Guía: Gases ideales,trabajo en expansión, 1 ra ley de la Termodinámica

Guía 

Gases ideales, Trabajo en expansión , 1 ra ley de la Termodinámica

1) Se tienen 2 moles de hidrógeno a 52°C y a 2 atm. ¿a qué temperatura deberá enfriarse este sistema para que ejerza  una presión de 0,5 atm manteniendo el volumen constante? Rta: 81,29 K

2) Una muestra de gas ideal se encuentra originalmente a 100 K. ¿Cuál será la temperatura final del gas si su volumen se triplica y la presión se duplica? Rta: 600 K

3) Cierto tanque de gas estacionario tiene una capacidad de 500 L. Considerando  que el gas es solamente butano, C₄H₁₀, clcular la masa de ese gas que contiene este tanque si a 25 °C el gas ejerce una presión de 20 atm. Rta: 23,7235 Kg

4)Las moléculas de ozono en la estratósfera absorben la mayor parte de la radiación proveniente del sol que es dañina para la vida. Calcular el número de moléculas contenidas en 1 L a 250 K y 0,76 Torr. Que son las condiciones típicas en las que se encuentra el ozono en la estratósfera. Rta: 4,88 x 10^-5 mol, 2,93676 x 10¹⁹ moléculas

5) Un gas se expande de I a F. El calor que se le agrega al gas es de 400 J cuando el gas va de I a F por la trayectoria diagonal. A)Cuál es el cambio en la energía interna del gas, b)¿Cuánto calor se le debería entregar al gas si se fuera por el camino indirecto, IAF, para tener el mismo cambió la energía interna?

6)La rueda de una bicicleta se llena con aire a una presión manométrica de 550 KPa a 20 °C. ¿ Cuál es la presión manométrica en la rueda después de manejarla en un día soleado cuando la temperatura del aire es 40°C? ( suponga que el volumen no cambia y recuerde que la presión manométrica significa la presión absoluta en la rueda menos la presión atmosférica) P atm = 101 kPa. Rta: 594,41 x 10³ Pa

7) Una gas ideal es encerrado en un cilindro. Hay un émbolo movible en la parte superior del cilindro. El émbolo tiene una masa de 8000 g, un área de 5 cm² y es libre de moverse hacia arriba o hacia abajo, manteniendo la presión del gas constante. ¿Cuánto trabajo se hace si la temperatura de 0,2 moles de gas se eleva de 20°C a 300 °C? Rta: 465,6J 

8) Un gas se expande desde I a F por tres posibles trayectorias como se indica en la figura. Calcule el trabajo realizado por el gas a lo largo de las trayectorias IAF, IF, IBF. Rta: 405,32 J; 304 J; 202,7 J.

9) El  aire de una habitación de dimensiones 5 x 5 x 4 m se dilata a presión constante (760 mmHg) escapándose por la ventana al pasar su temperatura de 15°C a 20°C, se considera como gas ideal. Deseamos saber: a) El volumen de aire que se escapa, b) El trabajo que realiza en la expansión al empujar el aire exterior, c) ¿Qué volumen ocuparía todo el aire de la habitación, el que queda y el que se escapa ,en las condiciones normales de presión y temperatura? Rta: 1736dm³, 175,84 kJ; 94,792 m³

10) Se comprime un gas a presión constante de 0,8 atm de un volumen de 9 L a un volumen de 2 L. En el proceso se escapan del gas 400 J de energía calorífica. A)¿Cuál es el trabajo realizado por el gas? B) ¿Cuál es el cambio de la energía interna del gas? Rta: - 567,5 J; 167,5 J

11) Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de 2,5 KPa. Si el volumen aumenta de 1 m³ a 3 m³ y se agregan 12500 J de calor al sistema. Hallar:a)El cambio en la energía interna del gas,b)Su temperatura final. Rta: 7500 J; 900 K.

12)Un gramo de agua a presión atmosférica normal (1,013 x 10⁵ Pa) ocupa un volumen de 1 cm³, cuando esta agua hierve se convierte en 1671 cm³ de vapor de agua. Calcule el cambio de energía interna en este proceso. Lv agua: 2,26 x 10 ⁶ J/kg . Rta: 2091 J

Guía: transferencia de calor por conducción, convección y radiación

Guía

Transferencia de calor

1-Se está probando una nueva chapa aislante en lo que respecta a la conductividad. La muestra tiene 10 cm de espesor y un área transversal de 0.5 m². El lado caliente se mantiene a 80 ºC y el lado frío a 28 ºC. La transmisión total de calor, a lo largo de un periodo de 6 horas, resulta ser de 50 Kcal. Hallar el valor K, del material. Rta: 0,0321 Kcal/h m ºC

