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GUIA DIDACTICA DE ACTIVIDADES Cdigo: PGE-02-R12

Versin: 2

Fecha: MAYO 2015

1. IDENTIFICACION:GRADO:

DcimoPERIODO:

TerceroAREA:

ciencias Naturales Fsica.INT. HORARIA:4 Horas semanales

EDUCADOR:Alex Antonio Aguirre Prada2. MOTIVACION:

En tu casa ingresa a internet y observa el siguiente video denominado Aerodinmica de un avin de papel. http://www.youtube.com/watch?v=dhxjhemby1M&feature=relatedPor qu crees que el avin vuela?

Por qu va hacia delante y no al ventilador de atrs?

Por qu al final cay el avin?Escribe tus respuestas en tu cuaderno de apuntes.

3. METODOLOGIA:

Se analiza la motivacin, se realiza la presentacin de la temtica y luego se realizan las actividades pertinentes. Para ello se utiliza ayudas didcticas, principalmente video beam y pelculas en dvd.

Es importante en la clase, resolver las dudas de los estudiantes, por eso las preguntas que stos realicen sern resueltas de manera atenta.

Tambin es de tener en cuenta la presentacin del cuaderno, el cual es fundamental en la toma de apuntes y referencias para las evaluaciones, al igual que actividades en clase.

En algunas ocasiones, se hacen experimentos que puedan ilustrar mejor los temas y lograr un mejor aprendizaje.

4. EVALUACION: Las evaluaciones son principalmente de carcter escrito, estas pueden ser de pregunta cerrada o de pregunta abierta. Por cada perodo se hace una evaluacin tipo ICFES, y en algunas ocasiones se realizan en forma oral.Es importante el trabajo realizado en clase con la gua.

Sin embargo, el estudiante puede proponer otro tipo de evaluacin, el cual se concertar.5. MALLA CURRICULAR DEL PERIODO

ESTNDARESCONTENIDOS TEMTICOSCOMPETENCIAS

Relaciono la estructura de las molculas orgnicas e inorgnicas con sus propiedades fsicas y qumicas y su capacidad de cambio qumico.

Utilizo modelos biolgicos, fsicos y qumicos para explicar la transformacin y conservacin de energa.

Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a la carga elctrica y a la masa.HIDRODINMICA

Comportamiento de los fluidos

El principio de Pascal

Las maquinas hidrulicas

Principio de Arqumedes

Fuerza de flotacin y empuje

Flotar o hundirse segn la densidad

Tensin superficial y capilaridad

El principio de Bernoulli

Fluidos en movimiento.Describir el comportamiento de los fluidos en movimiento.

Establecer relaciones entre la velocidad con que se mueve un lquido y el rea del ducto por donde se desplaza.

Resolver situaciones sobre la dinmica de los fluidos.

6. ACTIVIDADES EN CLASE Y EXTRACLASE HIDRODINMICAEsta rama de la mecnica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento; estas leyes son enormemente complejas, y aunque la hidrodinmica tiene una importancia prctica mayor que la hidrosttica, slo podemos tratar aqu algunos conceptos bsicos.

Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinmicas para los fluidos slo pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es as en el caso de los fluidos reales en movimiento, los resultados de dicho anlisis slo pueden servir como estimacin para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeos.FLUIDOS IDEALESEl movimiento de un fluido real es muy complejo. Para simplificar su descripcin consideraremos el comportamiento de un fluido ideal cuyas caractersticas son las siguientes:

1.-Fluido no viscoso. Se desprecia la friccin interna entre las distintas partes del fluido

2.-Flujo estacionario. La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo

3.-Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece constante con el tiempo

4.-Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.

CAUDAL (Q)

Para la fsica la palabra caudal (Q) significa la cantidad de lquido que pasa en un cierto tiempo. Concretamente, el caudal sera el volumen de lquido que circula dividido el tiempo.

El caudal se mide unidades de volumen dividido unidades de tiempo. Generalmente se usan m3/seg o litro/seg. A veces tambin se usa kg/seg. Estas no son las nicas unidades que se usan. No es extrao en un problema que aparezca un caudal en cm3/seg, dm3/seg o en litros/hora.

Nota: La unidad kilogramos/hora o kg/seg es lo que se llama " caudal msico". Vendra a ser la cantidad de masa que pasa en un cierto tiempo. A veces se puede dar como dato el caudal msico. (O se puede pedir que lo calcule). Sabiendo el caudal msico puedo sacar al caudal en m3 por segundo dividiendo la masa por la densidad del lquido.Cmo se mide un caudal en la prctica?

Rta: Muy simple. Si se quiere saber qu cantidad de agua sale por la llave de su casa, ponga un balde abajo y se fija cunto tarda en llenarse.Tome el tiempo, se fija cuantos litros carg el balde y despus hace la cuenta de volumen dividido en tiempo. Una llave comn tira entre 5 y 10 litros por minuto.

