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Tema 5 fuerzaspresionatmosferiahidrostatica
- 1. LAS FUERZAS Presión atmosférica e hidrostática Fx Fy F FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
- 2. LAS FUERZAS Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos o entre un cuerpo y su ambiente. Una fuerza es la causa capaz de producir en un cuerpo un cambio de velocidad, es decir, de producir una aceleración. Las fuerzas son magnitudes vectoriales.
- 3. LAS FUERZAS FUNDAMENTALES DE LA NATURALEZA ● GRAVITATORIA ● ELECTROMAGNÉTICA ● NUCLEAR FUERTE ● NUCLEAR DÉBIL
- 4. LAS FUERZAS Newton: N El Newton se define como la fuerza que hay que ejercer sobre una masa de 1kg para que adquiera una aceleración de 1m/s2 . UNIDADES (S.I)
- 5. LAS FUERZAS El peso es la fuerza de atracción hacia la superficie terrestre que experimentan los cuerpos. EL PESO p = m · g p = peso m = masa g = 9,8 m/s2
- 6. LAS FUERZAS VECTORES Un vector es un segmento orientado, que usamos para representar las magnitudes vectoriales. Dirección: recta que contiene al vector Punto de aplicación: Origen del vector Sentido: Hacia donde se dirige el vector Módulo: Es la longitud del vector
- 7. LAS FUERZAS COMPOSICIÓN DE FUERZAS Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas llamamos resultante a la que equivale a todas ellas.
- 8. LAS FUERZAS COMPOSICIÓN DE FUERZAS FUERZAS DE IGUAL DIRECCIÓN Y SENTIDO F1 F2 F2 FR La resultante tiene la misma dirección y sentido y el módulo es la suma de los módulos. FR = F1 + F2
- 9. LAS FUERZAS COMPOSICIÓN DE FUERZAS FUERZAS DE IGUAL DIRECCIÓN Y DISTINTO SENTIDO F1 F2 FR La resultante tiene la misma dirección y sentido que la mayor y el módulo es la diferencia de los módulos. FR = F1 ̶ F2
- 10. LAS FUERZAS COMPOSICIÓN DE FUERZAS FUERZAS DE DISTINTA DIRECCIÓN: ÁNGULO RECTO La resultante coincide con la diagonal del paralelogramo y el módulo se obtiene a partir del teorema de Pitágoras. F1 F2 FR FR = F1 + F2 222
- 11. LAS FUERZAS COMPOSICIÓN DE FUERZAS FUERZAS DE DISTINTA DIRECCIÓN: ÁNGULO α La resultante coincide con la diagonal del paralelogramo y el módulo se obtiene a partir del teorema del coseno. F1 F2 FR FR = F1 + F2 + 2F1 F2 cosα 222 α
- 12. LAS FUERZAS DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS Fy Fx F α x y cos α = Fx F Fx = F· cos α sen α = Fy F Fy = F· sen α
- 13. LAS FUERZAS EQUILIBRIO DE FUERZAS Un cuerpo en reposo sometido a fuerzas concurrentes está en equilibrio estático cuando la resultante de todas esas fuerzas vale cero. En este caso el cuerpo no modifica su estado de reposo. F1 F2 FR = F1 ̶ F2 = 0 si F1 = F2
- 14. LAS FUERZAS FUERZAS EN CUERPOS ELÁSTICOS. LEY DE HOOKE El alargamiento experimentado por un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza que se aplica. F = k · Δl k = constante elástica (N/m en S.I.) Δl = l final – l inicial = alargamiento
- 16. LAS FUERZAS MEDIDA DE LAS FUERZAS EL DINAMÓMETRO
- 17. PRESIÓN La presión (P) es la fuerza aplicada por unidad de superficie. P = F S
- 18. UNIDADES (S.I) PRESIÓN P = = = 1 Pascal (Pa) F S 1N m2 MEDIDA DE LA PRESIÓN UNIDADES (S.I) MANÓMETRO BARÓMETRO
- 19. PRESIÓN PRESIÓN ATMOSFÉRICA EXPERIMENTO DE TORRICELLI
- 20. PRESIÓN HIDROSTÁTICA La presión hidrostática es la presión que ejerce un líquido sobre un cuerpo situado en su seno. La presión hidrostática actúa perpendicularmente a la superficie
- 21. DEDUCCIÓN DE LA ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA h S ρ P = F S = Peso del líquido S = mlíq · g S ρlíq = mlíq Vlíq mlíq = ρlíq · Vlíq P = ρlíq · Vlíq · g S = ρlíq · S· h· g S P = ρlíq · g · h
- 22. PARADOJA HIDROSTÁTICA La presión sobre el fondo de un recipiente no depende de su forma ni de la cantidad de líquido, sino solo de la altura alcanzada por este. PRESIÓN HIDROSTÁTICA
- 24. PRINCIPIO DE PASCAL PRESIÓN HIDROSTÁTICA Si se ejerce presión sobre un líquido en reposo, esa presión se transmite por igual a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente. La justificación hay que buscarla en la fluidez y la incompresibilidad de los líquidos . APLICACIONES ●Prensa hidráulica ●Gato hidráulico ●Freno hidráulico
- 25. F1 F2 P1 S1 S2 P2 P1 = P2 F1 S1 = F2 S2 F2 = F1 · S2 S1 F2 > F1 PRENSA HIDRÁULICA
- 26. PRESIÓN HIDROSTÁTICA PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba (empuje, E) cuyo módulo es igual al peso del volumen de fluido que desaloja. E1 E2 E = Plíquido E = mlíquido · g E = Vlíquido ·ρlíquido · g
- 27. Si P > E se hunde Si P = E equilibrio Si P < E flota
- 28. Sustituyendo P y E por sus expresiones en función de la densidad: P = msól · g = dsól · V · g E = mlíq · g = dlíq · V · g se obtiene: Si dsól > dlíq se hunde Si dsól = dlíq equilibrio Si dsól < dlíq flota
- 29. CRÉDITOS IMÁGENES - Diapositiva 1: El Bibliomata en Flickr: Pascal, Torricelli -
Notas del editor
- El que las fuerzas sean interacciones hace que sean algo que no posee el sistema. Un cuerpo no “tiene” fuerza, sino que ejerce una fuerza sobre otro o sobre él actúa una fuerza.
