FISICA 10° GONZALO VANEGAS (Tercer periodo

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GUIA DE APRENDIZAJE
Subdirección de Educación
Departamento de Educación Contratada
Colegio CAFAM “Bellavista” CED
Guía No: 3
Pensamiento:
Científico tecnológico
Docente: Gonzalo Vanegas Forero
Fecha: 02 – Julio de 2013
Asignatura: Física
Grado: Décimo
Estudiante: ______________________________________________________________________ Curso: ___________
Saber- Saber: Analizar los conceptos de hidrostática.
Saber - Hacer: Utilizar los principios de Arquímedes y Pascal en la resolución de problemas.
Saber - Ser: Describen actitudes y valores relacionados con: intencionalidades del ciclo, desarrollo cognitivo, propósitos del área.
ACTIVADOR COGNITIVO
ACCESO A LA INFORMACION
Prerrequisitos y preconceptos:
Materia es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y
a interacciones con aparatos de medida.
Densidad
Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un
material. La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de
masa por unidad de volumen. Un material puede presentar cambios en su densidad por dos factores: a. la temperatura a la cual se
encuentra. Este cambio se debe a que el volumen de una sustancia depende de la temperatura. b. la presión que se ejerce sobre él.
La presión
Alguna vez te has preguntado ¿por qué sientes más dolor cuando recibes una pisada de una persona que lleva unos zapatos con
tacón alto, que cuando la recibes de una persona que lleva zapatos planos?
Al estar una persona de pie, la fuerza perpendicular que ejerce sobre el suelo horizontal, es decir el peso, se distribuye sobre la
superficie de sus pies; si posee zapatos planos el peso se reparte sobre toda la suela del calzado; mientras si tiene calzado con tacón
alto, el peso se reparte en un área menor.
La presión en los líquidos
¿Has experimentado alguna vez la sensación de presión en los oídos cuando te sumerges en una piscina? Cuando haces esta
divertida actividad es fácil percibir que a medida que te vas sumergiendo la presión que experimentas es mayor. Lo que ocurre en
este caso, como lo estudiaremos a continuación es que la presión
Principio de Pascal
Si aplicamos una presión externa a cualquier punto de un fluido en reposo, esta presión se transmite exactamente igual a todos los
puntos del fluido.
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical, hacia arriba, que es igual al peso del volumen de
líquido desplazado.
La presión en los gases
La Tierra está rodeada por una capa de aire, de tal manera que nosotros y todo cuanto nos rodea nos podemos considerar como
cuerpos sumergidos en un fluido y, en consecuencia, experimentamos una presión que se conoce con el nombre de presión
atmosférica.
FLUIDOS EN MOVIMIENTO
Ecuación de continuidad
Cuando un fluido se encuentra en movimiento puede cambiar su velocidad. Por ejemplo, en un río el agua avanza lento en los
sectores anchos o de mucha profundidad y avanza muy rápido en los sectores angostos o poco profundos.
Principio de Bernoulli
En un fluido la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitacional por unidad de
volumen, se mantiene constante, a lo largo de una línea de corriente.
Nueva Información:
DATOS CURIOSOS DE LA FÍSICA
1. La "Ley de Moore" afirma que los microprocesadores duplican su potencia y capacidad cada 18 ó 24 meses. Esta ley se ha
cumplido desde que fue enunciada en 1965 por Gordon Moore, el cofundador de Intel. El chip de silicio, base de los
microprocesadores, fue inventado por Jack Kilby en 1958. Esta ley no pudo imaginarla en 1943 Thomas Watson, presidente de IBM,
quien teniendo en cuenta el costo y complejidad de un ordenador se atrevió a decir: "Creo que en el mundo hay mercado para unos
cinco ordenadores como mucho".
2. El iridio es el metal más pesado del mundo y uno de los más escasos. Un cubo de 30 cm. de lado pesaría 650 kilos. Es blanco
amarillento, funde a 2.440 grados centígrados, es muy resistente, de símbolo químico Ir y número atómico 77. Fue descubierto en
1803 por el químico Smithson Tennant.