2- ¿Cuántas kilo calorías se perderán por conducción a través de una puerta de roble de 40 mm de espesor, 90 cm de ancho y 201 cm de altura, si la temperatura del la superficie interior es de 25 ºc y la temperatura de la superficie exterior es de -5 ºC? K = 0,14 Kcal/h m ºC. Rta: 198,5 Kcal/h

3-Un serpentín para aire acondicionado está hecho de cobre cuyas paredes tienen 1,5 mm de espesor. La temperatura de ebullición del refrigerante interior es de 1 ºc. La temperatura exterior, por efecto del aire que pasa, llega a 1,275 ºC. Si el serpentín tiene una capacidad de 30000 Kcal/h, ¿cuál debe se rsu superficie efectiva aproximada? K = 330 Kcal/ h m2 ºC. Rta: 0,496 m²

4-Un caño de hierro para vapor tiene un diámetro exterior de 150 mm y 7,5 mm de espesor. La temperatura del vapor en el interior es de 116 ºC. Si este caño no estuviera aislado, la temperatura de su superficie externa podría ser de 75 ºC. Si tal fuera el caso, ¿ Cuántas Kcal/h se perderían en 10 m de este caño? ( suponga un diámetro medio de 142,5 mm) K = 43,5 kcal/h m² ºC. Rta: -7981 kcal/h

Guía: temperatura, capacidad calorífica,calorimetría

Guía 

Temperatura, capacidad calorífica, calor latente, calorimetría

1)¿A qué temperatura coinciden las indicaciones del termómetro centígrado y el Fahrenheit? Rta: -40 °C.

2)La temperatura de ebullición del oxígeno es de 90,19 K. Determine dicha temperatura en las escalas Celsius y Fahrenheit. Rta: -182,81°C; -297 °C.

3)El cero absoluto de temperatura equivale a – 273,16 °C. Calcular: a)La temperatura del cero absoluto en grados Fahrenheit. B)El intervalo que existe entre el cero absoluto y el punto de fusión del hielo en la escala Fahrenheit. Rta: -459,69 °F, 491,69°F.

4)Se utilizan 2 Kcal para calentar 600 g de una sustancia desconocida de 15°C a 40°C.¿Cuál es el calor específico de la sustancia? Rta: 0,13333 cal/ g °C.

5)Una pieza de cadmio de 50 g esta a 20 °C, si se agregan 400 cal al cadmio. ¿Cuál es su temperatura final? Ce cadmio: 0,055 cal/g °C

6) Un trozo de 300 g de cobre se calienta en un horno y en seguida se deja caer en un calorímetro de 500 g de aluminio que contiene 300 g de agua, si la temperatura dl agua se calienta de 15°C a 30°C,¿cuál era la temperatura inicial del cobre?( suponga que no se pierde calor) ¿ Cuánto calor se debe agregar a 20 g de aluminio a 20 °C para fundirlo completamente? Ce _Al = 0,215 cal/g °C; Ce H₂O 1 cal /g °C; Ce _Cu 0,0 924 cal/g °C; L_fAl= 3,97 x 10⁵J/kg a 600 °C. Rta 250,51 °C; 4657,6 cal.

7) Un recipiente de espuma de estireno contiene 200 g de mercurio a 0 °C, a esto se le agrega 50 g de alcohol etílico a 50 °C y 100 g de agua a 100 °C, a) ¿Cuál es la temperatura final de la mezcla? B)¿ Cuánto calor fue ganado o perdido por el mercurio, el alcohol y el agua? CeHg= 0,033 cal/g°C; alcohol etílico 0,58 cal /g °C y se desprecia la capacidad térmica de la espuma de estireno. Rta: 84,43 °C; 557,301 cal; 998,746 cal; 1556,05 cal.

8) Un bloque de 1 Kg de cobre a 20°C, se deja caer  en  un recipiente con nitrógeno líquido el cual está hirviendo a 77 K. Suponiendo que el recipiente está aislado térmicamente de los alrededores, calcule el número de litros de nitrógeno que se evaporan durante el tiempo que tarda el cobre en llegar a 77 K. Ce Cu= 0,0924 cal/g °C; Lv = 48 Cal/g; y una densidad de 0,8 g/cm3. Rta: 520,1 x 10^-3 L

9) En un recipiente aislado se agregan 250 g de hielo 0°C a 600 g de agua a 18°C. a) ¿Cuál es la temperatura final del sistema? b-¿ Cuánto hielo queda? Lf agua = 3,33 x 10 5 J/kg. Rta: 0 °; 115 g

10)Una bala de plomo de 3 g que viaja con rapidez de 400 m/s se detiene en un árbol. Si toda su energía cinética se transforma en energía térmica, encuentre el incremento en la temperatura de la bala. Ce Pb = 0,0305 cal/g °C. Rta: 57,6 cal; 629,5 °C

11) Una rueda de 50 kg de masa y 50 cm de radio, gira con una velocidad de 3000 rpm. Sobre la periferia se aplica una fuerza constante que la hace parar en un minuto. Calcular: a) valor y signo de la aceleración angular, b) número de vueltas que da la rueda en el minuto considerado, c) pérdida de la energía cinética de rotación que experimenta la rueda al pararse, d) Si el 40% de esta energía, transformada en calor, se emplea en fundir hielo a 0°C, ¿ qué masa de hielo se fundirá? Rta: 5,21 rad/s²; 1500 vueltas; 616225 J; 738 g.

