MIF Presiones - Colegio Rubén Castro

MIF PRESIONES
Focalización:
Es muy común que en nuestras clases de Física digamos cosas como: “si aplicamos una fuerza
sobre este banco observamos que…” a la vez que posamos las manos sobre el banco realizando
alguna acción. Pero, ¿hemos aplicado solamente una fuerza? ¿qué fuerzas están presentes en este
tipo de situaciones? ¿Cómo son estas fuerzas entre sí? ¿Hay presiones actuando? ¿Qué fuerzas
ejercen presiones y cuáles no?
En la vida diaria. ¿Aplicamos fuerzas o presiones cuando interactuamos con los objetos que nos
rodean?
Antes de responder empuje con su mano un objeto cualquiera, por ejemplo un libro que está sobre
la mesa y observe bien lo que hace. En este caso Ud ha aplicado
a) Sólo una fuerza
b) Sólo presiones
c) Fuerzas y presiones
d) Ni fuerzas ni presiones
Justifique su respuesta
Exploración
Reflexionemos primero sobre la acción simple de empujar un objeto. Ponga un libro grande
sobre la superficie horizontal de una mesa y empújelo con la palma de la mano apoyada sobre el
lomo, poniéndolo en movimiento.
Como el libro tiene una masa (m) y experimenta una aceleración (a), entonces sobre él, según la
segunda ley de Newton debe estar actuando la fuerza F=m*a.
Si anotamos el módulo (tamaño) del vector a por a, ¿cómo fue la fuerza que aplicó su mano
sobre el libro?
A) de tamaño igual a m*a
B) de tamaño menor que m*a
C) de tamaño mayor que m*a
D) cero
E) opuesto a m*a
Justifique su respuesta
Además de la fuerza que aplica su mano, ¿hay otras fuerzas actuando sobre el libro?
Mientras el libro acelera, nuestra mano aplica una fuerza ………….. m*a ya que este
producto…………………. A la fuerza neta o total sobre el libro, y esta incluye la de roce.
Suponga ahora que continúa empujando el libro, pero que este ya no acelera sino que se mueve con
velocidad constante ¿cómo es el módulo de la fuerza que aplica su mano sobre el libro?
a) igual a m*a
b) menor que m*a
c) mayor que m*a
d) cero
e) igual a la fuerza de roce
Explique
Pensemos ahora en lo siguiente ¿estamos aplicando una presión al actuar con nuestra mano
sobre el libro?
a) Si
b) No
Justifique su respuesta
Si designamos por P a la presión y por Fmano al módulo de la fuerza que aplicamos, entonces
la presión ejercida será P= Fmano/A, donde A es el área de contacto entre nuestra mano y el
libro. Si la fuerza se mide en Newton y el área en m2 , la unidad en que resulta expresada la
presión es el Newton/m2, que corresponde a la unidad de presión en el Sistema Internacional de
unidades y que se denomina Pascal (Pa).
¿Es directamente proporcional la presión que aplicamos con la mano a la aceleración que
experimenta el libro?
a) Sí
b) No
Justifique su respuesta
Si ahora empujamos el libro de modo que experimente la misma aceleración a que antes pero no
con la palma, sino con la punta de un dedo, ¿Cómo será la fuerza F y la presión P aplicada al
libro?
a) F y P serán los mismos que antes
b) F será la misma y P será mayor
c) F será mayor y P será igual
d) F será menor y P será igual
e) F será la misma y P será menor
Justifica tu respuesta
Hemos visto que al ejercer con la mano una fuerza sobre el libro estamos también ejerciendo
una presión sobre él. Aparte de la presión atmosférica, que trataremos más adelante ¿hay otras
presiones acompañando a las fuerzas que están presentes en esta situación?
A) Sí
B) No
Justifica tu respuesta
De acuerdo con la ley de acción y reacción cuando Ud aplica la fuerza F sobre el libro, éste le
aplica una fuerza F a su mano: por lo tanto el libro, simultáneamente con la presión que ud le
aplica, también le aplica una presión igual a ud.
¿Aplica presión el libro el libro sobre la mesa y ésta sobre el libro?
a) Sí
b) No
Justifique su respuesta
La presión que aplica sobre la mesa el libro es P= Fg/A, donde Fg=m*g es el peso del libro y A
es el área de contacto entre este y la superficie de la mesa.
Estime en Pascal el orden de magnitud de la presión que ejerce un libro de 600 páginas sobre la
mesa en que se encuentra y en la posición que se indica
en la figura
…………………Pa
Si el libro tiene una masa de 1 kg y su tapa mide 20 cm
de ancho y 30 cm de largo, la presión que ejerce sobre
la mesa debe ser aproximadamente…………………Pa
¿Es posible estimar el orden de magnitud de la presión que con un dedo indice aplica al libro
para deslizarlo con velocidad constante sobre la mesa?
a) Sí
b) No
Si su respuesta es sí, explique el procedimiento que le permitiría hacerlo
Suponga que aplica una fuerza sobre el libro con un dinamómetro logrando medir (en Nw) la
fuerza que necesita para desplazarlo con rapidez constante.
