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Campo de Ciencia y Tecnología
1
Actividad 1
Consultar el siguiente enlace y escribe que aplicaciones tiene el principio de Pascal. http://www.youtube.com/watch?v=oHZuAUfw9Eg&feature=related
Respuesta: el principio de Pascal tiene aplicaciones en la prensa hidráulica, en los ascensores y en las grúas.
Actividad 2
Como varia la presión en una prensa hidráulica si se cambia la fuerza, o el área de los tubos comunicados. http://demonstrations.wolfram.com/TheHydraulicPress/
Actividad 3
1) Un edificio de 2x10 3toneladas de masa descansa sobre una plataforma de concreto de 9x10 2 m 2 de área. Calcular la presión que el edificio ejerce sobre la tierra. Datos:
3 6
2
2 2
2*10 2*1010 /9*10?
m Tn kgg m sA mp
1 1000Tn kg 10002000 * 2.000.000
1kgTn kg
Tn
6 2
2 2
(2*10 )(10 / ) 22.222, 229*10
kg m sp Pam
2) Calcular la presión que efectúa sobres una tabla la punta de un alfiler de 0,2mm de
área, si se le aplica verticalmente hacia abajo una fuerza de 10N. Datos:
10,2 * 0,00021000
mmm mmm
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2
FPA
10
0,0002NP
m
50.000P pa
3) Calcular la presión que produce una puntilla sobre una tabla, si el área de la punta es 2,6m 2 y se le aplica verticalmente hacia abajo una fuerza de 10N.
22 2
2
12,6 * 0,00000261.000.000
mmm mmm
FPA
2
100,0000026
NPm
3846153.846P pa
4) Calcular la presión que efectúa sobre la superficie si descansa: (a) por la cara 30cm x 10cm, (b) por la cara 30cm x 6cm, (c) por la cara de 10cm x 6cm; sabiendo que la densidad del ladrillo es de 2gr/cm A3 Datos: 210 /g m s 32 /d gr cm A2 A1 *A b h 6cm 10 *6A cm cm 260A cm 10cm
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3
mdv
*d v m 1 2 3* *cubov l l l 30 *10 *6cubov cm cm cm
31800cubov cm
21
22
1 2
3 21
11
2
1 3 2
1
1800*23600 3,6
10 *6 60
16010000
6*10*
(3,6 )(10 / )6*10
6000
mpgr m kg m
A cm cm cm
mA cmcm
A mm gP
Akg m sP
mP pa
22
22
2 2
22
22
2
2 2
2
30 *10 300
130010000
0,03*
(3,6 )(10 / )0,03
1200
A cm cm cm
mA cmcm
A mm gP
Akg m sP
mP pa
Campo de Ciencia y Tecnología
4
23
22
3 2
23
32
2
3 2
3
30 *6 180
118010000
0,018*
(3,6 )(10 / )0,018
2000
A cm cm cm
mA cmcm
A mm gP
A
kg m sPm
P pa
5) Calcular: (a) la presión hidrostática en un punto situado a 20 m bajo la superficie
libre de un lago de agua dulce; (b) la presión total en ese punto.
Datos: 1000
20Peh m
* *P Pe g h (1000)(10)(20)P
200000haP pa
6) Un buzo está situado a 40m por debajo del nivel del agua del mar (p=1,4gr/cm), calcular (a) la presión hidrostática que se experimenta en ese punto, y (b) la fuerza total debido a la presión. Datos:
2
401,4 /
h mp gr cm
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5
* *1400*10* 40560000
p pl g hpp
6 3
2 3
1 1*101, 41000 1
gr kg cmpcm gr m
61, 4(1)(1*10 )1000
p
1400p pa
7) El recipiente de la figura, contiene mercurio (p=13,6kg/m 3) determine la presión hidrostática, (a) en el punto A y (b) en el punto B.
Datos: a) 313,6 /ph d kg m
210 /g m s 0,6h m
* *formula ph d g h Reemplazo d, g y h en 1
3 2(13,6 / )(10 / )(0,6 )ph kg m m s m 81,6ph pa
8) Si el líquido de los recipientes de la figura, es agua, ¿Qué punto está sometido a
mayor presión, el A o el B? Respuesta: están sometidos a la misma presión porque están a la misma altura
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6
9) En una prensa hidráulica sus cilindros tienen radios de 1cm y de 8cm respectivamente. Si sobre un embolo de área menor se ejerce una fuerza de 10N. ¿Qué fuerza ejerce la fuerza hidráulica sobre el embolo mayor? Datos:
1
2
1
22
1 12
2 2
10?