- Gravedad: Es la más débil de las cuatro , pero es de largo alcance y actúa de forma atractiva sobre todos los objetos del universo. Ello implica que para cuerpos grandes las fuerzas gravitatorias se suman y pueden dominar sobre todas las fuerzas. Electromagnetismo: También es de largo alcance y es mucho más intensa que la gravedad, pero solo actúa sobre partículas con carga eléctrica y es repulsiva entre cargas del mismo signo y atractiva entre cargas de signo opuesto. Ello significa que las fuerzas eléctricas entre cuerpos grandes se anulan entre sí, pero a escala de átomos y moléculas son dominantes. Son las responsables de toda la química y la biología. Nuclear débil: Produce la radiactividad y desempeña un papel decisivo en la formación de los elementos en las estrellas y en el universo primitivo. Sin embargo, en la vida corriente no entramos en contacto con esa fuerza. Nuclear fuerte: Mantiene unidos los protones y los neutrones dentro de los núcleos atómicos. También mantiene la integridad de los protones y neutrones, ya que une los quarks dentro de ellos. Es la fuente de energía del Sol y de las centrales nucleares pero no tenemos un contacto directo con ella.
- Otra unidad de fuerza es el kilopondio (kp), que es la fuerza con la que la gravedad atrae a una masa de un kilogramo. 1kp = 9,8 N
- El peso de un objeto dependerá del lugar donde se encuentre ya que la gravedad no es la misma dependiendo del punto del planeta en el que nos encontremos o de la distancia a su superficie. El peso será diferente en otros planetas, ya que la masa de estos es diferente.
- Un vector es un segmento orientado, una flecha, que usamos para representar las magnitudes vectoriales, como las fuerzas. El sentido es cada una de las dos posibles orientaciones en la recta que define la dirección. Se indica con la punta de flecha. El valor numérico de la magnitud vectorial es el módulo, que en la representación vectorial viene dado por la longitud del vector.
- Un cuerpo elástico es aquel que se deforma bajo la acción de una fuerza pero recupera su forma cuando cesa la acción de esta. La constante de elasticidad es característica de cada cuerpo y se determina de forma experimental. Para ello se aplican fuerzas de valor conocido y se mide el alargamiento que producen, resultando una gráfica F-alargamiento, cuya pendiente es la constante de elasticidad (k). La ley de Hooke sólo se cumple para un determinado intervalo de fuerzas. Cuando se supera una determinada fuerza (límite de elasticidad) el cuerpo no recupera su forma y permanece deformado.
- El fundamento del dinamómetro es la proporcionalidad entre fuerza y alargamiento para un cuerpo elástico. Consiste en un muelle con un gancho y una escala graduana en unidades de fuerza (newton o pondios, normalmente)
- Cuando una misma fuerza se aplica sobre distintas superficies se pueden observar diferentes efectos. Así, por ejemplo, por mucho que apretemos con el dedo sobre un queso curado no lograremos cortar una porción, pero resulta fácil si usamos la misma fuerza usando un cuchillo, cuya superficie de contacto con el queso el muchísimo menor.
- El Pascal es una unidad de presión muy pequeña por lo que suelen usarse múltiplos como el kilopascal (kPa). La presión es una magnitud importante que es necesario controlar en muchos procesos, piénsese por ejemplo en la cantidad de gases o líquidos que se envasan o circulan por tuberías, ejerciendo una presión sobre las paredes de los recipientes o tubos. Para medir la presión se usan los manómetros para medir la presión de un fluido contenido en un recipiente cerrado y los barómetros para medir la presión atmosférica.
- En 1643 el físico italiano Evangelista Torricelli llevó a cabo un famoso experimento. Preparó una cubeta y un tubo de 1m abierto por un extremo y los llenó de mercurio. Cuando volcó el tubo con su extremo abierto sobre la cubeta, el mercurio descendió hasta una altura de 76 cm, dejando un vacío en su parte superior. Para explicar lo observado, Torricelli propuso la hipótesis de que el aire ejercía presión sobre la superficie del mercurio en la cubeta, suficiente para equilibrar el peso de la columna e impedir que todo el mercurio se saliese del tubo.
- La presión hidrostática se manifiesta en toda la superficie del sólido sumergido con la aparición de fuerzas perpendiculares que comprimen el cuerpo en todas direcciones.
- Como puede observarse a partir de la fórmula la presión en el interior del líquido sólo depende de cuál es el líquido (ρ) y de la profundidad a la que se encuentre el punto considerado (h).
- Se puede comentar, en referencia a la paradoja hidrostática, la célebre apuesta de Pascal para reventar un barril usando sólo el agua de una jarra.
- Una fuerza ejercida sobre una zona del líquido se transmite de unas partículas a otras hacia otras zonas.
- Si el peso del objeto es menor que el empuje la resultante es una fuerza hacia arriba que hace emerger el cuerpo. El equilibrio se alcanza cuando el objeto emerge lo suficiente para que el peso y el empuje se igualen.