PROFR. DAVID MANUEL BONILLA GARCÍACIENCIAS II (FÍSICA)

Bloque III. Un modelo para describir la estructura de la materia.

Tema 1. La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas.

Presión: relación fuerza y área; presión en fluidos.

Hidráulica: Es la parte de la Física que estudia el reposo y el movimiento de los fluidos.

Los fluidos son los líquidos y los gases. Se llaman así porque pueden fluir o escurrir.

La hidráulica se divide en dos partes:

Hidrostática: Estudia los fluidos en reposo.

Hidrodinámica: Estudia el movimiento de los fluidos.

Cuando aplicas una fuerza sobre una superficie se dice que estás ejerciendo una presión. El peso de los cuerpos es determinado por la fuerza de atracción gravitatoria, por lo tanto, el peso es una fuerza. Cuando la fuerza de tu cuerpo actúa sólo en las plantas de los pies la superficie que ocupan es pequeña, pero si te acuestas, la superficie que ocupará tu cuerpo será mayor y la fuerza seguirá siendo la misma. Si divides el peso de tu cuerpo entre la superficie que ocupa la planta de tus pies el resultado será mayor que si divides el peso de tu cuerpo entre la superficie que ocupa cuando estás acostado. Con las operaciones que realizas obtienes el valor de la presión que ejerce tu cuerpo sobre el piso. Si te das cuenta, el resultado de la presión cuando estás de pie es mayor que cuando estás acostado. Esto ocurre debido a que acostado ocupas una mayor superficie, aunque ésta soporte la misma fuerza.

Con base en lo anterior se puede establecer que la presión es directamente proporcional a la fuerza que se aplica e inversamente proporcional a la superficie sobre la cual se aplica dicha fuerza. La presión se define como la relación que existe entre la fuerza que se aplica sobre una superficie. La expresión matemática de la presión es la siguiente. Donde:

P = PresiónF = FuerzaA = Área o superficie P = F / A

La unidad para medir la fuerza es el Newton (N) y para medir la superficie es el metro cuadrado (m2), por lo tanto, las unidades de la presión serán: N/m2. Ésta es una unidad derivada que recibe el nombre de Pascal (Pa).

Ejemplo: Si una persona se pone de pie sin esquíes sobre la nieve se hunde porque la presión producida por el peso de su cuerpo es mayor debido a la superficie pequeña de sus zapatos; pero al ponerse esquíes aumenta la superficie donde actúa la fuerza de su peso y la presión disminuye. Entonces puede caminar y deslizarse fácilmente.

Actividad 1. Analiza y resuelve el siguiente caso:

o Una patinadora pesa 50 kg. Si la superficie sobre la que está parada es de 0.05 m2, ¿Cuál es la presión que ejerce?

Los esquíes aumentan la superficie que soporta el peso del esquiador, por esta razón no se hunde en la nieve, ya que disminuye la magnitud de la

o Si la misma patinadora se calza unos patines cuyas cuchillas ocupan una superficie igual a 0.005 m2, ¿Qué presión ejerce ahora? ¿Cambio la fuerza ejercida por la patinadora? ¿Por qué?

Datos Fórmula Desarrollo Resultado

Principio de Pascal

El francés Blas Pascal descubrió que la presión que se le aplica a un líquido que se encuentre dentro de un recipiente se trasmite con igual magnitud en cada punto de él. De ahí se deduce el principio que lleva su apellido. En él establece que:

“La presión que se ejerce en un líquido encerrado se trasmite íntegramente en todas las direcciones con la misma intensidad en todos sus puntos”.

La aplicación más conocida del Principio de Pascal es la prensa hidráulica, cuya finalidad es amplificar la magnitud de una fuerza. Esto lo puedes comprobar si observas la figura siguiente:

En el émbolo menor con superficie (a) igual a 1 cm2 se aplica una fuerza (f) de 2 N. Como el principio de Pascal establece que la fuerza se trasmite con la misma intensidad en cada punto del líquido encerrado entonces en el émbolo mayor con superficie (A) de 6 cm2 la fuerza (F) que se manifiesta es de 2 N por cada cm2, por lo tanto:

F = 6 x 2 N = 12 N

De lo anterior se desprende que la fuerza que se aplica al émbolo menor se multiplica gracias a que el émbolo mayor tiene una superficie mayor. Matemáticamente, el funcionamiento de la prensa hidráulica se establece de la siguiente manera:

f / a = F / A

Donde:

f = Fuerza que se aplica en el émbolo menor

a = Superficie en el émbolo menor

F = Fuerza del líquido en el émbolo mayor

A = Superficie en el émbolo mayor

Actividad 2. Analiza y resuelve el siguiente problema:

o ¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica que mide 45 cm2 si en el

émbolo menor de 12 cm2 se ejerce una fuerza de 60kg?

Datos Fórmula Desarrollo Resultado