1 0.018 0,08
*
*
F NFr cm mr cm mA rA r
21
21
(3,1416)(0,01 )
0.00031416
A m
A m
22
22
(3,1416)(0,08 )
0.02010624
A m
A m
1 2
1 2
F FA A
1 22
1
:*
despejoF AF
A
2
2 2
:(10 )(0.02010624 )
0.00031416
reemplazoN mF
m
2 640F N
10) El pistón de un gato hidráulico tiene 10cm de diámetro. ¿Qué presión en d/m 2 se requiere para elevar un auto de 1500kg de masa? Datos:
2
10? /1500
D cmp d cmm kg
Campo de Ciencia y Tecnología
7
FPA
2
**
m gPr
2*
2
m gPD
Convirtiendo m a cm 2
21500000*980 /
102
cm sP
218726114,65 /P d cm
11) En una prensa hidráulica sus cilindros tienen radios de 12cm y 25cm respectivamente. Si sobre el embolo de menor área se ejerce una fuerza de 28N, ¿Qué fuerza ejerce la prensa hidráulica sobre el embolo mayor? Datos:
1
2
1
22
1 1
22 2
12 0,1225 0, 2528?
**
r cm mr cm mF NF
A rA r
21 (3,1416)(0,12 )A m
21 0.045A m
22 (3,1416)(0,25 )A m
22 0.196A m
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8
1 2
1 2
1 22
1
2
2 2
2
:*
:(28 )(0,196 )
0,0452121, 41
F FA Adespejo
F AFA
reemplazoN mF
mF N
12) Los cilindros de una prensa hidráulica tienen de radio 5cm y 20cm. ¿Qué fuerza
ejerce la prensa hidráulica sobre el embolo de área menor, para levantar un cuerpo de 1000kg de masa? Datos:
1
2
1
2
2
2
5 0,0520 0, 2?1000
*(1000)(10)10000
r cm mr cm mFm kgF m gFF N
21 1
22 2
*
*
A r
A r
21
21
22
22
(3,1416)(0,05 )
0,157
(3,1416)(0,2 )
0,628
A mA mA mA m
Campo de Ciencia y Tecnología
9
1 2
1 2
2 11
2
2
1 2
1
:*
:(10000 )(0,157 )
0,6282500
F FA Adespejamos
F AFA
reemplazoN mF
mF N
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10
Actividad 4
Sustancia Densidad (Kg/m3)
Aceleración de la gravedad g (m/s2)
Altura h (m)
Presión hidrostática Ph(N/m2)
Sangre
1060 10 0,3 3180 0,6 6360 0,9 9540 1.2 12720
Aceite
920 10 0,3 2760 0,6 5520 0,9 8280 1.2 11040
Acetona 920 10 0,3 2760 0,6 5520 0,9 8280 1.2 11040
Agua de mar
1.025
10 0,3 3075 0,6 6150 0,9 9225 1.2 12300
Agua destilada
1.000
10 0,3 3000 0,6 6000 0,9 9000 1.2 12000
Alcohol etílico 790 10 0,3 2370 0,6 4740 0,9 7110 1.2 9410
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11
Actividad 5
Observar el video y explica con tus palabras en que consiste el principio de Arquímedes.
Respuesta: El principio de Arquímedes dice que cualquier objeto sumergido en un líquido presenta un empuje ascendente que va a ser igual al peso del volumen.
Actividad 6
a) P vs h en diferentes gráficos
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Sangre
Sangre
Campo de Ciencia y Tecnología
12
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Aceite
Aceite
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Acetona
Acetona
Campo de Ciencia y Tecnología
13
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Agua de mar
Agua de mar
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Agua destilada
Agua destilada
Campo de Ciencia y Tecnología
14
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
h (m)
Alcohol etilico
Alcohol etilico
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15
b) P vs h en un solo gráfico
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0,3 0,6 0,9 1,2
P (N
/m2 )
P vs. h (Todas las sustancias)
Sangre
Aceite
Acetona
Agua de mar
Agua destilada
Alcohol etilico
h (m)
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16
Actividad 7
Lee la siguiente guía y contesta a las preguntas que surgen a lo largo de la lectura.
