INSTITUCIÓN EDUCATIVA CIUDAD CÓRDOBA SEDE ENRIQUE OLAYA HERRERA

Docente: Ramiro Riascos Área: Ciencias Naturales Grado 8°

Estándar de Competencia: Explico condiciones de cambio y conservación en diversos sistemas, teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción con la materia.

Indicador de desempeño: Reconoce el comportamiento de los fluidos, y las características de sus reacciones determinando la función correspondiente a cada una de sus propiedades

Contenidos: 1. Materia Estados de agregación de la materia

2. Fluidos o Propiedades de los líquidos: presión, densidad, fuerza. o Principio de Pascal o Prensa Hidráulica o Presión atmosférica o Capilaridad o Tensión superficial o Principio de Arquímedes o Principio de Bernoulli

Tiempo de duración: 2 semanas

Materiales requeridos: computador, internet; físicos: cuaderno, libros de texto, implementos de cartuchera.

Forma de evaluación: revisión de resolución de los ejercicios en el cuaderno y evaluación escrita de conceptos y aplicación de los mismos.

Bibliografía y medios de consulta: google académico: http://cienciasnaturales8lapre.blogspot.com/2018/03/fisica-grado-octavo.

http://www.areaciencias.com/fisica/propiedades-de-los-fluidos.html. Físico: libros de texto Ciencias Naturales grado 8°.

Para comprender bien el tema, es importante tener bien claro los siguientes conocimientos:

Se define como todo aquello que presenta masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia se puede encontrar en distintas formas, es lo que llamamos estado de agregación. Definimos bien este concepto: ¿Qué son los estados de agregación de la materia?

Son las distintas fases o formas en que es posible encontrar la materia conocida, ya se trate

de sustancias puras o de mezclas, y que dependen del tipo y la intensidad de las fuerzas

de atracción entre las partículas que componen dicha materia (tales como átonos,

moléculas, etc.)

El estado de agregación en el que se encuentra una sustancia, depende de variables físicas como la presión y la temperatura. Así los átomos y las moléculas que forman la materia pueden sufrir cambios tanto en su comportamiento como en su apariencia. La materia se puede encontrar en cuatro estados de agregación fundamentales: En el ESTADO SÓLIDO las moléculas están más unidas debido a que las fuerzas de atracción son muy intensas, por esta razón, los sólidos tienen forma y volumen definido. En el ESTADO LÍQUIDO las moléculas pueden desplazarse entre ellas, lo que permite que los líquidos mantengan su volumen y adquieran la forma del recipiente donde se hallen. En el ESTADO GASEOSO las moléculas se mueven libremente, esto permite que los gases tenga volumen y forma variable. En el ESTADO DE PLASMA es un estado similar al gaseoso, pero se diferencian en que el estado plasmático se encuentra formado por Iones, partículas cargadas eléctricamente. El plasma se produce cuando la materia en estado gaseoso es expuesta a altas temperaturas, lo que hace que las partículas choquen unas con otras a gran velocidad hasta que algunos electrones se liberen del átomo y la materia termine por ionizarse. Ionización: átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.

FLUIDOS

1. Materia

Ahora sí, continuamos con nuestro tema.

¿Qué son? Un FLUIDO es materia en estado líquido o gaseoso. Sus moléculas pueden desplazarse bajo la acción de una fuerza externa o de otras moléculas. Así, por ejemplo, una botella con agua líquida se vierte sobre otra sustancia y el líquido fluirá debido a la acción de la gravedad. Por otra parte, los gases pueden fluir en un recipiente sellado y desplazarse en el interior de este adquiriendo su volumen y su forma. Pero si se abre un orificio o se conecta a una tubería el gas fluirá hacia el exterior..

Fuente: http://www.areaciencias.com/fisica/propiedades-de-los-fluidos.html

Muchas características, cualidades y comportamientos de los fluidos dependen de la densidad y de la presión.

Es una magnitud física derivada que es específica para cada sustancia

y se define como la medida de la cantidad de masa contenida en

unidad de volumen.

2. Los Fluidos

Densidad

La expresión matemática que relaciona las variables para calcular la densidad es:

P = m/v

En la que ρ corresponde a la densidad expresada en Kilogramos sobre metros cúbicos (Kg/m3), m es la masa del cuerpo en Kilogramos (Kg) y V es el volumen que ocupa el cuerpo en unidad de metro cúbico (m3). Según el Sistema Internacional, la densidad se mide en Kg/m3 pero, con frecuencia, se expresa en gramos sobre centímetros cúbicos (g/cm3).

En la que ρ corresponde a la densidad expresada en Kilogramos sobre metros cúbicos (Kg/m3), m es la masa del cuerpo en Kilogramos (Kg) y V es el volumen que ocupa el cuerpo en unidad de metro cúbico (m3). Según el Sistema Internacional, la densidad se mide en Kg/m3 pero, con frecuencia, se expresa en gramos sobre centímetros cúbicos (g/cm3).

Ejercicio:

1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?

Solución: Sabemos que: P = m/v De los datos del problema sabemos que: m = 600 gr. V = 30 cm3

Entonces reemplazando en la fórmula:

ρ = m / V

ρ = 600 gr / 30 cm3

ρ = 20 gr / cm3

Actividad: Resuelve los siguientes ejercicios sobre Densidad Ejercicios: Un bloque de mármol pesa 102 gramos. Se introduce despacio en una probeta graduada que contiene 56 centímetros cúbicos de agua; una vez sumergido se leen 94 centímetros cúbicos en el nivel del agua. 1. ¿Cuál es el volumen del mármol en centímetros cúbicos? 2. ¿Cuál es su densidad? 3. Calcula la densidad del hierro, si 393 g ocupan un volumen de 50 ml 4. La densidad del mercurio es de 13,6 g/cm3. Calcula su valor en kg/m3. 5. Calcula la densidad de un cuerpo de masa 100 g y volumen 20 cm3. Expresa el resultado en g/cm3 y en Kg/m3

Es una magnitud física derivada, que se define como la relación entre

la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo y el área sobre la cual se aplica dicha fuerza, es decir, corresponde a la fuerza por unidad de

superficie que se aplica a un objeto. La expresión matemática que relaciona las variables para calcular la expresión es:

en la que p representa la presión, F corresponde a la fuerza aplicada, experimentada en Newtons (N) y A es el área sobre la cual actúa dicha fuerza y se expresa en metros cuadrados (m2). Según la expresión matemática anterior, la presión es directamente proporcional a la fuerza aplicada - que por ser un vector está definida por una magnitud y una dirección - y es inversamente proporcional al área sobre la cual actúa la fuerza, es decir, cuando menor es el área mayor es la presión. En el SI, la unidad estándar de presión es el newton por metro cuadrado (N/m2), se denomina pascal (Pa) e indica la fuerza en newtons ejercida sobre cada metro cuadrado de superficie. "La presión es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la superficie (área). Si se disminuye el área sobre la que actúa una fuerza constante, la

La Presión

presión aumenta; si el área sobre la que actúa la fuerza constante aumenta, la presión disminuye" EJERCICIO: ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de

0.040 metros cuadrados? Solución: Para ello vamos a tomar nuestros datos que el problema nos provee, por ejemplo nos da una fuerza de 120 N, y a su vez un área de 0.040, por lo que tenemos:

? Reemplazando estos datos en nuestra fórmula tenemos:

Por lo que obtenemos un total de 3000 pascales de presión ejercidas sobre la superficie.

La presión dentro de un líquido La presión que experimenta un cuerpo sumergido depende del peso (fuerza) del líquido que está encima de él. Cuando más profundo se encuentre dentro del líquido, mayor es la presión que experimenta. La presión también depende de la densidad del líquido, de manera que entre más denso mayor es la presión que experimenta.

"Un cuerpo sumergido en un líquido está sometido a una presión que actúa en todos los puntos sobre el cuerpo en dirección perpendicular a su superficie, y el valor de la presión es mayor cuanto mayor es la profundidad a la que se encuentra."

Este principio afirma que un fluido confinado, encerrado en un recipiente, la fuerza que se ejerce se propaga de manera uniforme por todo el líquido, de manera que la presión es igual en cualquier punto.

En el esquema hay dos émbolos: el émbolo 1 y el émbolo 2, cuya función es transmitir o recibir el impulso del fluido.

Sobre el émbolo 1, el de menor área (A1), se aplica una fuerza F1, que genera una presión en el fluido que se transmite hacía el émbolo 2, el de mayor área (A2), sobre el que se posa el carro y en el que se ejerce una fuerza F2. Como la presión (p) es igual a la relación entre la fuerza (F) y el área (A), entonces la presión sobre cada émbolo es:

3. Principio de Pascal

El Principio de Arquímedes dice que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical, hacia arriba. Que es igual al peso del volumen del líquido desplazado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras: El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido

Es la capacidad que tiene un cuerpo para mantenerse estable sobre o dentro de un fluido. Esto se explica por el principio de Arquímedes dada

la fuerza de empuje vertical hacia arriba y el peso del cuerpo. Un cuerpo está en flotación cuando permanece suspendido en un entorno líquido o gaseoso, es decir, en fluido. Ésta condición depende de la relación entre el valor de las fuerzas del peso (P) y del empuje (E), por lo que un cuerpo flota, se hunde o se sumerge de acuerdo con la relación entre estas variables.

