Post on 03-Jul-2022
Tema 1: Mecánica
1. Fuerza. Leyes de Newton.2. Movimiento sobreamortiguado.3. Trabajo y energía.4. Diagramas de energía.5. Hidrostática: presión.6. Principio de Arquímedes.7. Hidrodinámica: ecuación de Bernoulli.
8. Viscosidad.9. Tensión superficial.
1. Fuerza. Leyes de Newton(Gianc. 4.1-4.4)
2ª ley de Newton:Fuerza = masa x aceleración
• La aceleración es el cambio de la velocidad por unidad de tiempo. Sus unidades son (m/s)/s , es decir m/s2.
• Si la aceleración tiene el mismo signo que la velocidad, significa que el cuerpo se acelera. Si tienen signos opuestos, el cuerpo se frena.
• La unidad en el SI de la masa es el kilogramo (kg).
• La unidad en el SI de la fuerza es el newton (N= kg·m/s2).
2. Movimiento sobreamortiguado(Gianc. 5.6)
• En un fluido, la fuerza de fricción sobre un cuerpo es proporcional a la velocidad del mismo con respecto al fluido.• Un paracaidista de masa m se tira de un avión. Antes de abrir el paracaídas:
La velocidad terminal es:
Velocidad en función del tiempo:
Tiempo requerido para alcanzar un 63% de la velocidad terminal:
2. Movimiento sobreamortiguado(Gianc. 5.6)
• En general, si un cuerpo está en un fluido y sometido a una fuerza F:
• La ley de Newton nos dice que la aceleración es proporcional a la fuerza total.
• Pero, para cuerpos que se mueven en fluidos con fricción alta, la velocidad es proporcional a la fuerza aplicada.
• La velocidad terminal es:
• El coeficiente b viene dado por la ley de Stokes. Para una esfera de radio R en un fluido de viscosidad η:
• La velocidad en función del tiempo es:
• Tiempo característico:
3. Trabajo y energía (Gianc. 7,8,19)
Una fuerza aumenta o disminuye la velocidad de un cuerpo.
Energía cinética:
Descripción alternativa: la fuerza realiza trabajoy transfiere energía cinética al cuerpo.
desplazamiento d
fuerza F
Energía inicial + Trabajo = Energía final
Trabajo realizado por una fuerza constante:
3. Trabajo y energía
La energía es una cantidad que se conserva. Sólo puede transferirse de un sistema a otro.
Formas básicas de energía:◦ Energía cinética: la que tiene una partícula (un cuerpo,
una molécula, un átomo) por estar en movimiento:
◦ Energía potencial: la que tiene una partícula por estar en un campo de fuerzas conservativo (gravitatorio, eléctrico,…). Ejemplo: energía potencial de un cuerpo de masa m a una altura h debida al campo gravitatorio terrestre:
Unidades:julio
caloría
J.P Joule
3. Trabajo y energía
Formas de energía derivadas de las básicas:
◦ Energía interna de un sistema (cuerpo, gas, proteína, célula,…): es la suma de las energías cinéticas y potenciales de todoslos cuerpos que forman el sistema.◦ Energía química: energía interna de las
moléculas debida a la interacciones eléctricas entre sus átomos.◦ Energía eléctrica.
3. Trabajo y energíaFormas básicas de transferencia de energía:◦ Trabajo: cuando un sistema desplaza un cuerpo una
distancia d aplicando una fuerza F, el sistema transfiere al cuerpo una cantidad de energía W=Fd.
◦ Calor: transferencia de energía interna no causada por fuerzas macroscópicas.
Potencia: energía transferida por unidad de tiempo.
vatio (watt)
Ejemplo: potencia desarrollada por una fuerza F que mueve un cuerpo a velocidad v:
4. Diagramas de energía
Las reacciones químicas consisten en transformaciones entre moléculas que conllevan variación de la energía potencial de las mismas.
Grado de avance de reacción: es una coordenada que indica el avance de una reacción.
Diagrama de energía: es la energía potencial total de las moléculas involucradas en la reacción en función del grado de avance de reacción.
Estado de transición
Estado inicial
Estado final
5. Hidrostática: presión (Gianc. 13.3,13.4)
Densidad: masa por unidad de volumen:
El fluido ejerce presión en todos sus puntos y en todas direcciones.
Ecuación fundamental de la hidrostática:
Presión: fuerza por unidad de superficie:
pascal
6. Principio de Arquímedes (Gianc. 13.7)
Fuerza de flotación o empuje:
La fuerza neta debida a la presión es:
El empuje es igual al peso del fluido desalojado.
masa del fluido desalojado
Equilibrio:
Peso = Empuje
7. Hidrodinámica (Gianc. 13.8)
Caudal o flujo: volumen de fluido que atraviesa la sección de un conducto en la unidad de tiempo.
Ecuación de continuidad:
Si el fluido se desplaza a una velocidad v, en el tiempo Δt el cilindro más oscuro atravesará la sección A. El volumen de este cilindro es: A
Por tanto:
En un régimen estacionario, el flujo tiene que ser el mismo en todos los puntos de un conducto. Si no fuera así, se acumularía fluido en algunas zonas:
7. Ecuación de Bernoulli(Gianc. 13.9,13.10)
Cuando la porción azul de fluido se desplaza hacia la derecha, gana una energía potencial:
Gana una energía cinética:
El trabajo neto realizado por fuerzas externas a la porción de fluido es:
Conservación de la energía:
7. Ecuación de Bernoulli(Gianc. 13.9,13.10)
•Velocidad es nula:
Ecuación fundamental de la hidrostática
•Velocidad de salida en un orificio (teorema de Torricelli):
• Misma altura (efecto Venturi):
La presión disminuye en las zonas en las que el fluido tiene más velocidad. Aplicaciones: aeorosoles, chimeneas, madrigueras, vuelo de aviones y aves, ataque istémico,...
8. Viscosidad (Gianc. 13.11,13.12)
Viscosidad η es la ficción interna en un fluido.
Fenómenos asociados a la viscosidad:
• Caída de presión en flujos (ley de Poiseuille):
• Fricción o fuerza de arrastre (ley de Stokes):
9. Tensión superficial (Gianc. 13.13)
Energía de una superficie: