Reporte de Investigación de Física: Fluidos, Dilatación y Calor

REPORTE DE INVESTIGACIÓN- ESTUDIO Y CARACTERISTICAS DE LO FLUIDOS EN REPOSO
1. ¿Con las mediciones obtenidas se comprobó el principio de Arquímedes?
SI
2. Funcionamiento de los submarinos
Explicación: Los submarinos controlan su profundidad modificando su peso total sin
alterar significativamente su volumen, mediante el uso de unos compartimentos
llamados tanques de lastre:

Para sumergirse: Se abren las válvulas para permitir que el agua del mar inunde los
tanques de lastre. Esto incrementa la masa y el peso total del submarino hasta que
supera la fuerza de empuje, haciendo que descienda.

Para mantenerse a flote a una profundidad estable (flotabilidad neutra): Se
equilibra la cantidad de agua y aire comprimido dentro de los tanques para que el
peso del submarino sea exactamente igual al empuje del agua que lo rodea.

Para emerger: Se inyecta aire comprimido a alta presión en los tanques para
expulsar el agua hacia el exterior. Al disminuir el peso total, la fuerza de empuje
predomina y el submarino asciende hacia la superficie.
3. Cinco situaciones hechas por el hombre donde se utilice la fuerza de empuje
1.Flotación de barcos y cruceros: Grandes embarcaciones metálicas flotan porque su
diseño estructural encierra un gran volumen de aire en su interior, lo que reduce su
densidad promedio por debajo de la del agua y genera el empuje necesario para sostener
su peso.
2. Chalecos salvavidas: Equipados con materiales porosos de baja densidad y celdas de
aire que proporcionan una fuerza de empuje adicional para mantener a una persona a
flote con el mínimo esfuerzo.
3.Globos aerostáticos: Aplican el mismo principio físico en un fluido gaseoso (el aire); al
calentar el aire del interior del globo, este se vuelve menos denso que el aire frío exterior,
generando una fuerza de empuje ascendente que eleva el globo y su carga.
4.Plataformas petroleras semisumergibles: Estructuras sostenidas por enormes columnas
flotantes que aprovechan el principio de Arquímedes para mantenerse estables en alta
mar a pesar del oleaje.
5.Hidroaviones: Aeronaves provistas de flotadores especiales en lugar de ruedas
tradicionales, lo que les permite flotar en cuerpos de agua, amerizar y utilizar el empuje
hidrostático para despegar.
4. Tres situaciones hechas por la naturaleza donde hay fuerza de empuje
1. Icebergs flotando en los océanos: Los grandes bloques de hielo glaciar flotan en el mar
porque el hielo posee una densidad ligeramente menor que la del agua salada, logrando
un equilibrio donde una fracción emerge gracias a la fuerza de empuje.
2.Regulación de profundidad en peces (vejiga natatoria): Muchos peces cuentan con un
órgano interno llamado vejiga natatoria que pueden llenar o vaciar de gas para cambiar su
volumen y densidad corporal, ajustando la fuerza de empuje para subir, bajar o
mantenerse suspendidos sin esfuerzo muscular.
3.Flotación de cetáceos y mamíferos marinos: Ballenas, delfines y focas se benefician de
la fuerza de empuje del agua, la cual contrarresta gran parte de su enorme masa corporal
y facilita su movilidad y natación en el medio acuático.
5. Preguntas Fundamentales

¿Qué hice?
Se montó un sistema experimental empleando un vaso de precipitados con agua, un
cuerpo metálico de prueba, un dinamómetro para medir fuerzas en Newtons y una
probeta graduada para cuantificar el volumen de líquido desplazado al sumergir el objeto.

¿Qué observé?
Se registró que al introducir el cuerpo en el agua, el valor indicado en el dinamómetro
disminuyó (evidenciando un peso aparente menor). Además, el nivel del agua aumentó,
comprobándose que el volumen de líquido desalojado es directamente proporcional a la
porción sumergida del objeto.

