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CBTIS 243
Nombre de la alumna:
Nidia Concepción Soto Fernández
Enfermería General 5º Semestre
Materia:
Física II
Tema del trabajo:
Densidad
Peso especifico
Empuje
Presión
Hidrostática
Profesor:
Maugro Joseim Gómez Roblero
Fecha de entrega:
18 de Septiembre del 2015
ÍNDICE
Objetivos……………………………………………………………………3
Introducción………………………………………………………………..4
Desarrollo del tema……………………………………………………….5
Conclusión………………………………………………………………..16
Referencias……………………………………………………………….17
OBJETIVOS
El objetivo de esta investigación es conocer los temas abordados como son
densidad, peso específico, empuje, presión e hidrostática para aprender que es
cada uno de ellos y saber comprenderlos y analizarlos.
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INTRODUCCIÓN
En este trabajo aprenderemos acerca sobre la densidad La densidad se define
como la relación que existe entre el volumen y la masa de un objeto o sustancia.
Es una propiedad física que es característica de las sustancias puras y es
considerada como una propiedad intensiva, ya que es independiente al tamaño de
la muestra. La densidad es un concepto muy importante en la física. Por lo cual no
es suficiente solo conocerlo, sino que hay que entenderlo.
Peso específico relación entre peso y volumen de una sustancia u objeto, la cual
se puede calcular a través de la multiplicación de la densidad por la aceleración de
la gravedad. El empuje descrito como la fuerza de reacción o fuerza contraria que
genera una masa al ser acelerada. También se abarca el término de presión, el
cual describe la fuerza en dirección perpendicular por la superficie, encontraremos
además que existen distintos tipos de presión, algunos que no podemos verlos,
pero actúan constantemente sobre todos los objetos, y por lo tanto hay que
tomarlos en cuenta. Hidrostática también uno de los términos que se abarcaran es
una de las ramas que estudia los fluidos incomprensibles en estado de equilibrio o
reposo, a diferencia de la Hidrodinámica que estudia los mismos fluidos pero en
movimiento.
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DESARROLLO DEL TEMA
DENSIDAD
En física y química, la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad
de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza
mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la
masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la
densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se
considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes (convergiendo
hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto,
siendo la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la
densidad en el punto común a todos esos volúmenes:
La unidad es kg/m³ en el SI.
Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con
independencia del tamaño y masa.
TIPOS DE DENSIDAD
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DENSIDAD ABSOLUTA:
La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre
la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional
es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es
expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.
Siendo , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.
DENSIDAD RELATIVA:
La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y
la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud
adimensional (sin unidades)
Donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la
densidad de referencia o absoluta.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua
líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la
densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de
1 atm y la temperatura de 0 °C.
DENSIDAD MEDIA Y DENSIDAD PUNTUAL:
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Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en
cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.
Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes
diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa
del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto,
posición o porción "infinitesimal" del sistema, y que vendrá definida por:
Sin embargo, debe tenerse que las hipótesis de la mecánica de medios
continuos solo son válidas hasta escalas de , ya que a escalas atómicas la
densidad no está bien definida. Por ejemplo, el tamaño del núcleo atómico es
cerca de y en él se concentra la inmensa mayor parte de la masa atómica,
por lo que su densidad (2,3·1017kg/m3) es muy superior a la de la materia ordinaria.
Es decir, a escala atómica la densidad dista mucho de ser uniforme, ya que los
átomos están esencialmente vacíos, con prácticamente toda la masa concentrada
en el núcleo atómico.
DENSIDAD APARENTE:
La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales de constitución
heterogénea, y entre ellos, los porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos
heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia, de forma que la densidad
total de un volumen del material es menor que la densidad del material poroso si
se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:
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La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y
depende de su compactación. La densidad aparente del suelo ( ) se obtiene
secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso
constante.
Dónde:
WSS, Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante.
VS, Volumen original de la muestra de suelo.
Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al
momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe
expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el
volumen.
En construcción se considera la densidad aparente de elementos de obra, como
por ejemplo de un muro de ladrillo, que contiene ladrillos, mortero de cemento o de
yeso y huecos con aire (cuando el ladrillo es hueco o perforado).
UNIDADES
Las unidades de medida más usadas son:
En el Sistema Internacional de Unidades (SI):
kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. La densidad
del agua es aproximadamente 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/mL).
gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).
Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³)
gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante
universal de los gases ideales:
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En el Sistema anglosajón de unidades:
onza por pulgada cúbica (oz/in³)
libra por pulgada cúbica (lb/in³)
libra por pie cúbico (lb/ft³)
libra por yarda cúbica (lb/yd³)
libra por galón (lb/gal)
libra por bushel americano (lb/bu)
slug por pie cúbico.
PESO ESPECÍFICO
Se le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y
su volumen.
Su expresión de cálculo es:
siendo,
, el peso específico;
, el peso de la sustancia;
, el volumen de la sustancia;
, la densidad de la sustancia;
, la masa de la sustancia;
, la aceleración de la gravedad.
UNIDADES
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En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se expresa
en newtons por metro cúbico: N/m3.
En el Sistema Técnico se mide en kilogramos–fuerza por metro cúbico:
kgf/m3.
En el SIMELA se expresa en newtons por metro cúbico: N/m3.
Como el kilogramo–fuerza representa el peso de un kilogramo —en la Tierra—, el
valor numérico de esta magnitud, expresada en kgf/m3, es el mismo que el de
la densidad, expresada en kg/m3.