12)Para enfriar 100L de agua de 90 °C a 10°C, contenido en un depósito, se hace pasar a través de un tubo en serpentín agua a 0°C. Después de su recorrido, el agua del tubo sale a 10 °C y pasa 2 L de agua por segundo. ¿Cuánto tiempo pasará para que toda el agua del depósito esté a 10°C? Rta: 6 min 40 s.

13) Calcular la cantidad de calor consumido por 3 Kg de hielo que está a -20 °C para transformarlo  íntegramente en vapor y calentarlo hasta 150 °C. Ce hielo 0,5 cal/g °C; Ce vapor 0,45 cal/g°C; Lf hielo = 80/g; Lv agua= 540 Cal/g. Rta: 9459 x 10³J

Guía: calor molar de vaporización,Tensión superficial,capilaridad y viscosidad

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería agronómica

Física

Guía 6

Calor molar de vaporización, tensión superficial, capilaridad y viscosidad

1-El calor de vaporización del tetraclorometano , CCl₄, es 0,05087 kcal/g a 20 °C. ¿Cuál es su calor molar de vaporización? Rta: 7,82 Kcal/mol

2- El calor de vaporización del éter dietílico, C₄H₁₀, es 6,72 Kcal/mol a 30 °C. ¿Cuál es su calor de vaporización en Kcal/g? Rta: 0,1158Kcal/g

3-a) ¿ Cuál es la presión (manométrica) en el interior de una burbuja de jabón de 2 cm de radio formada a partir de una disolución cuya tensión superficial es 0,06 N/m?b- ¿ Cuál es la presión máxima si el capilar es de 0,02 cm de radio?Rta: 12N/m²; 600 N/m²

4- a) La pata de un insecto parado en el agua forma una depresión de radio 2 mm y un ángulo de 40°. ¿Cuánto peso soporta esta depresión? b- ¿ Cuál es la masa del insecto, suponiendo que está siendo sostenido por igual sobre las seis patas? = 0,0727 N/m. Rta: 7 x 10^-4 N; 0,43 g

5-a) ¿ A qué altura h ascenderá el etanol en un capilar de 0,5 mm de radio si el ángulo de contacto es cero? B) En un experimento con un capilar de un cierto material, se obtiene que el alcohol asciende hasta una altura de 1,09 cm. ¿ Cuál es el ángulo de contacto entre el alcohol y el material del capilar? δ=791 kg/m³; =0,0227N/m. Rta: 1,17 cm ; 21°28’ 41’’

6- Por un tubo cilíndrico de 50 cm de longitud y 2 mm de diámetro interior circula agua, si la diferencia de presión a lo largo del tubo es de 10 cm de Hg y la viscosidad del agua es 1 cP, calcúlese la cantidad de agua que fluye por un tubo en 1 min. Rta: 630 g

7- Determinar el radio de una tubería 3 m de longitud con una depresión de 5 bar entre sus extremos, para que circule agua con la velocidad crítica, siendo el n° de Reynolds = 2000. ɳ del agua = 1 cP

8- Calcular la máxima velocidad que adquiere una burbuja de aire de 1 mm de radio en el seno de glicerina. δaire0,001293 g/cm³; δglicerina=1,26 g/cm³; ɳ=8,3 P. Rta: - 0,33 cm/s

9- Un bloque de hielo de 1,2 m de largo por 0,8 m de ancho es arrastrado sobre una superficie horizontal  lubricada por una capa de agua de 0,10 mm de espesor. Determine la magnitud de la fuerza que se necesita para tirar del bloque con una rapidez constante de 0,5 m/s. A 0°C, la viscosidad del agua es 1,79 x 10 ^-3 Ns/m². Rta: 8,59 N

10- Un tubo horizontal recto de 1 cm de diámetro y 50 m de longitud transporta aceite con un coeficiente de viscosidad de 0,12 Pa s. En la salida del tubo, el gasto es de 8,6 x 10^-5 m³/s y a la presión de 1 atm. Determine la presión manométrica a la salida del tubo.