3. A una altitud de 10.000 metros (altura a la que vuelan los aviones), la presión atmosférica es 4 veces menor que a nivel del mar y
la temperatura llega a los 55 grados centígrados bajo cero.
4. Los tornados ocurren cuando se juntan dos masas de aire, una fría (encima) y la otra caliente (debajo). Entonces, el aire caliente
tiende a subir y el frío a bajar, formándose torbellinos de aire que pueden ser muy peligrosos. En la película "Tornado" (Twister,
1996) se relatan los escalofriantes efectos de un gran tornado ficticio.
5. El transistor (base de los procesadores actuales) fue inventado por John Bardeen y William Brattain el de contactos puntuales o
de puntas en 1948 y por William Shockley (1910-1989) el de unión en 1951. Los tres fueron galardonados con el Nobel de física en
1956.
6. En la Teoría de la relatividad general no existe un tiempo absoluto y único, sino que cada individuo posee su propia medida
personal del tiempo, que depende de dónde está y de cómo se mueve dicho individuo.
7. El cielo es azul y el sol amarillo porque la luz del sol, que es blanca, al llegar a la atmósfera se dispersa, siendo la luz azul
dispersada con mayor facilidad por las moléculas del aire. El sol es amarillo ya que este es el color resultante de quitarle a la luz
blanca el componente azul.
8. El mar es azul porque refleja el color del cielo. A veces, el mar se presenta verdoso debido a diminutas algas que componen el
fitoplancton,
las
cuales
son
verdes
como
todas
las
plantas
que
realizan
la
fotosíntesis.
9. Los arcoiris se forman por la refracción de la luz del sol a través de las gotas de lluvia que caen. La luz blanca del sol es
descompuesta en sus colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) por la refracción y es emitida desde las gotas de
agua en diferentes ángulos, por lo que de cada gota no podemos ver todos los colores. Así, el arcoiris que vemos, el que llega a
nuestros ojos, está formado por esos colores, pero cada color proviene de distintas gotas dependiendo de la altura de estas: Las
gotas del color violeta están más cerca del suelo que las que nos envían la luz roja.
Integración:
BREVE HISTORIA DE LA MECANICA DE FLUIDOS
Como la mayor parte de las ciencias, la mecánica de fluidos tiene una historia de antecedentes lejanos aislados,
después de una época de descubrimientos fundamentales en los siglos XVIII y XIX, y finalmente, una época de
"práctica actual", como denominamos a nuestros conocimientos ya bien establecidos. Las civilizaciones antiguas
tenían conocimientos rudimentarios, pero suficientes para resolver algunos problemas. La navegación a vela y el
regadío datan de tiempos prehistóricos. Los griegos introdujeron la información cuantitativa.
Arquímedes formuló las leyes de flotabilidad y los supo aplicar a cuerpos sumergidos, utilizando cierta forma de
cálculo diferencial en su análisis. Los romanos construyeron multitud de acueductos, pero no dejaron escrito
sobre los principios cuantitativos de sus diseños. Hasta el renacimiento hubo mejoras sustanciales en el diseño
de naves, canales, etc. Pero tampoco nos queda evidencia de los análisis realizados. Leonardo Da Vinci (14521519) obtuvo una ecuación de continuidad para flujos unidimensionales. Fue una excelente experimentalista y
en sus notas dejó descripciones muy reales sobre chorros, alas, bombas hidráulicas, formación de torbellinos y
diseños de cuerpos de baja y alta resistencia (cuerpos fuselados y paracaídas). Un francés Edme Mariotte (16201684) construyó el primer túnel aerodinámico y realizó diversas pruebas en él. Pero el definitivo impulso se debe
a Sir Isaac Newton (1642-1727), que propuso las leyes generales del movimiento y la luz de resistencia viscosa
lineal para los fluidos que hay denominamos newtonianos. Los matemáticos del siglo XVIII (Daniel Bernoulli,
Leonhard Euler, Jean D´alembert, Joseph-Louis Lagrangey Pierre Simon Laplace) obtuvieron soluciones a muchos
problemas de flujos no viscosos. Euler desarrolló las ecuaciones diferenciales del movimiento de flujos
incompresibles no viscosos, y posteriormente dedujo su forma integrada, que hoy conocemos como ecuación de
Bernoulli. Utilizando estas ecuaciones, D´alembert propuso su famosa paradoja:
"un cuerpo inmerso en un flujo no viscoso tiene resistencia nula”.