Por ende, está íntimamente ligado al concepto de densidad, que es de uso fácil en
unidades terrestres, aunque confuso según el SI. Como consecuencia de ello, su
uso está muy limitado. Incluso, en física resulta incorrecto.
NORMATIVA INTERNACIONAL
Aplicado a una magnitud física, el término específico significa «por unidad
de masa».
En el contexto del Sistema Internacional de Unidades no se permiten otros usos
del término «específico».
De acuerdo con la normativa del «Bureau International des Poids et Mesures», la
inaceptabilidad de la expresión peso específico se basa en que su significado
sería peso por unidad de masa, esto es newtons por kilogramo (N/kg), en tanto
que el erróneamente asignado es el de «peso por unidad de volumen», o sea
newtons por metro cúbico (N/m3). Su denominación correcta sería «densidad de
peso».
EMPUJE
El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley
de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción),
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la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria (reacción).
Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema
se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleración a,
experimentada por la masa:
Ejemplo:
Un avión genera empuje hacia adelante cuando la hélice que gira, empuja el aire o
expulsa los gases expansivos del reactor, hacia atrás del avión. El empuje hacia
adelante es proporcional a la masa del aire multiplicada por la velocidad media del
flujo de aire.
Similarmente, un barco genera empuje hacia adelante (o hacia atrás) cuando la
hélice empuja agua hacia atrás (o hacia adelante). El empuje resultante empuja al
barco en dirección contraria a la suma del cambio de momento del agua que fluye
a través de la hélice.
PRESION
La presión (símbolo p) es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza
en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo
se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema
Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se
denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N)
actuando uniformemente en un metro cuadrado (m²). En el Sistema Inglés la
presión se mide en libra por pulgada cuadrada que es equivalente a una fuerza
total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.
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La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la
cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando
sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera
uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:
En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar
distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:
Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se
pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:
Dónde:
, es la fuerza por unidad de superficie.
, es el vector normal a la superficie.
, es el área total de la superficie S.
PRESIÓN ABSOLUTA Y RELATIVA
En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino
como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión
relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica.
Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (Pa) más la
presión manométrica (Pm) (presión que se mide con el manómetro).
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PRESIÓN HIDROSTÁTICA E HIDRODINÁMICA
En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada
presión hidrodinámica por lo que debe especificarse a cuál de las dos se está
refiriendo una cierta medida de presión.
PRESIÓN DE UN GAS
En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada como el
resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las
moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por
lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas:
Para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una
velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas
del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede
calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes
en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la
presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.
La presión puede calcularse entonces como:
(Gas ideal)
Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de
calcular la presión de un gas sino porque relaciona una variable macroscópica
observable, la presión, con la energía cinética promedio por molécula, 1/2 mvrms²,
que es una magnitud microscópica no observable directamente. Nótese que el
producto de la presión por el volumen del recipiente es dos tercios de la energía
cinética total de las moléculas de gas contenidas.
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HIDROSTÁTICA
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica que estudia
los fluidos incompresibles en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas
que alteren su movimiento o posición, en contraposición a la dinámica de fluidos.
CARACTERISTICAS DE FLUIDOS
Se denomina fluido a aquél medio continuo formado por alguna sustancia entre
cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria
es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas
restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal
diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).
Los estados de la materia líquido, gaseoso y plasma son fluidos, además de
algunos sólidos que presentan características propias de éstos, un fenómeno
conocido como solifluxión y que lo presentan, entre otros, los glaciares y el
magma.
Las características principales que presenta todo fluido son:
Cohesión: Fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma
sustancia.
Tensión superficial: Fenómeno que se presenta debido a la atracción entre las
moléculas de la superficie de un líquido.
Adherencia: Fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos
sustancias diferentes en contacto.
Capilaridad: Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared
sólida, debido al fenómeno de adherencia. En caso de ser la pared un
recipiente o tubo muy delgado (denominados "capilares") este fenómeno se
puede apreciar con mucha claridad.
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PRESION DE UN FLUIDO EN EQUILIBRIO
En términos de mecánica clásica, la presión de un fluido incompresible en estado
de equilibrio se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Donde P es la presión, ρ es la densidad del fluido, g es la aceleración de la
gravedad y h es la altura.
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CONCLUSIÓN
Acerca de los temas abarcados mi conclusión es que son muy importantes para la
física, química y para la vida ya que esto lo aplicamos en nuestra vida diaria
aunque a veces no lo sabemos y ya con esta investigación entendí cada uno de
estos temas y como aplicarlos.
Densidad: La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa
contenida en un determinado volumen de una sustancia. Es la relación entre la
masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Peso específico: El peso es la fuerza que ejerce el planeta para atraer a los
cuerpos. La magnitud de la fuerza en cuestión también se conoce como peso.
Peso, por otra parte, se suele usar como sinónimo de masa, aunque este
concepto nombra específicamente el nivel de materia del cuerpo (más allá de la
fuerza gravitatoria).
Empuje: es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de
Newton y la tercera ley de Newton dice que si un cuerpo ejerce una fuerza sobre
un segundo cuerpo este ejerce una fuerza igual pero en sentido opuesto.
Presión: Es la variable intensiva definida como la fuerza ejercida sobre la unidad
de área. Presión = Fuerza / Área transversal a la dirección de la fuerza aplicada.
Hidrostática: La hidrostática, por su parte, es la rama de la mecánica que se
especializa en el equilibrio de los fluidos.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad
https://es.wikipedia.org/wiki/ Peso _ específico
https://es.wikipedia.org/wiki/ Empuje
https://es.wikipedia.org/wiki/ Presión
https://es.wikipedia.org/wiki/ Hidrostática