11- La aorta de los seres humanos tiene un diámetro de alrededor de 2 cm y, en determinados momentos, la rapidez de la sangre que pasa por ella es de 55 cm/ s. ¿ Es turbulento el flujo d sangre? La δde la sangre es 1050 kg/m³ y su coeficiente de viscosidad es de 2,7 x 10^-3 N/s/m2. Rta:4277,7

12- a) La savia, que en verano consiste sobre todo en agua, sube en los árboles por un sistema de capilares de radio r=2,5 x 10^-5 m. El ángulo de contacto es 0°. La densidad del agua es 10 3Kg/m³. ¿Cuál es la máxima altura a que puede subir la sabia en un árbol a 20°C? ; =7,28 x 10 ^-2 N/m. Rta: 0,594 m

b) Como los árboles alcanzan varios metros de altura, el efecto capilar no puede explicar el suministro de savia a la copa de un árbol. ¿ cómo se explica el ascenso del savia en ellos?

13- Por una tubería de 1,3 cm de radio circula petróleo de densidad 0,85 g/cm³ y 11,4 cP de coeficiente de viscosidad, a una velocidad de 1 m/s. Determine el régimen con el que circula el petróleo. Rta: 1938,5

14- Por una tubería cilíndrica horizontal, de 6 cm de radio y 25 m de longitud, pasa un líquido de densidad 1076 kg/m³ y un coeficiente de viscosidad de 180 cP. Si tiene un caudal de 1 L/s. Calcular:a)N° de Reynolds, b)pérdida de presión en tal longitud, c) potencia que consumiría una bomba si hiciese circular ese caudal. Rta: 63,4; 884,2 Pa; 0,88 W

15- La arteria pulmonar conectada al corazón con los pulmones tiene un radio interno de 2,6 mm y 8,4 cm de longitud. Si la caída de presión entre el corazón y los pulmones es de 400 Pa, ¿cuál es la rapidez media de la sangre en la arteria pulmonar? ɳ=2,08 x 10^-3Pa/s Rta: 1,9 m/s

16- la velocidad media de la sangre en la aorta, r=1,19cm, durante la parte estacionaria del latido del corazón es de unos 35 cm/s. ¿ El flujo es laminar o turbulento? ɳ=2,08 x 10^-3Pa/s ; δ_sangre= 1,050x 10³ kg/m³

17- Calcule l velocidad de caída de una gota de lluvia de 10^-3 cm de radio, la ɳ aire=1 x10^-3 Pa s, la densidad del agua es 1x 10³ kg/m³, la densidad del aire es 1 kg/m³. Rta: 2,18 m/s

18- La caída de presión a lo largo de una arteria horizontal es 100 Pa. El radio de la arteria es 0,010 m y el flujo es laminar. A)¿Cuál es la fuerza neta sobre la sangre en este fragmento de arteria? Si la velocidad media de la sangre es de 1,5 x 10^-2 m/s, b)¿Cuál es la potencia necesaria para mantener el flujo? Rta: 3,14 x 10^-2 N; 4,71 x 10^-4W

Escalas termométricas - Calor - L. Gases- Procesos termodinámicos

Escalas termométricas

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/ccnn/flash/escalas.swf

Calor y energía
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/impresos/quincena7.pdf


Calor de fusión
https://www.youtube.com/watch?v=kaTtbcF1UYU

Calor

https://www.google.com.ar/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&ved=0CCwQFjAC&url=http%3A%2F%2Ffr



https://www.google.com.ar/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=14&ved=0CDcQFjADOAo&url=http%3A%2F

Cambios de estado paso a paso

https://www.youtube.com/watch?v=qh61SXzGpWA

Calor específico de fusión y de vaporización parte 1

https://www.youtube.com/watch?v=3nxaDCOigPo

Problemas resueltos (videos)
Calorimetria 1

https://www.youtube.com/watch?v=lpV1lImqp8Q

https://www.youtube.com/watch?v=kaTtbcF1UYU

https://www.youtube.com/watch?v=8KiD-cp1dKk

Termodinámica tutorial

http://portal.perueduca.edu.pe/modulos/m_termodinamica1.0/evaluacion2.htm

Leyes de los gases: laboratorio virtual

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html

Procesos isobáricos, isotérmicos, adiabáticos

https://www.youtube.com/watch?v=yaHTBwhog8M&index=12&list=PLJSBK1C29HBRfGlTww7HSuj4gsBA8gBD5

Power point sobre termodinámica

<iframe src="http://www.slideshare.net/fisicageneral/slideshelf" width="615px" height="470px" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no" style="border:none;" allowfullscreen webkitallowfullscreen mozallowfullscreen></iframe>


Vídeos sobre procesos termodinámicos.

