FISICA II

(Cuarto Semestre)

UNIDAD 1 HIDRAULICA

HIDROSTATICA

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

Viscosidad. Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.

Tensión superficial. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre moléculas de un líquido.

Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.

Adherencia. Es la 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, especialmente si son tubos muy delgados llamados capilares.

VIDEO DE LOS ALUMNOS DE MI SALON (NO SE PUDO SUBIR )

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DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO

DENSIDAD

La densidad ρ (rho) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

$\rho = \frac{m}{V}\,$

PESO ESPECIFICO

El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.

Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.

Llamando p al peso y v al volumen, el peso específico, Pc, vale:

Pc= p/v

PRESION Y PRESION HIDROSTATICA

La presión P es la magnitud de la fuerza F que actúa perpendicularmente a una superficie, dividida entre el área A de sección transversal donde la fuerza actúa.

P = F/A

En el SI la presión se mide en N/m^2, lo que equivale a un Pascal (PA).

La presion hidrostatica es la fuerza por unidad de area que ejerce un liquido en repososobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentresumergido, como esta presion se debe al peso del liquido, esta presion depende de ladensidad(p), la gravedad(g) y la profundidad(h) del el lugar donde medimos la presion(P)P=p*g*hSi usas las Unidades del Sistema Internacional la Presion estara en Pascales(Pa=N/m^2)

PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la presión en todo el fluido es constante.
La presión en todo el fluido es constante: esta frase que resume de forma tan breve y concisa la ley de Pascal da por supuesto que el fluido está encerrado en algún recipiente, que el fluido es incompresible... El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.
También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidraulicas.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

Enunciado por Arquímedes de Siracusa, que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (N) y se formula de la siguiente manera:

|E| = mg = pgV

Donde:

E: Empuje

p: densidad del fluido

g: aceleración de la gravedad

V: volumen del fluido desplazado

m: masa

* LIQUIDOS EN MOVIMIENTO

FLUJO Y GASTO

En física es la cantidad de volumen o de agua que pasa por un tubo o conducto a través de uun tiempo determinado.

El gasto se representa de la sig. manera;

g=v/t ó g=VA

Las unidades de medida de esto son;

m³ / seg

Flujo

Es la cantidad de masa de un liquido que fluye a través de una tubería en un segundo.

El flujo se define como;

F=M/T

F=ρV/T

F=ρG

Sus unidades de medida son;

kg/seg

Ahora pondremos un ejemplo de los casos anteriores;

Por una tubería fluyen 1800 litros de agua en 1 minuto, calcular;

a) gasto

b) flujo

Primero convertimos de unas unidades a otras;

1m=60s

1800litros=1.8m³

g=V/T g=1.8/60 g=0.03 m³/seg

f=ρG f=1000kg/m³ f=30kg/seg

ECUACION DE CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.

Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se debe cumplir que:

Que es la ecuación de continuidad y donde:

S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.
v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.

Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma proporción y viceversa.

PRINCIPIO DE BERNOULLI

También denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli y expresa que en un fluido ideal en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido consta de 3 componentes:

Cinética: Es la energía debida a la velocidad que posea un fluido

Potencial gravitacional: Es la energía debido a la altitud que un fluido posea

Energía de flujo: Es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee

Ecuación: P1 + 1/2 PV1^2 + Pgh = P2 + 1/2 PV2^2 + Pgh2

Donde:

P: presión

V: velocidad del fluido

P: densidad del fluido

g: aceleración gravitatoria

h: altura

TEOREMA DE TORRICELLI

El teorema de Torricelli es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio":

$V_t = \sqrt{{2\cdot g\cdot\left ( h + \frac {v_0^2} {2\cdot g} \right ) }}$

Donde:

$\ V_t$ es la velocidad teórica del líquido a la salida del orificio
$\ v_0$ es la velocidad de aproximación o inicial.
$\ h$ es la distancia desde la superficie del líquido al centro del orificio.
$\ g$ es la aceleración de la gravedad

UNIDAD 2

CALOR Y TEMPERATURA

TEMPERATURA

GENERALIDADES SOBRE LA TEMPERATURA

La temperatura es una propiedad física que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinámica es más complejo, a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene más que ver con lasensación térmica (ver más abajo), que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por la particula.

