ESFUERZOOBJETO Estudiar cualitativamente los esfuerzos y la estructura.MATERIAL Papel, cuaderno, cartn.FUNDAMENTOAl actuar fuerzas sobre un cuerpo slido, generalmente se modifican algo tanto el volumen como la forma del cuerpo. Pueden presentarse dos casos extremos ideales: Se dice que un cuerpo ha experimentado una deformacin elstica cuando recupera la forma y el volumen primitivos, una vez que han cesado las fuerzas externas que ocasionaron la deformacin. En cambio, otros cuerpos no muestran tendencia alguna a recuperar su estado original al cesar la accin deformante. En este caso de habla de deformacin plstica.Para cada clase de deformacin introduciremos una cantidad llamada esfuerzo que caracteriza la intensidad de las fuerzas que la causan generalmente con base en una fuerza por unidad de rea. Otra cantidad, la deformacin, describe el cambio de forma resultante. Si el esfuerzo y la deformacin son pequeos, es comn que sean directamente proporcional y llamamos a la constante de proporcionalidad mdulo de elasticidad.Las caractersticas elsticas de un material homogneo e istropo quedan completamente definidas por el conocimiento d su mdulo de Young, E, y su coeficiente de poisson .MTODO:Procedimiento:1. Tome una hoja de papel y doble en forma de V, coloque sobre ella gradualmente varios objetos. Anote sus observaciones y plantee una explicacin de lo observado. Fig.1

Se observa que la resistencia a pandearse soportado por el papel doblada en V es a cargas ligeras, dependiendo a qu distancia sea colocado del eje axial (vrtice del papel doblado). Es decir cuando la carga es colocado ms prximo al eje axial, ste soporta ms que cuando es colocado ms distante del eje axial.

2. Ahora, de una forma de tubo al papel e igulame coloque sobre ella distintas cargas, evale su resistencia en comparacin con (1). Fig.2. Explique lo observado.

En esta forma el papel es capaz de soportar mayores cargas y con mayor duracin respecto al tiempo. Se puede explicar que debido a su distribucin de sus masas equidistantes de su eje axial; est sometido principalmente a esfuerzo de comprensin. El cual es muy considerable respecto al esfuerzo de corte (en el papel).

3. Tome tres piezas de cartn, colquelos sobre dos soportes Fig.3. Analice hasta qu carga puede soportar. Explique lo observado.

En este ensayo; para una determinada distancia d entre los soportes, se puso una carga de 100 gr. Flexionndose ligeramente los cartones que pusimos sobre los soportes. Luego agregamos 200 gr. Aumentando la flexin ms a los cartones en comparacin a anterior. Luego se adiciono 100 gr. Flexionndose aproximadamente hasta su lmite puesto a que este se doblo. Esto vara si las cargas hacemos soportar sobre otro punto respecto al centro y al eje de simetra.

4. Luego, coloque verticalmente las piezas de cartn como ilustra la Fig.4. Compare su resistencia con el caso anterior (3).

Se puede observar que en esta posicin los cartones soportan mayor carga que en el caso anterior. Experimentalmente hace una flexin ligera (poco notoria). Esto se puede explicar desde el punto de vista de la distribucin de masas respecto al eje de simetra (eje axial) longitudinal. Este ofrece mayor resistencia a la flexin.

5. De lo observado anteriormente qu relacin puede encontrarse entre la resistencia de la Fig.03 y Fig.04.

La relacin entre ambas figuras se encuentra en que la resistencia que ofrecen a la flexin depende de la cantidad de masa concentrada en torno al eje de simetra longitudinal; las que generan esfuerzos perpendiculares de tipo (traccin y comprensin), distribuidos a lo largo de la lnea de accin de la fuerza que proporciona la carga.

PARA PENSAR1. Los diagramas ilustran un trozo de esponja, sobre la que se coloca una carga, explique lo observado precisando el esfuerzo que acta sobre la esponja.

Se puede apreciar que la carga puesta sobre la esponja produce un efecto de deformacin sobre ella. Unindola gradualmente en torno a la ubicacin de esta y produciendo esfuerzos de comprensin y corte sobre la esponja. Este efecto adems puede ser duradero en el tiempo si la carga permanece sobre ella por un tiempo prolongado.

2. Si sobre la esponja se coloca una base de madera y sobre l la carga, Qu efecto genera en la esponja? Compare su resultado al caso anterior,

El efecto que produce la misma carga, pero con la madera en medio hay poca deformacin, pero tambin menor compresin. Adems la deformacin es ms homognea en la superficie de la esponja puesto a que la madera se encargara de distribuir la cantidad de presin (carga) generada por la pesa en consecuencia mayor cantidad de rea estar sometida a presin y por tanto los esfuerzos en la esponja sern menor.