Estos brillantes resultados deslumbran, pero en la práctica tienen pocas aplicaciones, porque la viscosidad
siempre juega un papel crucial. Los ingenieros de la época rechazaron estas teorías por irreales y desarrollaron la
ciencia denominada "hidráulica", que es esencialmente empírica. Experimentalistas como Chézy, Pitot, Borda,
Weber, Francis, Hazen, Poiseuille, Darcy,Manning, Bazin y Wiesbach trabajaron engran variedad de flujos como
canales abiertos, resistencia de barcos, flujos en tuberías, olas y turbinas. La mayor parte de los datos eran
utilizados sin tener en cuenta los fundamentos físicos de los flujos. Al final del siglo XIX comenzó la unificación
entre hidráulicos e hidrodinámicos.
William Froude (1810-1879) y su hijo Robert Froude (1846-1924) desarrollaron leyes para el estudio con
modelos a escala; Lord Rayleigh (1842-1919) propuso la técnica del análisis dimensional; y Osborne Reynolds
(1842-1912) publicó en 1883 su clásico experimento, mostrando la importancia de los efectos viscosos a través
de un parámetro a dimensional, el número de Reynolds, como se denomina hoy a dicho parámetro. Mientras
tanto, la teoría de los flujos viscosos que habían sido desarrollado por Navier (1785-1836) y Stokes(1819-1903),
añadiendo los términos viscosos a las ecuaciones del movimiento, permanecía en el olvido debido a su dificultad
matemática. Fue entonces en 1904, cuando un ingeniero alemán Ludwig Prandtl(1875-1953), publicó el artículo
quizá más importante de la historia de la mecánica de los fluidos. Según Prandtl, en los flujos de fluidos poco
viscosos como los del aire y del agua, el campo fluido puede dividirse en dos regiones: una capa viscosa delgada
o capa límite en las proximidades de superficies sólidas y entre fases donde los efectos viscosos son importantes,
y una región exterior que se puede analizar con las ecuaciones de Euler y Bernoulli. La teoría de la capa límite ha
demostrado ser la herramienta más importante en el análisis de los flujos. Las aportaciones esenciales a la
mecánica de fluidos durante el siglo XX son diversos trabajos teóricos y experimentales de Prandtl y de sus dos
principales competidores, Theodore VonKármán (1881-1963) y Sir Geoffrey I.Taylor(1886-1975).
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APLICACIÓN
Refinamiento:
I. Desarrolla los siguientes problemas en tu cuaderno en binas,
1. ¿Cuál es la diferencia de presión entre la superficie y el fondo de una piscina de 2 m de profundidad?
2. En cierto lugar la presión es 76 cm de mercurio.
a. Si se reemplaza, en el barómetro, el mercurio por agua, ¿Cuál sería la altura del agua?
b. Pascal repitió este experimento usando vino, de densidad 0,984 g/cm³, ¿Cuál fue la altura del vino?
3. Un cuerpo pesa 100 N en el aire y 90 N en el agua. Determinar el volumen y la densidad del cuerpo.
4. Se nota que un barco de forma rectangular, de sección 2m x 5m, se hunde 0,5m cuando se carga. ¿Cuál es el peso de la carga?
5. Los émbolos de una prensa hidráulica tiene sección circular y sus diámetros son 8 cm y 40 cm. ¿Cuál es la fuerza que se produce
en el émbolo de mayor diámetro cuando en el pequeño se aplica una fuerza de 50 N?
6. El agua de un río, con velocidad de 5 m/s, entra en un túnel circular de radio 2m. El radio del túnel se reduce a 1 m para la salida
del agua. ¿Con qué velocidad sale el agua?