¿Qué aprendí?
Se comprendió de forma práctica que la fuerza de empuje surge como consecuencia de la
presión hidrostática que ejerce el fluido en reposo sobre las superficies del cuerpo
sumergido, verificando de manera empírica el Principio de Arquímedes.
REPORTE DE INVESTIGACIÓN- FLUIDOS EN MOVIMIENTO
1. Tres aplicaciones del tubo Venturi
1.Carburadores de automóviles (clásicos): Se utiliza el estrechamiento del tubo para crear
una zona de baja presión que succione y pulverice el combustible, mezclándolo
adecuadamente con el aire antes de ingresarlo al motor.
2. Medidores de caudal en tuberías industriales: Permite calcular con precisión la
velocidad y el gasto volumétrico (caudal) de líquidos o gases que circulan por conductos
cerrados midiendo la diferencia de presión entre la sección ancha y la angosta.
3. Atomizadores y pulverizadores (aerógrafos o rociadores de pintura): El paso rápido del
aire a través de una boquilla angosta genera un vacío parcial que arrastra y expulsa en
forma de rocío fino un líquido almacenado en un depósito inferior.
2. Preguntas Fundamentales

a) ¿Qué hice?
Se analizó experimental o teóricamente el comportamiento de un fluido en movimiento
(como el agua o el aire) a través de un sistema hidrodinámico, midiendo variaciones de
velocidad, sección transversal y presión de acuerdo con el principio de Bernoulli y la
ecuación de continuidad.

b) ¿Qué observé?
Se notó que al disminuir el área de la sección por donde transita el fluido, la velocidad del
mismo incrementa notablemente, mientras que la presión estática decae de manera
proporcional en dicha zona angosta.

c) ¿Qué aprendí?
Se comprendió cómo la energía en los fluidos en movimiento se conserva (relacionando
presión, velocidad y altura), y la enorme utilidad práctica que tienen los cambios de
sección para controlar flujos y generar presiones de succión sin necesidad de bombas
mecánicas complejas.
REPORTE DE INVESTIGACIÓN- FLUIDOS EN MOVIMIENTO
Explicar el movimiento de las presiones P1 y P2 en el manómetro a medida que sube la
velocidad en el soplador de aire:
Cuando la velocidad del soplador aumenta, la presión total o de impacto que capta el
orificio frontal del tubo Pitot incrementa notablemente, mientras que la presión estática
(P_1 del aire exterior se mantiene o disminuye de acuerdo con el principio de Bernoulli. En
el manómetro conectado al tubo, esto se refleja como un aumento en el desnivel (h) entre
las columnas del líquido manométrico: la presión dinámica ejercida por el fluido en
movimiento desplaza el líquido, separando las presiones P1 y P2 de manera proporcional
al cuadrado de la velocidad del aire.
Diga 2 aplicaciones hechas por el hombre del tubo Pitot:
1.Aviación (Velocímetros de aeronaves): Se instala en el exterior de los aviones y
helicópteros para medir la velocidad aerodinámica respecto al aire circundante, lo que
permite a los pilotos conocer la velocidad de vuelo de forma segura.
2. Industria y meteorología (Medición de velocidad de gases y conductos): Se emplea en
chimeneas industriales, sistemas de ventilación y túneles de viento para calcular la
velocidad de flujo y el caudal de los gases que circulan por conductos cerrados.
Explicar cómo intervienen los dos orificios del tubo pitot en la medición de la velocidad:
El tubo Pitot cuenta con dos tomas de presión distintas:
1. El orificio frontal (de impacto): Está orientado directamente hacia la dirección en la
que fluye el aire, lo que provoca que las moléculas del fluido se detengan por
completo en ese punto (estancamiento), midiendo así la presión total (suma de la
presión estática y la presión dinámica).
2. Los orificios laterales (estáticos): Están ubicados en los costados del tubo y miden
exclusivamente la presión estática del fluido circundante sin verse afectados por la
velocidad del impacto. Al restar la presión estática de la presión total, el sistema
aísla la presión dinámica, que es directamente proporcional a la velocidad del
fluido en movimiento
REPORTE ALGEBRAICO
Para resolver este apartado, puedes utilizar un ejemplo de cálculo típico con valores
estándar en el laboratorio, aplicando la fórmula proporcionada:
g = 980 cm/seg2
h = 2.5cm
pm = 1.0 gr/cm3
pf = 0.001225 gr/cm3
Sustitución y cálculo:
2*980*2.5*(1.0-0.001225)
=4900*0.998775
=4894.0
4894.0/0.001225
=3,995,102.04
=/=1,998.77 cm/seg O 19.98 m/s
PREGUNTAS FUNDAMENTALES

a) ¿Qué hice?
Se implementó y analizó un sistema con un tubo Pitot conectado a un soplador de aire y
a un manómetro, variando de forma controlada la velocidad del flujo de aire para
registrar los cambios de presión estática y dinámica.

