de seccin 0,1 mm2 y que est a punto de penetrar en una madera se coloca una masa de 35 kg. a) Qu presin ejerce en la madera? b) Qu fuerza ejerce? 2.- Un buceador que lleva unas gafas de 50 cm2 de superficie est sumergido en agua de densidad 1,03 g/cm3 a 25 m de profundidad. a) Qu presin soporta? b) Qu fuerza se ejerce sobre las gafas?
3.- Los mbolos de una prensa hidrulica tienen de secciones 10 y 250 cm2. Se aplica una fuerza de 200 N sobre el mbolo pequeo. a) Qu fuerza ejercer el mayor? b) Qu distancia sube el mbolo grande si el pequeo baja 5 cm? 4.- Una esfera de masa 100 g y volumen 200 cm3 se coloca sobre agua dulce y alcanza el equilibrio. a) Qu volumen se sumerge la esfera? b) Qu empuje experimenta?
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