A veces se puede tener situaciones ms complicadas y no se puede medir el caudal de esta manera. Entonces se usan otros mtodos ms raros. Por ejemplo, para saber que caudal bombea el corazn. (El corazn bombea alrededor de 5 litros por minuto).

El significado de la palabra caudal es parecido al que conocemos en la vida diaria. Por ejemplo, se habla de un ro caudaloso. (Un ro que lleva mucha agua). Se habla de caudal de autos en una autopista, caudal de informacin o de un gran caudal de turistas que llegan al pas.OTRA FORMULA PARA EL CAUDAL (Q = VxS)El caudal es el volumen que circula dividido el tiempo que pasa. Entonces mirando el dibujito puedo hacer esta deduccin. El lquido al moverse dentro del cao recorre una cierta distancia d. Entonces al volumen que circula lo puedo poner como

Volumen = Superficie del cao x distancia.

Actividad

Resolver los siguientes ejercicios.

1. Una llave llena un balde de agua de 10 litros en 2 minutos. Calcular:

El caudal que sale por la llave.

Sabiendo que la seccin de la llave es de 1 cm2,

Con qu velocidad est saliendo el agua.2. Por un cao de 5 cm de seccin circula agua a razn de 30 cm/s. Cul ser el volumen del agua que pas en 25 s?3. Por una caera circula agua con un rgimen estacionario a caudal constante. Considerando dos secciones de esa caera, S1= 5 cm y S2= 2 cm , cul ser la velocidad en la segunda seccin, si en la primera es de 8 m/s?4. El caudal de una corriente estacionaria es de 18 dm /s, si las secciones son de 4 cm y 9 cm , calcular las velocidades en cada seccin.5. Por un cao de 12 cm de seccin llega agua a una pileta de natacin. Si la velocidad de la corriente es de 80 cm/s, cunta agua llegar a la pileta por minuto? Si la pileta tiene 10 m3 de volumen, cuanto tarde en llenarse?PRESIN

Para no hundirse en la nieve es conveniente usar unas raquetas especiales de mayor superficie de apoyo que los zapatos. Por el contrario, los zapatos de tacn fino deforman el suelo y se hunden con mucha facilidad.Un cuchillo mal afilado corta con mucho esfuerzo. Si lo afilamos disminuye la superficie del filo y corta ms fcilmente. Si una fuerza acta sobre una superficie pequea, su efecto deformador es grande.Si una fuerza acta sobre una superficie grande, su efecto deformador es pequeo.

El poder deformador de una fuerza se "reparte" en la superficie sobre la que acta. La magnitud escalar que mide este "reparto" es la presin, que se define como la "fuerza aplicada perpendicularmente sobre cada unidad de superficie". Se obtiene dividiendo la fuerza perpendicular F entre la superficie S.Un fluido pesa y ejerce presin sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en l. Esta presin, llamada presin hidrosttica provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientacin que adopten las caras. Si el lquido fluyera, las fuerzas ya no seran perpendiculares a las superficies.En el Sistema Internacional (SI) la unidad de presin es el N / m2 o Pascal (Pa). Una persona de 650 N de peso, con unos zapatos de 500 cm2 de superficie de apoyo total, ejerce una presin sobre el suelo cuyo valor es: P= 650 N / 0,0500 m2 = 13000 Pa.

PRESIN HIDROSTTICA

La presin hidrosttica en un punto del interior de un fluido en reposo es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, y a la profundidad, h. La presin hidrosttica slo depende de la densidad del fluido y de la profundidad (g es constante e igual a 9,8 m/s2).

VASOS COMUNICANTES

Dos o ms vasos comunicados por su base se llaman vasos comunicantes.

La altura que alcanza un lquido en las dos ramas abiertas de un tubo en U ha de ser la misma, independientemente de la forma de cada una de las ramas.ACTIVIDAD

Resolver los siguientes ejercicios:

1. Calcula el valor de la presin hidrosttica en un punto que est a 4 km de profundidad en el Ocano Atlntico. La densidad del agua del mar es, aproximadamente, 1030 kg/m3.2. Sabiendo que la escotilla circular de un submarino mide 1 m de dimetro y que la densidad del agua del mar es 1030 kg/m3, calcula la fuerza que soporta la escotilla cuando el submarino se encuentra sumergido a 50 m de profundidad.3. En la rama derecha de un tubo en U hay un lquido que es 1,4 veces ms denso que el que hay en la rama izquierda. Si en la rama izquierda la altura lquida es de 15 cm, cul ser la altura en la rama derecha?4. Para medir la presin un gas usamos como manmetro un tubo en "U" que contiene mercurio. La diferencia de altura en las ramas del manmetro es de 40 cm. Calcula el valor de la presin manomtrica del gas. La densidad del mercurio es de 13600 kg/m3.EVALUACIN ESCRITAPRINCIPIO DE PASCAL

Blaise Pascal, matemtico, fsico y filsofo francs del siglo XVII, enunci el siguiente principio:

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.

Si ejerces una fuerza F sobre un mbolo de seccin S, se origina una presin (p = F / S) que se manifiesta en toda la masa lquida. La presin es una magnitud escalar, pero la fuerza que la origina es un vector perpendicular a la superficie sobre la que acta. Por lo tanto dentro de la jeringuilla es perpendicular a las caras laterales, al fondo y tambin al mbolo que comprime el lquido.F2=F1.(A2/A1)

ACTIVIDADResolver los siguientes ejercicios:

1. Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora hidrulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeo circular de 8 cm de radio, calcula cunta fuerza hay que hacer en el mbolo pequeo.2. Calcula la fuerza obtenida en el mbolo mayor de una prensa hidrulica si en el menor se hacen 5 N y los mbolos circulares tienen triple radio uno del otro. Sobre el plato menor de la prensa se coloca una masa de 6 kg, calcula qu masa se podra levantar colocada en el plato mayor.

3. En el freno de un coche la seccin del pedal es de 200cm2. Si la seccin de la zapata que prensa el disco de freno es de 1m2y apretamos el freno con una fuerza de 200 N, qu fuerza se transmite hasta la zapata?4. El mbolo de una gra hidrulica en el que se coloca la carga tiene una superficie 100 veces mayor que en el que se aplica la fuerza. Calcula qu fuerza hay que ejercer en este ltimo mbolo para poder levantar un automvil de 1500 kg de masa.5. Los mbolos de una prensa hidrulica tienen seccin circular y sus dimetros son 8 y 40 cm respectivamente. Cul es la fuerza que se produce en el mbolo mayor cuando en el pequeo se aplica una fuerza de 50 N? Qu fuerza habra que aplicar en el mbolo menor para poder prensar una partida de aceitunas con una fuerza neta de 1000 N?PRINCIPIO DE ARQUMEDES

El principio de Arqumedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes como se indica en las figuras:

1. El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

2. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido de la misma forma y dimensiones.

Sabemos que la presin hidrosttica aumenta con la profundidad y conocemos tambin que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies slidas que contacta. Esas fuerzas no slo se ejercen sobre las paredes del contenedor del lquido sino tambin sobre las paredes de cualquier cuerpo sumergido en l.

Distribucin de las fuerzas sobre un cuerpo sumergido

Imaginemos diferentes cuerpos sumergidos en agua y representemos la distribucin de fuerzas sobre sus superficies teniendo en cuenta el teorema general de la hidrosttica. La simetra de la distribucin de las fuerzas permite deducir que la resultante de todas ellas en la direccin horizontal ser cero. Pero en la direccin vertical las fuerzas no se compensan: sobre la parte superior de los cuerpos acta una fuerza neta hacia abajo, mientras que sobre la parte inferior, una fuerza neta hacia arriba. Como la presin crece con la profundidad, resulta ms intensa la fuerza sobre la superficie inferior. Concluimos entonces que: sobre el cuerpo acta una resultante vertical hacia arriba que llamamos empuje. Cul es el valor de dicho empuje?

Tomemos el caso del cubo: la fuerza es el peso de la columna de agua ubicada por arriba de la cara superior (de altura h1). Anlogamente, F2 corresponde al peso de la columna que va hasta la cara inferior del cubo (h2). El empuje resulta ser la diferencia de peso entre estas dos columnas, es decir el peso de una columna de lquido idntica en volumen al cubo sumergido. Concluimos entonces que el mdulo del empuje es igual al peso del lquido desplazado por el cuerpo sumergido.

Con un ejercicio de abstraccin podremos generalizar este concepto para un cuerpo cualquiera. Concentremos nuestra atencin en una porcin de agua en reposo dentro de una pileta llena. Por qu nuestra porcin de agua no cae al fondo de la pileta bajo la accin de su propio peso? Evidentemente su entorno la est sosteniendo ejercindole una fuerza equilibrante hacia arriba igual a su propio peso (el empuje).

