martes, 7 de noviembre de 2017

Guía 2do Parcial Física

Guía para entregar el día del examen antes de iniciar son 18 problemas en hojas blancas, el enunciado puede ser impreso o pegado o a mano pero el desarrollo es a mano , no se aceptan copias. La  entrega es su derecho a examen quien no la entregue no recibirá examen.


1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?
Solución:
Sabemos que
De los datos del problema sabemos que:
  • m = 600 gr.
  • V = 30 cm3
Entonces reemplazando en la formula:
ρ = m / V
ρ = 
ρ = 

2. ¿Cuál es la densidad de un material si tiene una masa de 20 kg y un volumen total de 2 metros cúbicos?
Respuesta: 10 Kg / m3

3.¿Cuál es la densidad de un material si tiene una masa de 12 libras y un volumen de 6 m3?
Solución:
Primero tenemos que pasar la masa de libras a kilogramos
Sabemos que:  1 libra = 0,45 Kilogramos
Entonces: 12 libras = 0,45 x 12 Kg = 5,4 Kg
  • masa (m) = 5,4 Kg
  • V = 6 m3
Reemplazando en la formula de la densidad:
ρ = m / V
ρ = 
ρ = 

4. La densidad del agua es 1.0 g/cm cúbico, ¿Qué volumen ocupara una masa de 3000 gr?
Solución:
Según los datos del problema:
  • ρ = 1 g / cm3
  • m = 3000 gr
Reemplazando en la formula de la densidad:
ρ = m / V
1 gr / cm3 =m/V
V =
V = 

5. La densidad del Cobre es 8.9 g/cm cúbico ¿Qué volumen ocupara una masa de 500 gr?
Respuesta: V = 56,179 cm3

6. La densidad del aire es 0.00129 g/cm cúbico ¿Qué volumen ocupara una masa de 10000 gr?
Respuesta: V = 7751937,98 cm3

7. Un trozo de material tiene un volumen de 2 cm cúbicos si su densidad es igual 2.7 gr / cm cúbico ¿Cuál es su masa?
Solución:
Según los datos del problema:
  • ρ = 2,7 gr / cm
  • V = 2 cm3
De la formula de la densidad:
ρ = m / V
m = 
m = 

8. Un trozo de oro tiene un volumen de 1 cm cúbico, si la densidad del oro es 19.30 gr/cm cúbico. ¿Cuál es su masa?
Respuesta: masa = 19,30 gr
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9.- Ejercicios del Principio de Pascal

  Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora hidráulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeño circular de 8 cm de radio. Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño.

 En este ejercicio nos dan datos para calcular las dos superficies o áreas y calculamos F1 despejando (la superficie podemos ponerla con A, o con S, es lo mismo). 

 F1/A1 = F2/A2

 S2 = π R^2 = π 0,52 = 0,785 m^2             S1 = π R^2 = π 0,082 = 0,0201 m^2 

 F2 = m g = 1000 · 9,8 = 9800 N

 Si multiplicamos en cruz y despejamos F1 = F2 · A1 / A2 introduciendo los datos anteriores: F1 = 251 N

 10.El area de un piston en una bomba de fuerza es de 10cm^2, ¿Que fuerza se requiere para elevar agua con el piston hasta una altura de 10m? sabiendo que la densidad del fluido en el pistón tiene una densidad de 800 kg/m^3

 11. Calcula la fuerza obtenida en el émbolo mayor de una prensa hidráulica si en el menor se hacen 5 N y los émbolos circulares tienen triple radio uno del otro. Solución = 45N

12. Sobre el plato menor de la prensa anterior se coloca una masa de 6 kg, calcula qué masa se podría levantar colocada en el plato mayor. Solución = 54Kg

 13) Sobre el plato menor de una prensa se coloca una masa de 16kg. Calcula qué masa se podría levantar colocada en el plato mayor, cuyo radio es el doble del radio del plato menor.
14. Determinar el tiempo que tarda en fluir 985lt de un fluido desconocido por un ducto de 20cm de diámetro sabiendo que circulan a razón de 35Km por cada 56min.

Ejercicio 14.