1- Energía interna
https://www.youtube.com/watch?v=CXaO-u4XEW8&index=1&list=PLQINxQTDk5pIRWwt7U-JTmaUvqxFZBF2O


2) Procesos isobáricos:
https://www.youtube.com/watch?v=t6XYMFa4Gio

https://www.youtube.com/watch?v=vNjbCtJ510A

3) Proceso isotérmico
https://www.youtube.com/watch?v=aYRNgtOuTe4

Procesos termodinámicos, simulador, autoevaluación.

http://portal.perueduca.edu.pe/modulos/m_termodinamica1.0/evaluacion2.htm

4)Práctica resuelta
http://ieselaza.educa.aragon.es/FisicaConceptualAplicada/Capitulo3/Archivos/Termo.swf

Fenómenos de superficie

1- Tensión superficial y capilaridad

http://www.ugr.es/~pittau/FISBIO/t5.pdf

2- Otra forma de ver la mismo

http://www.docencia.unt.edu.ar/bioquimicafisica/Teorias/7%20-%20Tensi%C3%B3n%20Superficial.pdf

3- videos
Tensión superficial

https://www.youtube.com/watch?v=jMn6JSqW8s8

Capilaridad
video 1

https://www.youtube.com/watch?v=KMmNM3H_Gjs

video 2

https://www.youtube.com/watch?v=K0skATKuJ_E

agua capilar y la desetificación

https://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=MJcLvDm-ZTQ&NR=1

Actividad

1. ¿Qué es la tensión superficial?
2. ¿Cuántos tipos de capilaridad existen?
3. ¿Qué relación hay entre la capilaridad y la tensión superficial?
4. ¿Por qué las gotas de agua son esféricas y no triangulares o cuadradas?
5. ¿Cómo explicarías la alimentación de los arboles por el tallo?
6. ¿Qué conceptos físicos están relacionados en esta actividad?
7. ¿Cómo explicarías que una hoja de afeitar flote en el agua, si la densidad
del acero es mayor que la del agua

Electrostática y electrodinámica

Link sobre máquinas simples, palancas:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/maquinas/


1- Circuitos mixtos en serie y paralelo:
https://www.youtube.com/watch?v=tbZ4X747ypc

http://www.educatina.com/fisica/electromagnetismo/circuitos-de-corriente-ontinua/conceptos-fundamentales-de-los-circuitos-de-corriente-continua/resistencias-en-serie-y-en-paralelo-video?var=1

2- Circuitos en serie y potencia total:
https://www.youtube.com/watch?v=IfKrQaaOUkw

3- Leyes de Kirchoff
https://www.youtube.com/watch?v=phkdZhCxz3U

http://www.educatina.com/fisica/electromagnetismo/circuitos-de-corriente-ontinua/circuitos-en-serie-y-paralelo/conexiones-de-fuentes-de-voltaje-y-corriente-video?var=1

https://www.youtube.com/watch?v=wiYKrBZoDm4

4-Circuito en serie
http://www.educatina.com/fisica/electromagnetismo/circuitos-de-corriente-ontinua/circuitos-en-serie-y-paralelo/circuito-en-serie-video?var=1

5- Circuitos en paralelo
http://www.educatina.com/fisica/electromagnetismo/circuitos-de-corriente-ontinua/circuitos-en-serie-y-paralelo/circuito-en-paralelo-video?var=1
Laboratorio virtual:
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Laboratorio/Circuitos/CircuitoI.htm

Curso de electricidad

1- Generalidades

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50045

2-Trabajo con los tableros para realizar la instalación. Se agregan las luces e interruptores. Se especifica cómo se confecciona un circuito con una luminaria y una llave interruptora. Luego se agregan dos llaves, y después cuatro luminarias y un tomacorriente.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50046

3-Profundización de los circuitos. Se utiliza un nuevo tipo de interruptores llamados llave de combinación (o selectoras). Se describen las diferentes clases de llaves

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50047

4-Trabajo con las lámparas de descarga, que son aquellas que tienen gases. Se clasifican las luces de descarga y se detalla su consumo. También se incorporan sensores de movimiento y fotocélulas y otros tipos de sensores que se utilizan para la apertura y cierre de distintos circuitos. Se detallan los diferentes tipos de transformadores.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50048

5-Potencia. Se especifica qué mide el multímetro. Se diferencian las funciones que tiene el multímetro. Se realizan mediciones y se definen las nomenclaturas para medir corriente.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50049

6-Calcular la potencia para elegir los conductores (cables). Se ejemplifican las tablas que se utilizaran para realizar dicho cálculo.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50050

7-Las tablas que se utilizan para elegir el conductor. Se utilizan llaves térmicas, disyuntores, medidor monofásico. Tambien se detalla por qué hay que elegir el fusible y cuál es el indicado para cada instalación. Se especifíca cuándo es segura una instalación.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50051

8-Las conexiones de los circuitos que usan los motores de uso domiciliario (extractor de techo, ventilador). Se detalla cómo se aplica un potenciómetro para regular la velocidad del motor

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50052

9-Motores. Se trabaja sobre los posibles errores de la instalación. Se diferencian los potenciómetros.

http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=50053

Para aprender haciendo
http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1124

Guía de hidrostática e hidrodinámica

Guía :Hidrostática - hidrodinámica 

Universidad de Concepción del Uruguay
Ingeniería Agronómica
Física
Práctica:

1) ¿Qué volumen de un recipiente se requiere para almacenar 20 toneladas de peso de una sustancia cuya densidad relativa es 13,6. Rta: 1,471 m3