7. En un depósito de agua muy grande, abierto a la presión atmosférica y de profundidad 3,2 m, se hace un orificio de sección 5 cm²
en el fondo. ¿En cuánto tiempo se llenará un frasco de 20 litros situado debajo del orificio?
8. En un tubo horizontal fluye agua, con velocidad de 4 m/s y presión de 74000 N/m³. El tubo se estrecha a la mitad de su sección
original. ¿A qué velocidad y a qué presión fluye ahora el agua?
9. La llave del lavadero llena un balde de 12 litros en 2 minutos. Si la sección transversal de la llave es de 1 cm²:
a. ¿cuál es el caudal?
b. ¿con qué velocidad sale el líquido?
10. Una casa se abastece de agua por medio de una tubería de 5 cm de diámetro. La presión a nivel de la calle es de 3 atm y el agua
fluye a 0,5 m/s. ¿Cuál será la presión y la velocidad de flujo en la cañería de 2,5 cm de diámetro, en la terraza de 10 m de altura?
II. Entrega en una hoja blanca tamaño oficio escrita a mano la justificación para cada una de las preguntas.
Escribe V, si la afirmación es verdadera o F, si es falsa. Justifica tus respuestas.
 En un flujo laminar la velocidad en cada punto del fluido puede cambiar.
 Un ejemplo de un fluido en movimiento es el agua en las tuberías del acueducto.
 La ecuación de continuidad indica que la velocidad es directamente proporcional al área transversal que atraviese el fluido.
 Para hallar la ecuación de Bernoulli es necesario aplicar el principio de conservación de la energía.
 La viscosidad se refiere a una fricción interna del fluido.
 La velocidad de un fluido al salir por un orificio de un tanque depende de la densidad del fluido.
 El efecto de un balón cuando se encuentra en el aire se explica mediante el teorema de Torricelli.
 La presión sanguínea se puede medir con un manómetro.
 El gasto volumétrico de un fluido es mayor cuanto más viscoso es el fluido.
Construcción en Pequeño Grupo
1. Intercambien los procedimientos y respuestas del refinamiento.
2. Eligen dos ejercicios y propongan un método de solucionarlo con ecuaciones y sin ecuaciones es decir interpretando los datos
dados.
RECAPITULACIÓN
Socialización al Gran Grupo:
1. Se realizan los ejercicios en el tablero por parte de los estudiantes con su interpretación.
2. Se toman apuntes de los conceptos importantes de los demás grupos.
3. Cada grupo realiza la coevaluación y la autoevaluación de cada integrante, por medio de exposiciones.
Verificación:
1. Revisión de todos los puntos de la guía en gran grupo.
2. Revisión del trabajo en grupo a través de ejercicios tipo icfes construidos por los mismos estudiantes.
3. Entrega y revisión del cuaderno.
Reflexión: resuelve en el cuaderno la siguiente matriz.
Regulación:
La guía se debe desarrollar en su totalidad en el aula de clases.
Escribe los comentarios generales que le quieras expresar al profesor, con respecto al trabajo desarrollado.
Realiza un DOFA donde se muestren concretamente las inquietudes sobre el trabajo realizado.
PÁGINAS ENTRENAMIENTO ICFES:
http://www.cespro.com/Materias/PREICFES/ICFESSEPT_03/Fisi_nc_sep2003.htm
http://es.scribd.com/doc/20849212/Examen-de-Admision-Universidad-Nacional-con-respuestas-I-2010
http://www.slideshare.net/guestd317606/preguntas-tipo-icfes
http://www.slideshare.net/KDNA71/leccin-3-acstica
http://matematicasoperativasbasicas.blogspot.com/2010/11/ficha-de-diseno-mecanica-de-fluidos-nov.html
http://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20Termo%20y%20MF/01%20Fluidos/MF%20T01.pdf
http://www.uninscripciones.unal.edu.co/dipa/
http://www.admisiones.unal.edu.co/es/pregrado/18-prueba-de-admision.html
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