Por una tubería horizontal de 20 mm de diámetro interno circula un fluido con una velocidad de 3 m/s.

a) Calcula el caudal.

b) Calcula la sección de otra sección de la misma líena de 10 mm de diámetro interior.

c) Si el fluido es agua, calcula la diferencia de alturas entre dos tubos verticales colocados inmeidatamente antes y después del estrechamiento.

Dato: Densidad del agua 1 g/cm3.

Ejercicio 15.

Una tubería horizontal de 20 mm de diámetro interior conduce agua con una velocidad de 1 m/s. La presión en la entrada es de 10.000 Pa. En la salida hay un estrechamiento de 10 mm de diámetro.

Despreciando el rozamiento, calcula la presión a la salida:

Ejercicio 16.

Un cilindro vertical tiene un diámetro interior de 150 mm y un agujero en la pared lateral, cerca de la base con un diámetro de 5 mm. Si se mantiene constante el nivel de agua en su interior en 350 mm por encima del agujero, calcula la velocidad de salida del chorro de agua.

Ejercicio 17.

Calcula el caudal de un fluido que circula por una tubría con un diámetro interior de 30 mm sabiendo que su velocidad es de 4 m/s. 

Datos del fluido: Densidad 850 kg/m3,
18. Observa el esquema siguiente. Describe los elementos que lo corresponden y responde:
¿Qué representa?
¿Para que sirve?
¿En qué principio está basado su funcionamiento?







martes, 3 de octubre de 2017

Densidad y Empuje


1.- ¿Cómo es la densidad media de un objeto, por ejemplo un pez, que está “a dos aguas” en una pecera de agua dulce?
El peso de 1 l de agua dulce es de 10,5 N.
Explica tu respuesta.

SOLUCIÓN:
Debemos partir, tal como se explicó en clase, de que, cuando un objeto está a dos aguas, la densidad media del objeto es igual a la densidad del fluido en el que se encuentra sumergido. Es decir, la densidad media del pez debe ser igual a la densidad del agua dulce en la que se encuentra. Por lo tanto el problema se reduce a calcular la densidad del agua dulce con los datos que se nos proporcionan.

Fórmulas: d = m/V y P = m x g

Calculamos la masa que hay en 1 l de agua dulce:
P = m x g; m = P/g = 10,5 / 10 = 1,05 kg

Calculamos la densidad:
D = m/V = 1,05Kg / 1 l = 1,05 kg/l

Resultado: Densidad media del pez = 1,05 kg/l



2. Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza resultante.

El signo ^ antes de un número indica que esta elevado a esa potencia m^2 es metros cuadrados

Solución:

El empuje viene dado por E = ρagua Vsumergido g,  la masa específica del agua es un valor conocido (1000 kg/m^3), lo único que se debe calcular es el volumen sumergido, en este caso es el de la bola de acero. Se utiliza la fórmula del volumen de una esfera.

Volumen: 5,236 · 10^-4 m^3

E = ρagua·Vsumergido·g  = 1000 · 5,236 · 10^-4 · 9,8 = 5,131 N


El empuje es una fuerza dirigida hacia arriba, y el peso de la bola hacia abajo. La fuerza resultante será la resta de las dos anteriores.

W= mg = ρvg

ρacero = 7,9 g/cm^3 = 7900 kg/m^3       

m = ρacero · V = 7900 · 5,234 · 10-4 = 4,135 kg

P = m · g = 4,135 · 9,8 = 40,52 N

Fuerza Resultante: P - E = 35,39 N, hacia abajo, por lo que la bola tiende a bajar y sumergirse.


3. Se desea calcular la masa específica o densidad de una pieza metálica, para esto se pesa en el aire dando como resultado 19 N y a continuación se pesa sumergida en agua dando un valor de 17 N.


Solución:


Se sabe por enunciado que la fuerza de empuje corresponde a 2 N. De acuerdo a esto, se calcula el volumen sumergido:

E = ρagua·Vsumergido·g            2 = 1000 · V · 9,8         despeja V    V = 2,041 · 10-4 m3
Luego se calcula la masa:

m = P/g = 19/9,8 = 1,939 kg.