2) Sabiendo que al nivel del mar, la presión de la atmósfera equivale a una columna hidrostática de 760 mmHg ( cuya densidad relativa es 13,6). Si la sustancia manométrica fuera el benceno líquido cuya densidad relativa es 1,5. ¿ Cuánto sería la columna hidrostática? Rta: 6,8 m

3) Calcula la fuerza mínima necesaria para elevar un automovil que pesa 1500 kgf, por medio de una prensa hidráulica que tiene su émbolo menor de 12 cm de diámetro y el otro émbolo de 1,13 m. Rta: 16,456 kgf

4) Las secciones de los émbolos de un gato hidráulico son circulares y de radio Rb = 5 cm y Ra = 50 cm. La longitud total de la palanca que acciona el émbolo pequeño es de 1m y, la distancia entre el punto de aplicación de la potencia al de la resistencia es 75 cm. Aplicando a la palanca una fuerza de un kgf, ¿ qué fuerza se transmite al émbolo mayor? a) Si el émbolo está al mismo nivel, b) Si el pistón grande se encuentra a 1 m por debajo del pequeño. El líquido en el gato es agua.

5) Los dos pistones de una prensa hidráulica tienen por secciones A = 5 cm2 y A´= 2 dm2, la palanca de segundo género que sirve para manibrar la bomba tiene por brazos longitudes de 10 cm y 1 m. Se ejerce en el extremo de la palanca una fuerza de 1 kgf. Se pide: a) ¿ Qué peso podrá levantar la prensa? b) ¿ Cuál es el desplazamiento del pistón mayor cuando el pequeño se baja 10 cm?Rta: 400 kgf; 0,25 cm

6) En un recipiente cúbico de 10 cm de lado se encuentra un gas a la presión de 15 atm; si la presión exterior ( atmosférica) es de 750 mm Hg. ¿ Cuál es la fuera total que soporta una pared del recipiente? Rta: 1,419 x 10⁴N.

7) En unos vasos comunicantes hay agua y mercurio. La diferencia de alturas de los niveles del Hg en los vasos es h= 1 cm. Calcular la altura de aceite que se debe añadir por la rama del mercurio para que el nivel de éste en los dos casos sea el mismo. Densidad del mercurio 13,6 g/cm³ y del aceite 0,9 g/ cm³. Rta: 15,11 cm

8) ¿Qué fracción de volumen de un iceberg sobresale del agua? Densidad del agua de mar: 1,03 g/cm³ del hielo 0,92 g/cm³. Rta: 11%

9) Un trozo de madera de 1 kg de peso y densidad 0,6 se lanza verticalmente hacia abajo con una velocidad de √2 m/s desde un punto situado a 5 m de altura sobre la superficie de un depósito de aceite de densidad 0,9. Si se desprecian las resistencias del aire y del aceite, calcular: a) La velocidad con que llega a la superficie del líquido. b) El empuje que sufre una vez sumergido. c) La aceleración con que se mueve en el interior del líquido. d)La profundidad a que desciende. Rta: 10m/s; 1,5 kgf; 4,9 m/s²; 10,2 m.

10) ¿ Qué fracción de volumen de una pieza sólida de metal de densidad relativa al agua de 7,25 flotará sobre un Hg de densidad relativa de 13,57? Rta: 53,4%

11) Un cuerpo homogéneo prismático de 20 cm de espesor, 20 cm de ancho y 40 cm de longitud se mantiene en reposo sumergido en agua a 50 cm de profundidad, al aplicar sobre él una tensión de 50 N. ¿ Cuánto pesa en el aire y cuál es su densidad relativa? Rta: 1312,5 kg/m³; 210 N

12) Responde y justifica tus respuestas:

a- ¿ Qué sucede si tapado el orificio de salida de una jeringa tratan de empujar el émbolo cuando está llena de aire?¿ Qué sucedería si estuviera llena de agua?¿ Por qué?

b- ¿Por qué las burbujas de aire aumentan su volumen al subir?

c- ¿Por qué no se puede extraer agua con una bomba aspirante desde una napa más profunda que 10 m?
.

13) Una balanza está equilibrada con dos cuerpos de diferentes volúmenes. ¿Seguiría equilibrada esta balanza si se sumergiera en agua? En caso negativo, ¿hacia qué cuerpo se desequilibraría?¿Por qué?