4. El Principio de Arquímedes

Flotabilidad

Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Al estar en movimiento continuo, las moléculas de un gas golpean frecuentemente las paredes internas del recipiente que los contiene. Al hacerlo, inmediatamente rebotan sin pérdida de energía cinética, pero el cambio de dirección (aceleración) aplica una fuerza a las paredes del recipiente. Esta fuerza, dividida por la superficie total sobre la que actúa, es la presión del gas.

La presión se define como una fuerza aplicada por unidad de área, es decir, una fuerza dividida por el área sobre la que se distribuye la fuerza.

Presión = Fuerza / Área

La presión de un gas se observa mediante la medición de la presión externa que debe ser aplicada a fin de mantener un gas sin expansión ni contracción. Para visualizarlo, imaginen un gas atrapado dentro de un cilindro que tiene un extremo cerrado por en el otro un pistón que se mueve libremente. Con el fin de mantener el gas en el recipiente, se debe colocar una cierta cantidad de peso en el pistón (más precisamente, una fuerza, f) a fin de equilibrar exactamente la fuerza ejercida por el gas en la parte inferior del pistón, y que tiende a empujarlo hacia arriba. La presión del gas es simplemente el cociente f / A, donde A es el área de sección transversal del pistón.

Fuente: https://www.textoscientificos.com/quimica/gases/presion-gas

5. La presión de los gases

Definición de presión

El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y de la velocidad y energía potencial en forma de presión. Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo. Energía Cinética: es una forma de energía conocida como energía de movimiento. La energía cinética de un objeto es aquella que se produce a causa de sus movimientos que depende de la masa y velocidad del mismo. Energía potencial: es la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición de un cuerpo. El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica. La energía cinética aumenta o disminuye. En tanto, la energía no puede ser creada ni tampoco destruida. Enseguida, el cambio en la energía cinética necesita ser compensado por la reducción o aumento de la presión. El uso de un Venturi en el carburador de un automóvil es un ejemplo del principio de Bernoulli. En el pasaje de aire a través de la restricción la presión se disminuye. Esa reducción de presión permite que la gasolina fluya, se vaporice y se mezcle con el aire El teorema se aplica al flujo sobre superficies, como las alas de un avión o las hélices de un barco. Las alas están diseñadas para que obliguen al aire a fluir con mayor velocidad sobre la superficie superior que sobre la inferior, por lo que la presión sobre esta última es mayor que sobre la superior. Esta diferencia de presión proporciona la fuerza de sustentación que mantiene al avión en vuelo.

Bueno, ahora, resuelvan los siguientes ejercicios:

6. Principio de Bernoulli

PREGUNTAS TIPO ICFES

1. Dos cuerpos con la mima masa ejercen presión sobre una superficie S como se ilustra en la figura. De la

presión que ejercen puedo afirmar que

A. Es la misma en los dos cuerpos. B. Es menor en el cubo. C. Es menor en el cilindro. D. Es cero.

2. En un líquido se sumergen 4 monedas de igual espesor. El tamaño de a es igual a c y el de b al de d.

La presión hidrostática ejercidas sobre la monedas es

A. mayor en c que en d. B. menor en b que en a. C. mayor en d y c, que en a y b. D. menor en c y d que en a y b.

3. La experiencia de Torricelli consistió en colocar un recipiente lleno de mercurio en el cual sumergió un

tubo de vidrio también lleno de Hg para medir la presión atmosférica como lo muestra la gráfica.

Sí la medida de la columna h de mercurio (Hg) es igual a 380 mmHg (Patm =760 mmHg) La presión

tiene un valor de

A. 1 atm.

B. ½ atm.

C. 2 atm.

D. 3/2 atm.

S

4. Se fabrica un instrumento para estudiar la presión hidrostática conectando dos émbolos de plástico con un resorte e introduciéndolos en un tubo como se muestra en la figura. Los émbolos evitan que el fluido llene el espacio entre ellos y pueden deslizarse sin rozamiento a lo largo del tubo.