En nuestra vida diaria podemos hacer observaciones como las siguientes:
1) Cuando nos sumergimos en una piscina o en el mar parece que somos más ligeros, decimos que pesamos menos. Respuesta: la presión del agua es mayor que el peso de nuestro cuerpo, la fuerza que ejerce esta hacia arriba y esto hace que seamos menos pesados.
2) Los globos que se venden para los niños se elevan en el aire al soltarlos. Respuesta: porque el gas que contiene es más liviano que el aire.
3) Un trozo de hierro no flota, en general, sobre el agua, pero si le damos la forma adecuada, pensemos en un barco, vemos que flota. Respuesta: La fuerza de empuje ejercida por el agua hacia arriba, hará que flote.
Actividad 8
6.25 ¿Cuánto vale la tensión T de la pita de la figura, si el líquido es agua, la esfera es de madera 3( 0, 4 / )p kg m y su radio mire 50 cm.
E= fuerza de empuje T= tensión W= peso
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17
E=T-W sumatoria de fuerzas según D.C.L
E+W=T
:lg
:( )
reemplazoT VeP VePegfactorizo
T Veg Pl Pe
T= tensión
Pl= densidad liquido
g= gravedad
Ve= volumen esfera
Pe= densidad esfera
Datos:
3
3 3
15*10 50100
0,50,4 /1*10 /
mr LAURA cmcm
r mPe kg mPl kg m
3 2 3 3 3 34 (0,5 ) 10 / (10 / 0, 4*10 / )3
T m m s kg m kg m
32,04*10T N
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18
6.26 Una esfera de hierro 3 3( 7,6*10 / )p kg m y volumen 350m cuelga del fondo de una
barca, como lo indica la figura. Si el agua es salada 3 3( 1, 4*10 / )p kg m , calcular la tensión T de la cuerda.
E+T=W
T=W-E
:lg
:( )
reemplazoT VeP VePegfactorizo
T Veg Pl Pe
Datos:
3
3 3
3 3
5*10 507,6*10 /1,4*10 /
V LAURA mPe kg mPl kg m
3 3(50)(10)(7,6*10 1,4*10 )(500)(6200)3100000
TTT N
6.28 Un trozo de madera 2 3( 6*10 / )pt kg m de dimensiones 50cm*50cm*50cm flota en aceite 3 3
1( 1, 2*10 / )p kg m . Un conejo salta sobre el tablón de tal forma que este queda a ras de agua, como indica la figura, ¿Cuál es el peso del conejo?
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19
E=WT+WC
WC=WT-E
:lg:( )
reemplazoWe VcP VcPcgfactorizo
We Vcg Pl Pc
Datos:
3 3
2 3
50 *50 *501, 2*10 /6*10 /
D cm cm cmPl kg mPc kg m
2 3 3 2 3(0,5 *0,5 *0,5 )(10 / )(1,2*10 / 6*10 / )(0,125)(10)(600)750
Wc m m m m s kg m kg mWcWc N
Actividad 9
Realiza la siguiente lectura, elabora un resumen de mínimo 16 renglones, un glosario y contesta las siguientes preguntas:
1) ¿Qué es calor? 2) ¿Cómo se transfiere el calor? 3) ¿Qué es el equilibrio térmico? 4) ¿Con que unidades se mide el calor?
Resumen:
El calor es un concepto de física y química, es la resultante del movimiento de los átomos en la materia, el calor es una forma de energía térmica, el calor es el producto de la relación entre un cuerpo que se calienta y uno que se enfría el que recibe calor aumenta su
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20
temperatura y el que sede calor disminuye su temperatura, es decir que hay una relación entre calor y temperatura.
El calor es una energía de tránsito, las variaciones de temperatura son determinadas en física debido a la radiación de calor que emiten los cuerpos, es decir que un cuerpo está más caliente que otro no corresponde a la física si no a la creencia popular de que algo está caliente.
El calor y por ende la temperatura de un cuerpo está determinado por la energía que pueden ser producidas por reacciones químicas. El intercambio interno de temperatura se puede dar por:
-radiación
-conducción
-convección
Una forma de medir el calor es con la caloría (cal) y en el ámbito científico se define como joule.