14) Considere el sistema de la figura donde el tubo está lleno de aceite de densidad igual a 0,85 g/cm³. Uno de los recipientes está abierto a la atmósfera y el otro está cerrado y contiene aire. Determine la presión en los puntos A y B si la presión atmosférica es 1 atm. Rta: 0,79449 atm; 0,95889 atm

15) Disponemos de una plancha de corcho de 1 dm de espesor, calcular la superficie mínima que se debe emplear para que flote en agua, sosteniendo a un náufrago de 70 kg. Densidad del corcho 0,24 g/cm³.Rta: 9210 cm²

Hidrodinámica

1) Considérese una manguera de sección circular de diámetro interior de 2 cm, por la que fluye agua a una tasa de 0,25 litros por cada segundo.¿ Cuál es la velocidad del agua en la manguera? El orificio de la boquilla de la manguera es de 1 cm de diámetro interior. ¿Cuál es la velocidad de salida del agua? Rta: 79,6 cm/s; 316,5 cm/s

2) Por una tubería inclinada circula agua a razón de 9 m³/min. En la parte superior el diámetro es 30 cm y la presión es de 1 kgf/cm². ¿ Cuál es la presión en la parte inferior sabiendo que el diámetro es de 15 cm y que el centro de la tubería se halla 50 cm más abajo considerado desde la parte superior? Rta: 724953,5 dina/cm²

3) Un fluido incompresible fluye de izquierda a derecha por un tubo cilíndrico. La densidad de la sustancia es de 105 utm/m³.Su velocidad en el extremo es v₀= 1,5 m/s, y la presión allí es de P₀ = 1,75 Kgf /cm² y el radio de la sección es R₀ = 20 cm. El extremo de salida está 4,5 m abajo del extremo de entrada y el radio de la sección allí es r₁ = 7,5 cm. Encontrar la presión P₁ en ese extremo. Rta: 1,62 kgf/ cm²

4) Expliquen las diferencias fundamentales entre: flotar ( en un globo), planear ( en un planeador), volar (en un avión).

5) Relacionen el concepto de conservación de la energía con la ecuación de Bernoulli y con la viscosidad?

6) Justificar cada respuesta:

a)¿ Por qué cuando nos duchamos con agua caliente a gran presión, la cortina se va hacia adentro como atraída por nosotros?

b) ¿ Por qué a pesar de caer desde tan alto el granizo no hace los destrozos esperables de tan vertiginosa caída?

c)¿ Por qué los glóbulos  rojos de la sangre viajan por el centro del vaso?

7) Un líquido de densidad de 1 kg/L se mueve de 3 mm/s por un tubo horizontal de 2 cm de diámetro. En cierta parte, el tubo reduce su diámetro a 0,5 cm. a) ¿ Cuál es la velocidad del líquido en la parte angosta del tubo? B) ¿ Cuál es la diferencia de presión del líquido  a ambos lados del angostamiento? C) ¿ Bajo qué hipótesis son válidas sus respuestas? Rta: 48 mm/seg; -1,15 Pa; a cargo del alumno.

8) Se llena una manguera con nafta y se cierra por sus extremos. Se introduce un extremo en un depósito con nafta a 0,3 m por debajo de la superficie y el otro a 0,2 m por debajo del primer extremo y se abren ambos extremos. El tubo tiene una sección transversal interior de área 4 x 10^-4 m². La densidad de la nafta es 680 kg m^-3. a)¿ Cuál es la velocidad inicial de la nafta? b)¿ Cuál es el caudal inicial del flujo?  Rta: 3,16 m/s; 1,26 x 10^-3 m³/s (Hay gráfica)

9) Dos líquidos inmiscibles se encuentran en equilibrio formando capas de igual espesor, en un recipiente abierto por arriba y sometido a la presión atmosférica. Las presiones en los puntos A (a la mitad de la capa superior) y B (fondo) son: P_A= 1,2 atm y P_B = 2,6 atm. Si δ_A es la densidad del líquido superior. ¿Cuánto vale la densidad del líquido inferior? Rta: 3 δ_A

10) Un tubo que conduce un fluido incompresible cuya densidad es 1,3 x 10 ³ kg/m³ es horizontal en h₀ = 0 m. Para evitar un obstáculo, el tubo se debe doblar hacia arriba, hasta alcanzar una altura de h₁ = 1 m. El tubo tiene área transversal constante. Si la presión en la sección inferior es P₀ = 1,50 atm, calcule la presión P₁ en la parte superior. Rta: 1,38 atm

11) a) Explicar: a) coeficiente de contracción, b) gasto teórico y práctico.

b)Un depósito de gran sección cerrado contiene agua y sobre ella aire comprimido, ejerciendo una presión de 5 atm. A una distancia vertical a 2 m bajo la superficie libre del líquido hay practicado un orificio circular de 0,4 cm de diámetro situado a 1 m sobre el suelo. Si la presión atmosférica es de 1 atm y el coeficiente de contracción de la vena líquida es 0,61, calcular: 1)La velocidad de salida del agua, b) el gasto teórico y práctico, 3) el alcance horizontal de la vena líquida, 4)la velocidad del líquido al llegar al suelo, 5)el ángulo que forma tal velocidad con la horizontal. Rta: 28,7m/s; 360,6 m³/s; 220 cm³/s, 13m; 29 m/s; 8° 46´