Desplácelo después de modo que se mueva del mismo modo que lo hizo cuando usó el
dinamómetro, pero empujándolo con la yema de
su dedo índice. La fuerza que aplica con su dedo
debe ser aproximadamente igual a la que midió
con el dinamómetro. Mida luego el área de
contacto entre la yema del dedo y el libro ¿Cómo
procedió para medir el área de contacto entre su
dedo y el libro?. Explíquelo y señale el valor que
encontró.
Esta área corresponde aproximadamente a la huella digital del dedo índice y puede ser estimada
por el área de un óvalo resultando ser de unos 4 cm2
Calcule en Pascal la presión aproximada que aplicó
¿De qué orden es?.................................Pa
Si la fuerza que marcó el dinamómetro, es igual a la que aplicamos con el dedo, es del orden de
los 10 Nw (equivalente a sostener con las manos una masa del orden de 1 kg), la presión que
aplicamos es del orden de los 25000Pa. Si calculó algo muy distinto de esto ¿Cuál es la
explicación?
Pensemos ahora en lo siguiente ¿Hay situaciones en que un cuerpo aplique una fuerza sobre
otro y no esté presente una presión?
a) Sí
b) No
Justifique su respuesta
Suponga que el libro está cayendo hacia el suelo ¿Ejerce sobre él alguna presión la fuerza de
gravedad?
a) Sí
b) No
Justifique su respuesta
Comparación y contraste
Ha tenido la oportunidad de reflexionar sobre varios aspectos relacionados principalmente con
la presión que se ejercen unos a otros los objetos. Volviendo a la pregunta inicial
En la vida diaria. ¿Aplicamos fuerzas o presiones cuando interactuamos con los objetos
que nos rodean?
a) Aplicamos sólo fuerza
b) Aplicamos sólo presiones
c) Aplicamos fuerzas y presiones
d) No aplicamos ni fuerzas ni presiones
¿Concuerda su respuesta con la que dio inicialmente?
Aplicación de aprendizajes
En el ámbito cotidiano permanentemente estamos ejerciendo presiones con nuestro cuerpo
sobre los objetos que nos rodean: con nuestras manos cada vez que tocamos o empujamos
objetos sobre el suelo cuando caminamos, sobre las sillas cuando nos sentamos, etc. También
nos servimos de la presión para fines prácticos, como el usar agujas de coser o poner
inyecciones o clavos para unir maderas. En la naturaleza en cambio, encontramos situaciones en
que hay fuerzas puras que no aplican presiones porque no actúan sobre superficies
Veamos algunos problemas en que podamos aplicar los conceptos aprendidos.
1) ¿Es necesario que una fuerza que ejerce presión sobre un objeto lo mueva?
a. Sí
b. No
Justifica la respuesta
2) Cuando dos cuerpos interactúan se originan simultáneamente pareas de fuerzas del tipo
acción y reacción, las que tienen el mismo módulo y dirección aunque sentidos opuestos.
¿será válido algo semejante para las presiones que se ejercen los objetos al interactuar?
a. Si
b. No
Justifica la respuesta
Notar que la presión no es un vector como la fuerza, sino un escalar que puede variar
de punto a punto, como lo hace la temperatura. Por ejemplo, al empujar un mueble con
la mano, la presión que ejercen los dedos extendidos es generalmente menor que la de
la palma de la mano. Si no distinguimos estas variaciones nos referimos siempre a la
presión promedio de un cuerpo sobre otro
3) ¿Cuál o cuáles de las siguientes herramientas aplican presión al usarlas para los propósitos
que fueron diseñadas?
a. El alicate
b. Las tijeras
c. El punzón
d. El destornillador
e. El taladro
4) ¿Cuál o cuáles de las siguientes unidades del S.I. mide presión y corresponde al pascal (Pa)
a. Nw/cm2
b. Nw/m2
c. Kilogramo-metro/sg2
d. Kilogramo/(m2*sg2)
e. Gr/cm2
5) Si estamos parados con los dos pies bien puestos en el suelo ¿en cuál o cuáles de los
siguientes casos aumenta la presión que aplicamos sobre el suelo?
a. Al separar un pié del suelo
b. Al sentarnos en una silla
c. Al empinarnos sobre la punta de nuestros pies
d. Al acostarnos de espalda al suelo
e. Al ponernos de rodilla sobre el suelo
Actividad de transferencia
Diseñe varias actividades, que permita aprender adecuadamente los conceptos aquí vertidos,
pero para tus compañeros de cursos menores
Esta actividad debe contemplar los siguientes aspectos:
1) La presentación en cartulinas
2) Una guía de trabajo que no exceda dos carillas escritas en Word, ilustrada
3) Conjunto de preguntas aplicadas a situaciones de la vida diaria
4) Laboratorios (demostraciones experimentales)
5) Simulaciones entretenidas