1) ¿Qué es calor? Respuesta: es una energía que fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura.
2) ¿Cómo se transfiere el calor? Respuesta: se transfiere de un lugar a otro de tres maneras diferentes: conducción, radiación y convección.
3) ¿Qué es el equilibrio térmico? Respuesta: es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos en cuyas condiciones iniciales tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor.
4) ¿Con que unidades se mide el calor? Respuesta: la unidad con la que se mide el calor es con joules y calorías.
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21
Actividad 10 1) Comparar las cantidades de calor necesarias para elevar la temperatura desde 15 ̊c
hasta 100 ̊c para: (a) 5 kg de plomo y (b) 5 kg de aluminio. Datos:
550,031 / 0, 27 /
15100
pb
al
pb
al
i
f
m kgm kgC cal kg cC cal kg cT cT c
a) (5)(0.031*1000)(100 15 )
13175pb
pb
Q c cQ cal
b) (5)(0.27*1000)(100 15 )114750
al
al
Q c cQ cal
2) Expresar las cantidades de calor obtenidas en el problema anterior, en joules.
a) 4,18513175 *
155137
pb
pb
joulesQ calcal
Q joules
b) 4,185114750 *
148022
al
al
joulesQ calcal
Q joules
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22
3) Que requiere mayor transformación de energía: elevar un bloque de hierro de 1kg hasta una altura de 5 metros a velocidad constante, 0 aumentar la temperatura del mismo bloque en 0,5°c?
Datos:
2
110 /5
* *(1)(10)(5)50
(1)(0,113*1000)(0,5)4,18556,5 *1
236,5
m kgg m sh m
Ep m g hEpEp j
Q mcAtQ
jQ calcal
Q j
4) En un recipiente que contiene 50kg de agua a 20°c se introduce un bloque de hierro de 5kg a 100°c; ¿Cuál será la temperatura final del agua y del bloque si el recipiente no recibe ni cede calor?
Datos:
1
2
1
2
505
20100
m kg aguam kg hierroT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(5)(0,113*1000)(100) (50)(1*1000)(20)(50)(1*1000) (5)(0,113*1000)
m c T m c TTfm c m c
Tf
Campo de Ciencia y Tecnología
23
(56500) (1000000)(50000) (565)
105650050565
20,89
Tf
Tf
Tf c
5) Si en 10kg de agua a 100°c se introducen 10kg (a) de anilina 20°c y (b) 10 kg de
mercurio a 20°c, ¿Cuál de las dos mezclas tendrá mayor temperatura final de equilibrio? Supóngase que el recipiente no intercambia calor.
Datos:
1
2
3
1
2
3
2 2 2 1 1 1 3 3 3
1 1 2 2 3 3
101010
1002020( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )(10)(0,5*1000)(20) (10)(1*1000)(100) (10)(0,033*1000)(20)
(10)(1*1000) (10)(0,5*1000) (1
m kgm kgm kgT cT cT c
m c T m c T m c TTfm c m c m c
Tf
0)(0,033*1000)(100000) (1000000) (6600)
(10000) (5000) (330)1106600
1533072,18
Tf
Tf
Tf c
Campo de Ciencia y Tecnología
24
6) En un recipiente de aluminio a 20°c cuya masa es 0,5kg se mezclan 10kg de agua a 20°c con 50kg de anilina a 80°c ¿Cuál será la temperatura final de la mezcla?
Datos:
1
2
3
1
2
3
2 2 2 1 1 1 3 3 3
1 1 2 2 3 3
0,51050
202080( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )( )
( )( ) ( )( ) ( )( )(10)(1*1000)(20) (0,5)(0, 217*1000)(20) (50)(0,5*1000)(80)
(0,5)(0,217*1000) (10)(1*1000)
m kgm kgm kgT cT cT c
m c T m c T m c TTfm c m c m c
Tf
(50)(0,5*1000)(200000) (2170) (2000000)
(108,5) (10000) (25000)220217035108,562,7
Tf
Tf
Tf c
7) Si en dos recipientes A y B que contienen cada uno 50kg de agua 20°c se vierte en
A 100kg de mercurio a 100°c, y en B 100kg de anilina a 100°c ¿Cuál lograra una temperatura mayor de equilibrio?