La temperatura está íntimamente relacionada con la energía interna y con la entalpía de un sistema: a mayor temperatura mayores serán la energía interna y la entalpía del sistema.

La temperatura es una propiedad intensiva, es decir, que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del que este compuesto.

EQUILIBRIO TERMICO

Es el estado en el que se igualan las Temperaturas de dos cuerpos en cuyas condiciones iniciales tenian diferentes temperaturas. Al igualarse las Temperaturas se suspende el flujo de calor, el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.

ESCALAS TERMICAS

ESCALA FARENHEIT

Es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala establece como las temperaturas de congelación y ebullición del agua, 32 °F y 212 °F, respectivamente.

ESCALA CELSIUS

Es la unidad termométrica cuya intensidad calórica corresponde a la centésima parte entre el punto de fusión del agua y el punto de su ebullición en la escala que fija el valor de cero grados para el punto de fusión y el de cien para el punto de ebullición.

El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades, con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin que es la unidad básica de temperatura en dicho sistema.

Anders Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición y de congelación del agua, asignándoles originalmente los valores 0 °C y 100 °C, respectivamente.

ESCALA ABSOLUTA

La Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (0 K ó −273,15 °C). Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo símbolo es K.

TRANSFORMACIONES ENTRE LAS 3 ESCALAS

DILATACION TERMICA

DILATACION

Cuando un cuerpo recibe calor, sus partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse y, por tanto, el volumen del cuerpo aumenta. A este aumento de volumen se le llama dilatación.

A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica.

Dilatación Lineal

Es aquella en la que predomina la variación en una (1) dimensión de un cuerpo, es decir: el largo. Ejemplo : dilatación en hilos, cabos y barras.

Dilatación Superficial

Es aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.

Dilatación Volumétrica

Es aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.

DILATACION DE LOS SOLIDOS

Para sólidos, el tipo de coeficiente de dilatación más comúnmente usado es el coeficiente de dilatación lineal α_L. Para una dimensión lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y después de cierto cambio de temperatura, como:

$\alpha_L = \frac{d\ln L}{dT} \approx \frac{1}{L}\frac{\Delta L}{\Delta T}$

DILATACION DE LOS LIQUIDOS

En gases y líquidos es más común usar el coeficiente de dilatación volumétrico $\alpha_V$ o $\beta$ , que viene dado por la expresión:

$\alpha_V = \frac{d\ln V}{dT}\approx \frac{1}{V}\frac{\Delta V}{\Delta T}$

DILATACION IRREGULAR DEL AGUA

Una de las propiedades físicas más curiosas e importantes del agua es su dilatación anómala.
La experiencia nos dice que, cuando calentamos un cuerpo, se dilata y, cuando lo enfriamos, se contrae. Pero con el agua esto no sucede así. Cuando el agua se congela, se dilata. Es decir, aumenta de volumen: una masa de hielo tiene mayor volumen que la misma masa de agua. Este hecho se denomina dilatación anómala del agua.
La densidad del agua varía con la temperatura, de forma que la densidad máxima (1 g/cm3) corresponde al agua líquida a una temperatura de 3,98 ºC. El hielo es menos denso. También es menos densa el agua más caliente.
Gracias a la dilatación anómala del agua es posible la vida en los ecosistemas acuáticos

CONCEPTO Y TRANSMISION DE CALOR

CONCEPTO DE CALOR

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.

TRANSMISION DE CALOR

La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica.

CALOR ESPECIFICO

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se le representa con la letra $c\,\!$ .

CALOR LATENTE

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura; por tanto al cambiar de GASEOSO a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.

CALOR CEDIDO Y CALOR GANADO

Regularmente en temporada de calor se antoja un vaso con hielo. Si el vaso lo dejas en la mesa observaras que con el paso del tiempo el agua empieza a disminuir de temperatura y que el hielo que se le habia agregado al agua ya no está. Nuestro sistema hielo y vaso de agua han alcanzado el equilibrio. El hielo ha ganado calor por eso ha cambiado de fase y el vaso con agua ha cedido calor al hielo por eso ahora tiene una menor temperatura que al inicio. La temperatura de equilibrio se encuentra entre la temperatura inicial del hielo y la temperatura inicial del vaso con agua.

Con lo dicho anteriormente podemos concluir que el calor ganado tiene que ser igual al calor perdido.

Q1=Q2