3. Explique y compare los esquemas anteriores, la relacin que puede tener con el diseo de una edificacin.

En ambos casos la esponja est siendo sometida a la misma carga, pero el rea de accin de la fuerza vara, lo que implica mayor rea de esfuerzo para la esponja. Esto pone de manifiesto como por ejemplo en una edificacin que la carga que pueda soportar las bases o el cimiento de la misma debera estar equitativamente distribuida para una resistencia ptima.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Todos los fenmenos que hemos apreciado tienen relacin en la capacidad que tiene los cuerpos a ofrecer resistencia a los distintos tipos de esfuerzos; su relacin con su distribucin de masa y el rea en el que actan las cargas (presin); as como el lugar y la forma (geometra) de los cuerpos sujetos a esfuerzos. Todo esto nos induce a pensar que la resistencia de un objeto sometido a esfuerzos diferentes producidos por una fuerza. De igual magnitud genera efectos distintos sobre el mismo cuerpo.

ANOTACIONES ADICIONALES El papel utilizado en el experimento y en general para todos los tipos de papel, el esfuerzo de corte al que sea sometido produce menor resistencia en comparacin al que ofrece debido a esfuerzos de tensin.

El momento de inercia depende de la distribucin de masa en torno al eje de giro.

Las esponjas tienen diferentes consistencias. Algunas se deforman y permanecen as por un periodo determinado de tiempo.

EFECTO DE VENTURIOBJETIVOEstudiar el efecto de venturi.FUNDAMENTO TERICOEl efecto de venturi consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presin del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de seccin menor. Si en este punto del contacto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiracin del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto recibe su nombre del fsico Italiano guiovanni battista Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligndole a travesar un tubo estrecho en forma de cono.MATERIALES:PapelesPROCEDIMIENTO1. Tomamos un papel y le damos la forma que indica la fig. luego Colocamo sobre la mesa.

2. Soplamos sobre la abertura menor.3. Anote sus observaciones y explquelos.

Se puede observar que el papel sobre la abertura mayor se hunde ligeramente, en cambio el papel sobre la abertura menor se hunde mucho ms que el de mayor abertura. Esto sucede por el efecto venturi que disminuye la presin en el interior del papel, con un efecto mucho mayor en la abertura menor, produciendo mayor presin sobre ella.

4. Tome una hoja de papel, de uno de los extremos y dispngalo horizontalmente. Ahora sople por la parte superior.

5. Anote sus observaciones y explquelos.

El papel dispuesto horizontalmente se quiebra debido a su peso y se dobla asumiendo una forma ondulada que al doblar sobre ella tiende a tomar una posicin horizontal. Esto se puede explicar de manera similar al caso anterior por el efecto venturi. Al soplar sobre el papel disminuimos la presin () sobre la misma, creando diferencia de presiones que levanta el papel dndole una forma horizontal.

PARA PENSAR

6. Has notado alguna vez lo que ocurre cuando un vehculo adelanta a otro a gran velocidad y con poca distancia lateral? Sabes por qu?

Anlogo al caso anterior se crea diferencia de presiones, debido a que el vehculo de mayor velocidad arrastra el aire generando una corriendo de flujo de aire que disminuye la presin () en esa regin. Empujando los objetos al lugar de menor presin.

7. sabas que le funcionamiento de un pulverizador, del mechero de bunsen o de la trompa de agua que se utiliza para hacer el vacio en un recipiente, estn basados en el efecto venturi?. Observa la figura e intenta explicar su funcionamiento.

Observando la fig. puedo apreciar que el gas comprimido al liberarse al exterior libera un flujo de gas que fluye en el interior del recipiente con mayor velocidad en el tubo de plstico generando diferencia de presiones entre el interior del tubo y fuera de l. Aspirando el contenido de fluido, lo que hace que le lquido hacienda y salga disparada hacia la superficie de modo continuo.

OBSERVACIONES Y CONCLUCIONES

El efecto de venturi est ligado a muchos fenmenos de la hidrodinmica y la aerodinmica. Por lo tanto est presente casi en toda nuestra actividad diaria relacionados a temas antes mencionados. A dems es responsable del desarrollo de algunas industrias que nos proporcionan beneficios, aprovechando los principios d este efecto. Aunque tambin se le atribuye como causante en accidentes de velocidad.ANOTACIONES ADICIONALES El efecto de venturi es responsable de lago muy trascendente en la fsica como la diferencia de presiones, la que origina y da lugar flujos de fluidos y a su vez puede ser aprovechada mecnicamente como fuente de energa y ser aplicada en infinidades de cosas.