a) Datos:
1
2
1
2
50100
20100
m kgm kgT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(100)(0,033*1000)(100) (50)(1*1000)(20)(50)(1*1000) (100)(0,033*1000)
m c T m c TTfm c m c
Tf
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25
330000 100000050000 3300
133000053300
24,9
Tf
Tf
Tf c
b) Datos:
1
2
1
2
50100
20100
m kgm kgT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(100)(0,5*1000)(100) (50)(1*1000)(20)(50)(1*1000) (100)(0,5*1000)
5000000 100000050000 50000
6000000100000
60
m c T m c TTfm c m c
Tf
Tf
Tf
Tf c
8) ¿Qué cantidad de calor es necesario entregar a 15kg de agua para que pase de una temperatura de 5°c a vapor de agua a una temperatura de 170°c?
Datos:
1
1
151*100055 100 170
m kgcT cT c c c
1)( )
(15)(1)(100 5)1, 425
Q mc Tf TiQQ kcal
Campo de Ciencia y Tecnología
26
2)
( )(15)(1)(170 100)1,050
Q mc Tf TiQQ kcal
3)
(15)(539)8,085
Q mlvQQ kcal
4)1,425 1050 8085
10560Q kcal
9) ¿Qué cantidad de calor requiere para llevar 0,50kgde oro a una temperatura de 20°c a oro líquido hasta una temperatura de 2000°c?
Datos:
1
0,500,0031 /201063002000
2660
m kgc kcal kg cT cTfTfT C
1 20 2660 20001)
( )(0,50)(0,0031)(2660 20)4092
T c c c
Q mc Tf TiQQ Kcal
Campo de Ciencia y Tecnología
27
2)( )
(0,50)(0,0031)(2000 2660)1023
Q mc Tf TiQQ Kcal
3)
(0,50)(1063,00)531,5
4)4092 1023 531,5
3.600,5
Q mlfQQ Kcal
Q kcal
10) Sean dos bloque idénticos en masa y a una misma temperatura (120°c) si uno es de
aluminio y el otro de cobre, ¿Cuál elevara más la temperatura de 20 kg de agua, si la temperatura es 20 °c
a) Aluminio
Datos:
1
2
1
2
1220
12020
m kgm kgT CT C
Campo de Ciencia y Tecnología
28
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(20)(1*1000)(20) (12)(0, 217*1000)(120)(12)(0,217*1000) (20)(1*1000)
400000 3124802604 20000
71248022604
31,52
m c T m c TTfm c m c
Tf
Tf
Tf
Tf c
b) Cobre
Datos: 1
2
1
2
1220
12020
m kgm kgT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(20)(1*1000)(20) (12)(0,093*1000)(120)(12)(0,093*1000) (20)(1*1000)
400000 1339201116 20000
53392021116
25, 28
m c T m c TTfm c m c
Tf
Tf
Tf
Tf c
Campo de Ciencia y Tecnología
29
11) Si la masa de los bloques del problema anterior es de 5 kg ¿Cuáles serán las temperaturas de equilibrio?
a) Aluminio
Datos: 1
2
1
2
520
12020
m kgm kgT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(20)(1*1000)(20) (5)(0, 217*1000)(120)(5)(0,217*1000) (20)(1*1000)
400000 1302001085 20000
53020021085
25,14
m c T m c TTfm c m c
Tf
Tf
Tf
Tf c
b) Cobre Datos:
1
2
1
2
520
12020
m kgm kgT CT C
2 2 2 1 1 1
1 1 2 2
( )( )( ) ( )( )( )( )( ) ( )( )
(20)(1*1000)(20) (5)(0,093*1000)(120)(5)(0,093*1000) (20)(1*1000)
400000 55800465 20000
558002046522, 27
m c T m c TTfm c m c
Tf
Tf
Tf
Tf c
Campo de Ciencia y Tecnología
30
12) ¿Qué cantidad de calor es necesario entregar a 10 kg de alcohol etílico líquido para que pase de 50°c a alcohol etílico en forma de vapor a 300°c? Datos:
100,586 /50204 /
i
m kgc kcal kg cT clv kcal kg
Temperatura punto de fusión 114
300f
f
T cT c
Temperatura punto de ebullición T=78°c 50 78 300iT c c c