miércoles, 21 de septiembre de 2016

Densidad, peso específico, principio de pascal y Arquímedes

•  ¿QUE ES LA DENSIDAD?D?
    La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), pero también lo está con el peso. Así, un cuerpo pequeño que es mucho más pesado que otro más grande es también mucho más denso.La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), pero también lo está con el peso. Así, un cuerpo pequeño que es mucho más pesado que otro más grande es también mucho más denso.
  Nos dice cuánta materia hay de esa sustancia en cierto espacio.
 • Hay sustancias más densas que otras:
 • el agua, el aceite o el sirope.
     
FORMULA:
d = densidad
d = m/v = masa/ volumen = kg/m3

                                                PesO  ESPECIFICO
El peso específico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.
Pe = P/v = peso/volumen = Newton/m3
La unidad del peso específico en el SI es el N/m3
La relación entre peso específico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:
siendo g la aceleración de la gravedad.
Peso = P = m*g = masa*gravedad
Sustituimos P en la formula de Pe y tenemos que:
Pe = (m*g)/v = d*g = densidad por aceleración de la gravedad

EJERCICIOS DE DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO
1.- PARA DETERMINAR EL VALOR DE LA DENSIDAD DE UN TROZO DE ORO, SE MIDIÓ SU MASA Y SE ENCONTRÓ UN VALOR IGUAL A 50g; AL MEDIR SU VOLUMEN ÉSTE  FUE DE 2.587 cm3 . CALCULAR EL VALOR DE LA DENSIDAD.
DATOS               FÓRMULA                      SUSTITUCIÓN Y                                                                                       RESULTADO 
m= 50g              p=m/V                                                                                                                         p=50g/2.587cm3=19.327g/cm3
V=2.587cm3
P=?



2.-0.5kg  DE ALCOHOL ETÍLICO OCUPAN UN VOLUMEN DE 0.000633cm3.
CALCULAR:
A)¿CUÁL ES LA DENSIDAD?
B)¿CUÁL ES EL PESO ESPECÍFICO?
DATOS                FÓRMULA                  SUSTITUCIÓN Y                                                                                     RESULTADO
p=?                    A) p=m/V          A)                                                                         B)Pe=pg                                                                                                                     p=m/V=0.5kg/0.000633m3=
                                                                     798.88kg/m3
m=0.5kg           B)Pe=pg                                                                                                                                                                                                                   B)
                                                    Pe=pg=789.88kg/m3*9.8m/s2=
                                                                   7740.92N/m3
V=0.000633m3
g=9.8m/s2
Pe=?


PPRIncipio de Arquímedes 
Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir  cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba.

Cuando en un vaso lleno de agua sumergimos un objeto, podemos ver que el nivel del líquido sube y se derrama cierta cantidad de líquido. Se puede decir que un cuerpo que flota desplaza parte del agua.

Arquímedes , quien era un notable matemático y científico griego, se percató de estas conclusiones mientras se bañaba en una tina, al comprobar cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló la siguiente ley que lleva su nombre:
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado.
Cuerpos sumergidos
Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso , que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.
Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico , que es igual a su peso dividido por su volumen .
Entonces, se pueden producir tres casos:
1. si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.
2. si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.
3. Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

EJEMPLOS:
Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza resultante. Datos: Densidad del acero 7,9 g/cm3
El empuje viene dado por E = dagua • Vsumergido • g   la densidad del agua se da por conocida (1000 kg/m3), nos queda calcular el volumen sumergido, en este caso es el de la bola. Utilizando el volumen de una esfera:           V = 4/3 p R3 = 4/3 p 0,053 = 5,236 • 10-4 m3    por tanto el empuje quedará:
E = dagua•Vsumergido•g  = 1000 • 5,236 • 10-4 • 9,8 = 5,131 N
Sobre la bola actúa el empuje hacia arriba y su propio peso hacia abajo, la fuerza resultante será la resta de ambas. El empuje ya lo tenemos, calculamos ahora el peso P = m • g, nos hace falta previamente la masa de la bola, esta se calcula con su densidad y el volumen (la densidad del acero debe estar en S.I.).
dacero = 7,9 g/cm3 = 7900 kg/m3         m = dacero • V = 7900 • 5,234 • 10-4 = 4,135 kg
P = m • g = 4,135 • 9,8 = 40,52 N
Como vemos el peso es mucho mayor que el empuje, la fuerza resultante será P - E = 35,39 N hacia abajo y la bola se irá al fondo.

Se desea calcular la densidad de una pieza metálica, para ello se pesa en el aire dando un peso de 19 N y a continuación se pesa sumergida en agua dando un peso aparente de 17 N. calcula la densidad del metal.
Si en el agua pesa 2 N menos que fuera es que el empuje vale 2 N, utilizando la fórmula del empuje podemos sacar el volumen sumergido, es decir, el volumen de la pieza.
E = dagua•Vsumergido•g            2 = 1000 • V • 9,8            V = 2,041 • 10-4 m3
Sabiendo el peso real de la pieza sacamos su masa   m = P/g = 19/9,8 = 1,939 kg.
Ya sabemos el volumen de la pieza y su masa, por tanto su densidad será:
d = m/V = 1,939/2,041 • 10-4 = 9499 kg/m3

Principio de pascal
Un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen.
El principio de Pascal fundamenta el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas: la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la grúa, entre otras.
Este dispositivo, llamado prensa hidráulica, nos permite prensar, levantar pesos o estampar metales ejerciendo fuerzas muy pequeñas. Veamos cómo lo hace.

ejemplos:
1) Se desea elevar un cuerpo de 1500kg utilizando una elevadora hidráulica de plato grande
circular de 90cm de radio y plato pequeño circular de 10cm de radio. Calcula cuánta fuerza hay
que hacer en el émbolo pequeño para elevar el cuerpo.
Recordemos en primer lugar la fórmula del Principio de Pascal, que nos permitirá resolver todos
estos problemas relativos a prensas hidráulicas:
F1/S1 = F2/S2
Las dos F son, obviamente, las fuerzas ejercidas sobre los dos émbolos o platos, cada uno con una
superficie S. La idea es que, en una prensa hidráulica, una fuerza pequeña sobre el plato pequeño
nos sirve para mover un peso (fuerza) grande sobre el plato grande.


Calculamos cada uno de los términos:
F1 = ?
F2 = P2 = m2·g = 1500·9,8 = 14700N
S1 = π·R1
2
= π·0,12
= 0,0314m2
S2 = π·R2
2
= π·0,92
= 2,54m2
F1/S1 = F2/S2
F1/0,0314 = 14700/2,54
F1 = 5787,40·0,0314 = 181,72N
Obviamente, nos tiene que salir una fuerza mucho más pequeña que F2 (el peso sobre el émbolo
grande).



2) Calcula la fuerza obtenida en el émbolo mayor de una prensa hidráulica si en el menor se hacen15N y los émbolos circulares tienen cuádruple radio uno del otro.
Muy parecido al anterior, y si parece que faltan datos es porque no nos hacen falta. Vamos asustituir lo que sabemos en la fórmula del principio de Pascal:
F1 = 15N F2 = ? S1 = π·R1 2 (no podemos sustituir nada, así que lo dejamos así) S2 = π·R2 2 = π·(4R1) 2 = π· 16R1 2
F1/S1 = F2/S2
15/π·R12 = F2/π·16R12
Simplificamos
15/1 = F2/16
F2 = 15·16 = 240N

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