RESONANCIAOBJETIVOEstudiar el fenmeno de la en los pndulos.FUNDAMENTO TERICOMovimiento forzado-resonanciaPara mantener las oscilaciones en un sistema amortiguado, se debe introducir energa en el sistema; en este caso el oscilador se denomina forzado.En el estado estacionario la energa, la energa introducida en el sistema por la fuerza impulsora durante el ciclo es igual a la disipada en un ciclo debido al amortiguamiento.La amplitud y la energa en un sistema en estado estacionario, depende no solo de la amplitud del sistema impulsor sino tambin de la frecuencia. Si la frecuencia impulsora e igual a la frecuencia natural del sistema, este oscilara con una amplitud mucho mayor que la propia amplitud de la fuerza impulsora. Este fenmeno se denomina resonancia. En este caso la energa absorbida por el sistema es mxima.MATERIALES Resorte y Pesas. Cuerdas Accesorios del soporte universal

PROCEDIMIENTO

Suspenda tres pndulos de la forma que se muestra en la figura. Las masas no necesariamente son iguales. La longitud de los pndulos A y C deben ser iguales. Haga oscilar el pndulo A, observe y describa.

Se observa que la oscilar el pndulo A, este oscila un determinado tiempo, para que su amplitud seguidamente disminuya, mientras que el pndulo C comienza a oscilar aumentando gradualmente su amplitud en la medida del decremento del pndulo A.

Qu energa inicial se dio al pndulo A? Luego, qu ocurre con su energa? Argumente apropiadamente.

Inicialmente al impulsar el pndulo A; se le transmite el total de la energa (energa mxima), el cual debido al amortiguamiento que sufre debido al rozamiento del aire se va disipando y por ende va disminuyendo su movimiento hasta detenerse completamente. Esto indica que su energa fue absorbido completamente, en este caso por el pndulo C; el cual oscila con amplitud mxima al cesar el movimiento del pndulo A.

Qu energa inicialmente tiene los pndulos B y C? Luego Qu ocurre con su energa?. Argumente apropiadamente. La energa inicialmente de los pndulos B y C es nula (Ec=0); tan solo poseen energa potencial de posicin con respecto a algn nivel de referencia. Luego aumenta gradualmente su energa proveniente de A (total o parcial).

Explique fundamentalmente el fenmeno anterior.

Este fenmeno se conoce como resonancia, consiste en que todo cuerpo que vibra u oscila con una determinada frecuencia natural, es capaz de transmitir su energa total a otro cuerpo que tenga la misma frecuencia natural de oscilacin a travs de una onda que transmite la energa del emisor.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

La resonancia consiste en la mxima transferencia de energa o mxima transferencia de amplitud de un sistema a otro con la misma frecuencia natural de oscilaciones, no siempre puede ser mxima la transferencia de energa; es ms comn la transferencia parcial de las mismas. Esto sucede con el pndulo B que percibe parcialmente la amplitud y energa de A, por eso no es muy resaltante su movimiento.

ANOTACIONES ADICIONALES

En sistemas amortiguados como el caso anterior, la transferencia de energa y amplitud se hacen cclicas. No solamente existe una frecuencia natural (de oscilaciones, sino muchas).

ENTROPADefinicin.- El trmino Entropa (tendencia natural de la prdida del orden). tiene mucho que ver con la incertidumbre que existe en cualquier experimento o seal aleatoria. Es tambin la cantidad de "ruido" o "desorden" que contiene o libera un sistema. De esta forma, podremos hablar de la cantidad de informacin que lleva una seal.Como ejemplo, consideremos algn texto escrito en espaol, codificado como una cadena de letras, espacios y signos de puntuacin (nuestra seal ser una cadena de caracteres). Ya que, estadsticamente, algunos caracteres no son muy comunes (por ejemplo, 'y'), mientras otros s lo son (como la 'a'), la cadena de caracteres no ser tan "aleatoria" como podra llegar a ser. Obviamente, no podemos predecir con exactitud cul ser el siguiente carcter en la cadena, y eso la hara aparentemente aleatoria. Pero es la entropa la encargada de medir precisamente esa aleatoriedad, y fue presentada por Shannon en su artculo de 1948