Al ir introduciendo el instrumento en un tanque con agua los émbolos se mueven dentro del tubo y adoptan la posición

5. Tres cuerpos con la mima masa ejercen presión sobre una superficie S como se ilustra en la figura.

De la presión que ejercen puedo afirmar que

A. es mayor en 2 por su forma triangular.

B. es menor en 3 por tener mayor superficie en contacto.

C. es mayor en 1 por tener mayor masa.

D. es la misma en los tres cuerpos.

6. La fuerza ejercida por los cuerpos sobre la superficie es de 50 N, y las áreas en contacto son 1 m2, 2 m2 y

10 m2 respectivamente. La presión (𝑃 =𝐹

𝐴) sobre la superficie S de cada cuerpo respectivamente es

A. 50, 25 y 5 Pascales.

B. 25, 5 y 50 Pascales.

C. 50, 125 y 25 Pascales

D. 25, 12 y 50 Pascales.

7. Sobre una superficie s se coloca un bloque de peso w, que al apoyarlo en el área A2 genera una presión

de 3000 pascales.

S

2 3

1

Sí el área de apoyo hubiese sido A1 la presión seria

A. menor que la generada en el área A2.

B. igual que la generada en el área A3.

C. mayor que la generada en el área A2.

D. igual que la generada en el área A2.

RESPONDA LAS PREGUNTAS 8 HASTA LA 10 CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN

Se tienen 4 recipientes idénticos que contienen agua hasta el mismo nivel como se ilustra en la figura 1. En cada uno de ellos se sumerge un cuerpo, de tal forma que las posiciones finales de los cuerpos y los niveles del agua son los ilustrados en la figura 2.

8. En esta situación se puede afirmar que la presión es mayor sobre el cuerpo sumergido en el recipiente

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

9. El volumen sumergido en el recipiente 4 es A. 6 cm3. B. 16 cm3. C. 3 cm3. D. 13 cm3.

10. El cuerpo con mayor densidad es A. 4 B. 3 C. 1 D. 2

11. En un líquido se sumergen 4 monedas de igual espesor. El tamaño de a es igual a c y el de b al de d.

Adicionalmente las monedas a y b están sometidas por un par de soportes. La gráfica que corresponde a los valores de las presiones hidrostáticas, en los puntos señalados en las monedas, es la

12. Un cuerpo irregular se introduce dentro de una probeta que inicialmente tiene un volumen de 20 ml

como muestra la figura.

Después de la experiencia podemos afirmar que

A. El volumen del cuerpo es cero.

B. El volumen del cuerpo es 24 ml.

C. El volumen del cuerpo es 3 ml.

D. El volumen del cuerpo es igual al iniciar la experiencia.

13. Tres esferas mágicas se sumergen en un líquido de densidad ρL y adoptan las posiciones mostradas en la

figura.

Las esferas tienen densidades ρ1, ρ2 y ρ3. Entonces se puede afirmar que

A. ρ3 > ρ2

B. ρ1 > ρ2

C. ρL > ρ3

D. ρ1 = ρ2 = ρ3 =ρL

14. Se tiene un sistema hidráulico para realizar la hazaña que se muestra.

Sí A1 tiene un área de 4, A2 tiene un área de 20 y el ratón aplica una fuerza F1 de 5 N el elefante

tiene un peso (F2) de

A. 40 N.

B. 20 N.

C. 25 N.

D. 50 N.

V1 =V2=V3 1

3

2

15. Tres esferas de la misma densidad flotan en un líquido como muestra la figura. En cuanto al empuje

hidrostático sobre ellas es

A. Mayor sobre 1.

B. Mayor sobre 2.

C. Mayor sobre 3.

D. Igual sobre las tres esferas.

16. Tres esferas se sumergen en un líquido de densidad ρ y adoptan las posiciones indicadas en la figura.

Respecto a las densidades de la esferas podemos afirmar que

A. ρ3 > ρ2 > ρ1

B. ρ1 > ρ2 > ρ3

C. ρ2 > ρ3 > ρ1

D. ρ3 = ρ2 = ρ1

17. Dos cuerpos de igual (V1=V2) volumen pero de formas diferentes se sumergen en un líquido de

densidad ρL y adoptan las posiciones indicadas en la ilustración.

3 2 1

3

2 1

V1

V2

Respecto al empuje hidrostático E sobre los cuerpos es correcto afirmar que

A. E1 > E2

B. E1 < E2

C. E2 = E1

D. Depende de las formas.

18. Las figuras representan la posición respectiva de tres objetos dentro de unos recipientes que contiene

agua.

De la situación presentada podemos afirmar que

A. La densidad del primer cuerpo es mayor que la densidad del segundo.

B. La densidad del tercer cuerpo es menor que la del primero.

C. La densidad del segundo cuerpo es igual a la densidad del agua.

D. La densidad de los tres cuerpos son exactamente iguales.