b) ¿Qué observé?
Se apreció que al incrementar la potencia y velocidad del soplador de aire, el desnivel de
altura (h) en el líquido del manómetro aumentaba de manera evidente, reflejando una
mayor diferencia entre las presiones P1 y P2.

c) ¿Qué aprendí?
Se comprendió la relación directa que existe entre la velocidad de un fluido en
movimiento y las presiones que este ejerce, validando el funcionamiento práctico del
tubo Pitot para calcular velocidades mediante diferencias de presión hidrodinámica.
REPORTE DE INVESTIGACIÓN- DILATACION LINEAL
1. Funcionamiento del equipo y esquema del flujo de agua
2. Investigar método gráfico de extrapolación:

Definición: La extrapolación gráfica es un procedimiento matemático y visual que
consiste en prolongar (extender) una línea de tendencia o curva obtenida a partir
de datos experimentales conocidos en un plano cartesiano (por ejemplo, longitud
frente a temperatura) más allá de la región de mediciones directas.

Utilidad: Permite predecir o estimar el comportamiento de un sistema o material
en condiciones extremas o valores que no se pudieron medir físicamente en el
laboratorio (como calcular el tamaño de una varilla a temperaturas elevadas que
el equipo convencional no alcanza de forma directa).
3. Se considera una estructura con varillas alineadas del mismo metal igual al
utilizando en el experimento su temperatura de trabajo será de 120°C,con la
ayuda de la grafica realizada. ¿Cuantos mm se deberán de dejar en separación
entre la varilla y varilla?
4.Cinco situaciones hechas por el hombre donde hay dilatación lineal:
1. Juntas de dilatación en vías de tren: Los rieles de acero de las vías férreas se instalan
dejando pequeños espacios libres entre tramos para evitar que se doblen o curven en los
días de mayor temperatura ambiental.
2.Puentes vehiculares de gran envergadura: En los extremos de los puentes de concreto y
acero se colocan juntas especiales de expansión o rodillos para permitir que la estructura
se mueva libremente sin agrietarse ante los cambios térmicos estacionales.
3.Líneas de tuberías de conducción de fluidos calientes: Tuberías industriales destinadas
al transporte de vapor o líquidos a alta temperatura que incorporan curvas de expansión o
fuelles metálicos flexibles para absorber el alargamiento longitudinal.
4.Termómetros de líquido (mercurio o alcohol): Dispositivos donde el fluido se dilata de
forma lineal y proporcional dentro de un capilar de vidrio graduado al incrementar la
temperatura del ambiente o cuerpo medido.
5.Cables de tendido eléctrico y telefónico: Cables suspendidos entre postes que se tensan
peligrosamente en invierno debido a la contracción por el frío y se aflojan o comban
durante el verano por efecto de la dilatación térmica.
5. Tres situaciones hechas por la naturaleza donde existe dilatación
1.Fractura de rocas (Termoclastia): Las rocas superficiales se calientan y expanden durante
el día con la radiación solar y se enfrían y contraen bruscamente por la noche, provocando
tensiones internas que terminan fracturando la piedra con el paso del tiempo.
2.Expansión térmica de los océanos: El volumen global del agua de los mares aumenta
sutilmente debido a la absorción de calor ambiental y solar, contribuyendo de forma
natural a la dinámica del nivel marino.
3.Cambios micro dimensionales en la madera de los árboles: Las fibras y troncos de los
árboles experimentan ligeras expansiones y contracciones volumétricas y lineales
influenciadas por las variaciones drásticas de temperatura entre estaciones.

Preguntas Fundamentales (Estructura de guía para tu reporte)
a) ¿Qué hice?
Se instaló una varilla metálica dentro de una camisa de calentamiento conectada a un
generador de vapor, midiendo la temperatura inicial, el incremento térmico y registrando
con un reloj comparador el cambio milimétrico en la longitud de la varilla.

b) ¿Qué observé?
Se notó de manera directa que al circular el vapor caliente a través del tubo, la aguja del
reloj comparador comenzó a desplazarse progresivamente, evidenciando que el metal se
alargaba de forma proporcional al aumento de la temperatura.