Ahora imaginemos que sacamos nuestra porcin de agua para hacerle lugar a un cuerpo slido que ocupa exactamente el mismo volumen. El entorno no se ha modificado en absoluto, por lo tanto, ejercer sobre el cuerpo intruso la misma fuerza que reciba la porcin de agua desalojada. Es decir:

Un cuerpo sumergido recibe un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de lquido desplazado. E = Peso del lquido desplazado = dlq . g . Vliq desplazado = dliq . g . Vcuerpo ACTIVIDAD

Resolver el cuestionario propuesto en la siguiente pgina: http://www.daypo.com, buscar test: PRINCIPIO DE ARQUMEDES, autor faelmoraEVALUACIN ESCRITATENSIN SUPERFICIALLa superficie de cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.

Ej: Gota de agua, Insecto caminando sobre aguaCules son las causas de la tensin superficial?

La tensin superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interface. La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada. Cmo influye la temperatura a la tensin superficial?

En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio exterior se debe a que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.La tensin superficial del agua

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua se deben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, la tensin superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos. Medicin de la tensin superficial del agua

Existen varios mtodos para medir la tensin superficial de un lquido. Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de platino que se coloca sobre la superficie del agua. Se mide la fuerza que se requiere para separar el anillo de la superficie del agua con una balanza de alta precisin.ECUACION DE CONTINUIDADImagnese un cao que tiene un dimetro de 10 cm. Supongamos que por el cao estn entrando 5 litros por minuto. Pregunta: qu cantidad de lquido est saliendo por la otra punta del cao?

Rta: Esto no hay que pensarlo mucho. Todo lo que entra, tiene que salir. Si entran 5 litros por minuto, tiene que estar saliendo 5 litros por minuto.Dicho de otra manera, el caudal que entra es igual al caudal que sale. Si entran 5, salen 5. Si entran 10, salen 10. Conclusin:

Como al caudal lo puedo poner como Velocidad x Superficie, la frmula que me queda es:

Ecuacin de continuidad En esta frmula Ve es la velocidad del lquido a la entrada y Se es la seccin (= superficie) del cao a la entrada. Lo mismo con VS y SS para la salida. A esta frmula ellos la llaman " ecuacin de continuidad. El nombre " continuidad " significa algo as como que el caudal siempre es continuo, no se interrumpe. Algo importante. Fjese que pasa lo mismo si el tubo tiene un angostamiento o un ensanche. Aunque el cao cambie su seccin, siempre se cumple que todo lo que entra tiene salir. As que LA ECUACION DE CONTINUIDAD

TAMBIEN SE USA SI EL TUBO

CAMBIA SU DIMETRO. ECUACIN DE BERNOULLI

La ecuacin de Bernoulli es la frmula ms importante de toda esta parte de hidrodinmica. Es la que ms se usa y es la que trae ms problemas. Esta ecuacin es: Pent = Presin en la entrada. Va en Pascales = Newton /m2

Psal = Presin en la salida. Va en Pascales = Newton /m2

Delta: ( d ) Es la densidad del lquido. Va en Kg/m3

Vent = Velocidad del lquido en la entrada. Va en m/s

Vsal = Velocidad del lquido en la salida. Va en m/s

g : Aceleracin de la gravedad ( = 10 m/s2 )

hent = Altura del lquido en la entrada. Va en m.

hsal = Altura del lquido en la salida. Va en m.

Gasto

Cantidad de lquido que pasa por la seccin viva del flujo en la unidad de tiempo. Existen tres tipos de gastos en funcin de las unidades de medidas que se empleen, as se diferencian los siguientes tipos de gastos:

1. Gasto volumtrico: Q= V.S (m3/s).

2. Gasto en peso: G=(. Q (kgf/s).

3. Gasto en masa: M= (.Q (kg.s/m).

Como la velocidad (V) tiene diferentes valores en los distintos puntos de la seccin viva, entonces el Gasto se obtiene como resultado de la suma de los gastos elementales de todas sus venas lquidas, para lo que se recurre a las velocidades medias a la hora de expresar el flujo volumtrico y para calcular el Gasto del flujo de una vena lquida, la ecuacin queda como:

ACTIVIDAD

Resolver los siguientes ejercicios:

1. Un recipiente para guardar agua, abierto a la atmsfera por su parte superior, tiene un pequeo orificio en la parte inferior, a 6 m por debajo de la superficie del lquido. Con qu rapidez sale agua por el orificio? 2. Por una tubera circula agua a 4m/s bajo una presin de 200 kPa. La tubera se estrecha hasta la mitad de su dimetro original. Hallar (a) la velocidad y (b) la presin del agua en la parte ms estrecha de la tubera.

3. La sangre circula por una arteria aorta de 1,0 cm de radio a 30 cm/s. Cul es el flujo de volumen?

EVALUACIN ESCRITA

1. BIBLIOGRAFA

En la biblioteca podrs consultar en cualquier libro de Fsica 10http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2007/dinamica_leyes_newton/dinamica/index.htmCOLEGIO NUESTRA SEORA DEL ROSARIO

ESPINAL TOLIMA

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