Finalmente, se calcula la densidad o masa específica ya que tenemos m y V:

 ρ= m/V = 1,939/2,041 · 10^-4 = 9499 kg/ m^3







ESFUERZOS


Ejemplos resueltos de Presión

1.- ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?
Solución: Para ello vamos a tomar nuestros datos que el problema nos provee, por ejemplo nos da una fuerza de 120 N, y a su vez un área de 0.040  , por lo que tenemos:
\displaystyle F=120N
\displaystyle A=0.040{{m}^{2}}
\displaystyle P= ?
Reemplazando estos datos en nuestra fórmula tenemos:
\displaystyle P=\frac{F}{A}=\frac{120N}{0.040{{m}^{2}}}=3000Pa
Por lo que obtenemos un total de 3000 pascales de presión o N/\displaystyle {{m}^{2}} ejercidas sobre la superficie.

2.- Una persona de 84 kg se para sobre la losa de una casa que tiene por superficie 225 metros cuadrados. ¿Cuál será la presión que esta persona ejerce sobre la losa?
Solución: En este caso tenemos nos hace falta encontrar una fuerza, puesto que no nos la proporciona el problema, sin embargo podemos hallarla de una manera muy sencilla. 🙂
Recordemos que la fuerza es igual al peso, entonces podemos calcular el peso de la persona mediante la siguiente fórmula:
\displaystyle w=mg
Es decir que el peso es el producto de la masa multiplicada por la gravedad y con ello obtendremos la fuerza que necesitamos, por lo que:
\displaystyle w=(84kg)(9.81\frac{m}{{{s}^{2}}})=824.04N
Ahora si podemos calcular la presión ejercida sobre la losa
\displaystyle P=\frac{F}{A}=\frac{824.04N}{225{{m}^{2}}}=3.6624Pa
Sí el área es un cuadro, cuáles son los lados de este:  A= l x l   l=______

Si en lugar de ser una persona de 84 kg fueran 50 personas de 80Kg cada una ¿cuál será la presión?


3.- La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1 x10^5 Pa . ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 50 cm x 75 cm?
Solución: En este caso nos pide hallar la fuerza que se ejerce sobre la ventana, para ello vamos a tomar nuestros datos:
\displaystyle P=1x{{10}^{5}}Pa
\displaystyle A=(50cm)(75cm)=3750c{{m}^{2}}
\displaystyle F= ?

Antes de poder reemplazar en la fórmula nuestros datos, debemos recordar que el área no lo podemos trabajar con centímetros cuadrados, para ello debemos convertir esa área en metros cuadrados, aplicando el siguiente factor de conversión, recuerda que 1\displaystyle {{m}^{2}} = 100 cm x 100 cm =10000c\displaystyle {{m}^{2}} 
\displaystyle A=3750c{{m}^{2}}\left( \frac{1{{m}^{2}}}{10,000c{{m}^{2}}} \right)=0.375{{m}^{2}}
Ahora si podemos reemplazar en nuestra fórmula
\displaystyle P=\frac{F}{A}
Solo que el problema nos pide la fuerza, no la presión… Entonces vamos a despejar a “F”
\displaystyle F=P\cdot A
Reemplazando datos
\displaystyle F=(1x{{10}^{5}}pa)(0.375{{m}^{2}})=37500N treinta y siete mil Newtos = 37 K Newtons
O lo que es igual a
\displaystyle 37.5kN (Kilo Newtons) Kilo no es de masa, la K de kilo es igual a mil.
Kg = mil gramos  Km= mil metros    KHz=milHertz 

ESFUERZO

Esfuerzo lo denotan con la letra S




Ejemplo 4.
De un alambre de cobre de 1,5 m de longitud y 2 mm de diámetro se cuelga un peso de 8kg. Se pregunta:

a) ¿Hemos rebasado el límite de elasticidad? b) ¿Se romperá el alambre? c) En caso de ser negativas las preguntas anteriores, ¿cuál es su alargamiento? Módulo de Young = 12x1010N/m2
Límite de elasticidad de 3x107 a 12x107N/m2. Límite de ruptura de 20x107 a 50x107N/m2.