c) ¿Qué aprendí?
Se comprendió el concepto físico de la dilatación lineal y cómo los materiales sólidos
incrementan sus dimensiones debido al aumento en la energía cinética y separación
promedio de sus átomos, siendo indispensable considerarlo en proyectos de ingeniería.
REPORTE DE INVESTIGACIÓN- FLUJO DE CALOR Y CALOR ESPECIFICO
2. Tipos de transferencias de calor existentes
1. Conducción: Transmisión de energía térmica basada en el contacto directo entre
partículas o cuerpos, sin que exista un desplazamiento real de materia (ej. el calor que
viaja a través de una barra de metal al calentarla por un extremo).
2.Convección: Transferencia de calor que ocurre mediante el movimiento masivo de
fluidos (líquidos o gases), donde las porciones calientes (menos densas) ascienden y las
frías descienden (ej. al hervir agua en una olla).
3.Radiación: Propagación de calor en forma de ondas electromagnéticas a través del
espacio o el vacío, sin necesidad de un medio material intermedio (ej. la energía del Sol
que llega a la Tierra).
3. Funcionamiento de las plantas nucleares (generadores de electricidad)
Punto de transferencia de calor: Ocurre en el núcleo del reactor y en los generadores de
vapor. La fisión nuclear de átomos de uranio libera una enorme cantidad de energía
térmica. Dicha energía es absorbida por un circuito de agua refrigerante a alta presión
(transferencia por convección forzada) y llevada a un intercambiador de calor para
evaporar agua en un circuito secundario.
Puntos de conversión (transformación) de energía:
De energía nuclear a energía térmica: En las reacciones de fisión dentro del reactor.
De energía térmica a energía mecánica (cinética): Cuando el vapor a alta presión hace girar
con fuerza las álabes de una turbina.
De energía mecánica a energía eléctrica: Cuando el movimiento de la turbina acciona un
generador eléctrico (alternador) conectado a la red.
4. Cinco situaciones hechas por el hombre donde hay transferencia de calor
1. Sistemas de aire acondicionado y refrigeración: Utilizan fluidos refrigerantes para
extraer calor del interior de un espacio y disiparlo hacia el exterior mediante ciclos
termodinámicos.
2. Planchas domésticas para ropa: Transfieren calor por conducción desde una
resistencia eléctrica interna hacia la base metálica para eliminar arrugas en las
prendas.
3. Motores de combustión interna (automóviles): La quema de combustible genera
gases calientes que transfieren calor al bloque del motor, requiriendo un sistema
de enfriamiento por radiador.
4. Hornos de microondas: Transfieren energía térmica a los alimentos mediante la
agitación por radiación electromagnética de las moléculas de agua contenidas en
ellos.
5. Intercambiadores de calor industriales: Equipos utilizados en refinerías para
transferir calor entre dos fluidos de manera eficiente sin que entren en contacto
directo.
5. Cinco situaciones hechas por la naturaleza donde hay transferencia de calor
1. Radiación solar: El flujo constante de energía térmica y lumínica que viaja desde el
Sol a través del espacio para calentar la superficie de la Tierra.
2. Corrientes marinas y atmosféricas: El movimiento global de masas de aire y agua
que distribuyen el calor desde las zonas ecuatoriales hacia los polos (convección).
3. Actividad geotérmica: El flujo de calor procedente del interior de la Tierra (manto y
núcleo) hacia la superficie, originando fuentes termales y géiseres.
4. Brisa marina: El ciclo diario de transferencia térmica donde la tierra y el mar se
calientan y enfrían a ritmos distintos, generando vientos hacia la costa o mar
adentro.
5. Derretimiento de glaciares: La absorción de calor ambiental y de la radiación solar
por parte de los bloques de hielo, provocando su cambio de fase a estado líquido.

PREGUNTAS FUNDAMENTALES
a) ¿Qué hice?
Se llevó a cabo un procedimiento experimental de calorimetría para medir los
intercambios de calor entre sustancias a diferentes temperaturas iniciales, registrando
masas y calculando la temperatura de equilibrio.

b) ¿Qué observé?
Se visualizó cómo al poner en contacto dos cuerpos con distintas temperaturas, el cuerpo
más caliente liberó energía térmica y el más frío la absorbió hasta que ambos estabilizaron
sus temperaturas en un punto común.

c) ¿Qué aprendí?
Se comprendió el principio de conservación de la energía aplicado a la termodinámica, así
como el papel fundamental del calor específico para cuantificar la energía intercambiada
en la materia.