ENTROPA (TERMODINMICA) En termodinmica, la entropa es la magnitud fsica que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La palabra entropa procede del griego () y significa evolucin o transformacin. En la desigualdad de Clausius no se han impuesto restricciones con respecto a la reversibilidad o no del proceso, pero si hacemos la restriccin de que el proceso sea reversible podemos ver que no importa el camino que usemos para recorrer el proceso, el cambio de calor dQ va a hacer igual en un sentido o en otro por lo que llegaremos a que:dQ / T = 0Como estamos imponiendo que usemos un camino cualquiera esta diferencial es una diferencial exacta y diremos que representa a una funcin de estado S que pude representarse por dS. Esta cantidad S recibe el nombre de Entropa del sistema y la ecuacin:dQ / T = dSestablece que la variacin de entropa de un sistema entre dos estados de equilibrio cualesquiera se obtiene llevando el sistema a lo largo de cualquier camino reversible que una dichos estados, dividiendo el calor que se entrega al sistema en cada punto del camino por la temperatura del sistema y sumando los coeficientes as obtenidos.En la prctica, generalmente los procesos no son del todo reversibles por lo que la entropa aumenta , no es conservativa y ello es en gran parte el misterio de este concepto.

Caractersticas asociadas a la entropa

La entropa se define solamente para estados de equilibrio. Solamente pueden calcularse variaciones de entropa. En muchos problemas prcticos como el diseo de una mquina de vapor, consideramos nicamente diferencias de entropa. Por conveniencia se considera nula la entropa de una sustancia en argumentado de referencia conveniente. As se calculan las tablas de vapor, e donde se supone cero la entropa del agua cuando se encuentra en fase liquida a 0'C y presin de 1 atm. La entropa de un sistema en estado se equilibrio es nicamente funcin del estado del sistema, y es independiente de su historia pasada. La entropa puede calcularse como una funcin de las variables termodinmicas del sistema, tales como la presin y la temperatura o la presin y el volumen. La entropa en un sistema aislado aumenta cuando el sistema experimenta un cambio irreversible. Considrese un sistema aislado que contenga 2 secciones separadas con gases a diferentes presiones. Al quitar la separacin ocurre un cambio altamente irreversible en el sistema al equilibrarse las dos presiones. Pero el mediano ha sufrido cambio durante este proceso, as que su energa y su estado permanecen constantes, y como el cambio es irreversible la entropa del sistema ha aumentado. Transferencia de entropa. La entropa est relacionada con la aleatoriedad del movimiento molecular (energa trmica) , por esto, la entropa de un sistema no decrece si no hay cierta interaccin externa. Ocurre que la nica manera que el hombre conoce de reducir la energa trmica es transferirla en forma de calor a otro cuerpo, aumentando as la energa trmica del segundo cuerpo y por ende su entropa.Por otro lado transfiriendo energa trmica es posible reducir la entropa de un cuerpo. Si esta transferencia de energa es reversible, la energa total permanece constante, y si es irreversible la entropa aumenta.De lo anterior se concluye que el calor es un flujo de entropa. En el caso de la transferencia de energa mecnica, i.e. de trabajo, no hay un flujo directo de entropa.Si la transferencia de energa mecnica en un sistema se realiza con irreversibilidad se producen aumentos de entropa en el sistema, es decir se generan entropa. Esta generacin de entropa trae consigo una prdida de trabajo utilizable debido a la degradaciones la energa mecnica producido por la irreversibilidades presentes como lo es el roce.

Irreversibilidad y entropa. Ahora nos podramos preguntar : De que depende la reversibilidad de un proceso??. Una respuesta a esto es decir que la variacin de entropa es el criterio que permite establecer el sentido en que se producirn un proceso determinado que cumpla con el primer principio de la termodinmica.As, el ingeniero mecnico est interesado en la reversibilidad y en las variaciones de entropa por que desde su punto de vista algo se ha "perdido" cuando se ha producido un proceso irreversible, en una mquina de vapor io en una turbina. Lo que se ha perdido, sin embargo, no es energa, sino una oportunidad. La oportunidad de transformar energa trmica en energa mecnica. Puesto que la energa interna de una sustancia que evoluciona en una maquina trmica se recupera generalmente por absorcin del calor, decimos que lo que se pierde es una oportunidad de convertir calor en trabajo mecnico.Es imposible extraer calor de una nica fuente y hacer funcionar una maquina cclica; en cambio podramos hacer funcionar una maquina entre dos fuentes, una caliente y otra fra, extrayendo calor de una y entregndosela a la otra, y disponiendo de una parte de ese calor para producir trabajo mecnico. Una vez que las fuentes han alcanzado la misma temperatura, esta oportunidad est irremediablemente perdida. Por lo tanto cualquier proceso irreversible en una maquina trmica disminuye su rendimiento, es decir, reduce la cantidad de trabajo mecnico que puede obtenerse con una cierta cantidad de calor absorbido por la sustancia que evoluciona. Principio del aumento de entropa. Todos los procesos reales son irreversibles.Se producen a una velocidad con diferencia s finitas de temperatura de presin entre los diferentes partes de un sistema o entre un sistema y el medio ambiente. En mecnica se introducen los conceptos de energa, cantidad de movimiento y otros porque se conservan. La entropa no se conserva , sin embargo, excepto en los procesos reversibles y esta propiedad no familiar, o falta de propiedad de la funcin entropa, es una razn del porque existe cierto misterio sobre el concepto de entropa. Cuando se mezcla un vaso de agua caliente con uno de agua fra, el calor entregado por el agua caliente es igual al recibido por el agua fra, sin embargo la entropa del agua caliente disminuye y la del agua fra aumenta; pero el aumento es mayor que la disminucin por lo que la entropa total del sistema aumenta. De donde ha salido esta entropa adicional?. La respuesta es que ha sido creada durante el proceso de mezcla. Por otra parte, una vez que fue creada, la entropa no puede ser destruida. El universo debe cargar con este aumento de entropa."La energa no puede ser4 creada ni destruida, nos dice el primer principio de la termodinmica. " La entropa no puede ser destruida, pero puede ser creada", nos dice el segundo principio.

EJEMPLOS DE ENTROPIA EN LA NATURALEZA:

La entropa en fsica y fuera de la fsica es un concepto muy extrao, tiene que ver con el orden de los sistemas termodinmicos.

1) Hay entropa al fundir un cubo de hielo.

El orden que guardaba la estructura cristalina del hielo se pierde o desordena al pasar a la fase lquida. La entropa es un grado de desorden.

2.- Hay entropa en la cada de agua de una cascada.

La entropa esta presente en todo evento natural, la cascada no puede caer espontneamente hacia arriba.

3.- Si consideras que la humanidad es un sistema, hay entropa en ella, por ejemplo, en poca de elecciones para presidente de la repblica, hay un gran desorden provocado por el anuncio y el propio proceso de eleccin. Este tambin es un fenmeno natural y por tanto existe entropa en l. La entropa tiende siempre a aumentar en todo proceso espontneo.

4.- Un ejemplo domstico, sera el de lanzar un vaso de cristal al suelo, este tender a romperse y esparcirse mientras que jams conseguiremos que lanzando trozos de cristal se forme un vaso.

5.- Tenemos dos envases de un litro de capacidad que contienen, respectivamente, pintura blanca y pintura negra. Con una cucharita, tomamos pintura blanca, la vertemos en el recipiente de pintura negra y mezclamos. Luego tomamos con la misma cucharita pintura negra, la vertemos en el recipiente de pintura blanca y mezclamos. Repetimos el proceso hasta que tenemos dos litros de pintura gris, que no podremos reconvertir en un litro de pintura blanca y otro de pintura negra. La entropia del conjunto ha ido en aumento hasta llegar a un mximo cuando los colores de ambos recipientes son sensiblemente iguales (sistema homogneo)

6.- Vamos a imaginar que tenemos una caja con tres divisiones; dentro de la caja y en cada divisin se encuentran tres tipos diferentes de canicas: azules, amarillas y rojas, respectivamente. Las divisiones son movibles as que me decido a quitar la primera de ellas, la que separa a las canicas azules de las amarillas. Lo que estoy haciendo dentro del punto de vista de la entropa es quitar un grado o ndice de restriccin a mi sistema; antes de que yo quitara la primera divisin, las canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la primera divisin las azules, en la segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban restringidas a un cierto orden.Al quitar la segunda divisin, estoy quitando tambin otro grado de restriccin. Las canicas se han mezclados unas con otras de tal manera que ahora no las puedo tener ordenas pues las barreras que les restringan han sido quitadas.La entropa de este sistema ha aumentado al ir quitando las restricciones pues inicialmente haba un orden establecido y al final del proceso (el proceso es en este caso el quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la caja.La entropa es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restriccin; la manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema inicial, es decir, antes de remover alguna restriccin, y volverla a medir al final del proceso que sufri el sistema.Es importante sealar que la entropa no est definida como una cantidad absoluta S (smbolo de la entropa), sino lo que se puede medir es la diferencia entre la entropa inicial de un sistema Si y la entropa final del mismo Sf. No tiene sentido hablar de entropa sino en trminos de un cambio en las condiciones de un sistema.

Para qu sirve la entropa?La entropa, como medida del grado de restriccin o como medida del desorden de un sistema, o bien en ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con la teora del caos le abre un nuevo campo de estudio e investigacin a este tan "manoseado" concepto.