12) Un recipiente para guardar agua, abierto a la atmósfera por su parte superior, tiene un pequeño orificio en la parte inferior, a 6 m por debajo de la superficie del líquido.(a) ¿Con qué rapidez sale agua por el orificio? (b) Si el área del orificio 1.3 cm,¿cuál es el gasto de agua que sale por el recipiente?Rta: 10,8 m/s;1,4 x 10 ^-3m³/s

13) El agua fluye con un gasto de 6 m3/min, a través de una pequeña abertura en el fondo de un gran tanque cilíndrico, que está abierto a la atmósfera en la parte superior. El agua del tanque tiene 10 m de profundidad. (a) ¿Con qué rapidez sale el chorro de agua por la abertura? (b¿Cuál sería el gasto

de agua de la fuga de agua, si se aplica una presión adicional equivalente a ¾ de la presión atmosférica?Rta: 14m/s;8m³/min

Videos hidrostática

1. Principio de Arquímedes
https://www.youtube.com/watch?v=scO9JARtW4s

2.Principio de Arquímedes, (cálculo del volumen de cuerpo sumergido)
https://www.youtube.com/watch?v=-TdyQjiOAII

3.Presión hidrostática
https://www.youtube.com/watch?v=zCznNbqadio

4. Prensa hidráulica
https://www.youtube.com/watch?v=QV0Iw0fdIWY

Hidrostática

Laboratorio virtual de presión, Ph, principio de Pascal

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.HTML

Material relacionado con las aplicaciones del Principio de Pascal

1) Explica el funcionamiento del sistema de frenado.

http://www.youtube.com/watch?v=w5FpXqyikDE

2) Muestra la disposición, funcionamiento y mantenimiento del sistema de frenos hidráulico.

https://www.youtube.com/watch?v=riZ4c7KdsjU

3) Funcionamiento del sistema ABS
https://www.youtube.com/watch?v=5x_jpqX-39k

4) Recomendaciones para frenar correctamente

https://www.youtube.com/watch?v=t2ef_eAuCZw

5)Actividad sobre densidad:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/densidad.htm

Laboratorio virtual sobre masa, volumen y densidad.

6)Principio de Arquímedes

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/eureka.html

Física en los dibujos animados

Fisica en los dibujos animados

El coyote bien podría ser mascota de ingenieros o físicos, pues continuamente diseña o emplea resortes, poleas, estructuras, catapultas, cohetes, patines, arcos, cañones, péndulos y, por supuesto, tiene que hacer cálculos para determinar la máxima distancia horizontal que, por ejemplo, alcanzará al convertirse en un proyectil animal cuyo destino es el correcaminos.

Visualizar el siguiente vídeo

http://youtu.be/kjHAyfnv-Jw

Se les propone:

-Identificar los principios y leyes

-Explicarlos o definirlos

-Describir lo que sucede con esos principios y leyes en el dibujo animado y cómo deberían suceder las cosas en el mundo real.

1.Video del globo

-¿Cuánta potencia puede tener un ventilador?

-¿Debería responder el globo cuando se suelta el pesado yunque? ¿Por qué en la caricatura el globo sube rápidamente?

-¿Cuál de los objetos debería chocar primero contra el suelo?

2.Roca que rueda

-El camino que sigue la roca luego de cruzar el camino ¿es realista?

-El resultado del "regreso" de la roca ¿obedece al principio de conservación de la energía?

3.Vela sobre patines

   Motor fuera de borda.

-¿Podría funcionar un sistema de propulsión como el propuesto en estos dos clips?

-Los esquemas de propulsión mostrados en los clips ¿respetan la tercera ley de Newton?

-¿Por qué en ambos clips el coyote sigue de largo?

4.Bandita elástica gigante.

-Comparar la fuerza necesaria para estirar la bendita elástica y la que se requiere para mover las    rocas.

-¿Cuál es la fuente última de esta fuerza?

5.Bala humana.

-Analizar, en ambos clips,4 y 5, la violación absoluta de la conservación del momento, entre muchas otras contravenciones a los principios de la física.

6.Video del péndulo.

-Aunque el coyote le aplica al péndulo un pequeño empujoncito, esta es una clara violación del  principio de conservación de la energía.

-¿Cómo sabe el correcaminos dónde debe parar exactamente para que la bola no lo aplaste?

7. Video de la roca.

-Aquí se ve una clara demostración de la importancia de saber dónde se encuentra el centro de  gravedad de las cosas.

-Buen uso de la plomada ¿por qué?

-El uso del telescopio es inútil ¿por qué?

8. Lanzamiento por resorte.

-¿Cuál podría ser la constante del resorte si el coyote es capaz de comprimirlo por presión/empuje horizontal?

Principios y leyes físicas a tener presentes:

Leyes de conservación

Conservación de la energía

Conservación del momento

Leyes de Newton

Fuerza gravitatoria