Reporte de Física II

Alumno: Juan Jose López Rodríguez

Materia: Física II

Maestro: Mateo Rodríguez Falcón

Informática: 5°A

Temas Sobre el Reporte:

1.Hidrodinámica

2.Ecuación De la Continuidad

3.Fuerza

Botella con un agujero

Hacemos un pequeño agujero en la botella de plástico, aproximadamente a lamitad de su altura, lo tapamos provisionalmente (por ejemplo con el dedo) yllenamos la botella completamente de agua, tapándola seguidamente.

Al quitar el dedo del agujero se observa que no sale agua. Pero, al quitarel tapón de la botella, observamos que sale un chorro de agua por elorificio.

Al mantener la botella con el tapón puesto, la presión interna sobre elagujero (la presión ejercida por el aire contenido en la botella más lapresión ejercida por la columna de agua que hay por encima del agujero) esigual a la presión externa (la presión atmosférica) Por esto no sale aguapor el agujero.

Si quitamos el tapón, permitiendo que el aire (y la presión atmosférica)entre por la parte superior de la botella, se rompe el equilibrio anterior.La presión interna sobre el agujero (la presión atmosférica en el interiorde la botella más la presión ejercida por la columna de agua sobre elagujero) es superior a la presión externa (la presión atmosférica). Estadiferencia de presión impulsa el agua fuera de la botella

Es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidosen movimiento. Para ello considera entre otras cosas la velocidad, lapresión, el flujo el gasto del líquido. En el estudio de la hidrodinámica,el teorema de Bernoulli, que trata de la ley de la conservación de laenergía, es de primordial importancia, pues señala que la suma de lasenergías sin ética, potencial y de presión de un líquido en movimiento enun punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera. Lahidrodinámica investiga fundamentalmente a los fluidos incompresibles, esdecir, a los líquidos, pues su densidad prácticamente no varía cuandocambia la presión ejercida sobre ellos. Cuando un fluido se encuentra enmovimiento una capa se resiste al movimiento de otra capa que se encuentraparalela y adyacente a ella; a esta resistencia se le llama viscosidad.Para que un fluido como el agua el petróleo o la gasolina fluyan por unatubería desde una fuente de abastecimiento, hasta los lugares de consumo,es necesario utilizar bombas ya que sin ellas las fuerzas que se oponen aldesplazamiento entelas distintas capas de fluido lo impedirán. Lahidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos. Para el estudio de la

hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes Queel fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varíacon el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases. Seconsidera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que sesupone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menorcomparándola con la inercia de su movimiento. Se supone que el flujo de loslíquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidaddel líquido en un punto es independiente del tiempo. La hidrodinámica tienenumerosas aplicaciones industriales, como diseño decanales, construcción depuertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc. Daniel Bernoullifue uno de los primeros matemáticos que realizó estudiosdehidrodinámica.TEOREMA GENERAL DE LA Hidrodinámico está del todo claro sifue el padre, Johann Bernoulli (1667-1748) o el hijo, Daniel Bernoulli(1700-1782), el benefactor de la humanidad que descubrió la fórmula que–para evitar problemas familiares– llamamos simplemente Principio deBernoulli. Esta ecuación surge de la aplicación del principio deconservación de la energía mecánica, pero aplicada a un fluido. Por casogeneral tomemos una corriente en un tubo de ancho variable que ademáscambia de altura. En esta corriente de fluido ideal se cumple que + δ g h +½ δ v² = cte. Analicemos por separado cada uno de los tres términos, elprimero. P es presión, y representa al trabajo que realiza sobre una masade fluido, la masa de fluido de atrás que viene empujando. A este términose lo llama PRESIÓN HIDROSTÁTICA. Proviene de dividir el trabajo de unafuerza exterior (L) sobre una masa de fluido, por su volumen g h, elsegundo. Densidad por gravedad por altura. Este término representa laenergía potencial del fluido: la energía que posee simplemente por estar acierta altura sobre la Tierra (recordó lo agradable que es ducharse en unacasa cuyo tanque de agua está bien, pero bien alto). A este término se lollama presión hidrodinámica. Proviene de dividir la energía potencialgravitatoria de una masa cualquiera de fluido g h, por su volumen.½ δ v²,el tercero. Un medio por la densidad por la velocidad de la corriente alcuadrado. Este término representa la energía cinética del fluido.

5. Artículo principal: Caudal (fluido).El caudal o gasto es una de lasmagnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como elvolumen de líquido que fluye por unidad de tiempo. Sus unidades en elSistema Internacional son losm3/s y su expresión matemática: Esta fórmulanos permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en ciertointervalo de tiempo o determinar el tiempo que tardará en pasar ciertacantidad de líquido. APLICACIÓN DE LA HIDRODINÁMICA Las aplicaciones de lahidrodinámica, se pueden ver en el diseño de canales, puertos, prensas,

cascos de barcos, hélices, turbinas, y ductos en general. El gasto sepresenta cuando un líquido fluye a través de una tubería, que pordefinición es: la relación existente entre el volumen del líquido que fluyepor un conducto y el tiempo que tarde en fluir= v/tDonde:G= Gasto en m3/sv=volumen del líquido que fluye en m3t= tiempo que tarda en fluir el líquidoen El gasto también puede calcularse si se conoce la velocidad del líquidoy el área de la sección trasversal de la tuviera. Para conocer el volumendel líquido que pasa por el punto 1 al 2 de la tubería, basta multiplicarentre si el área, la velocidad del líquido y el tiempo que tarda en pasarpor los puntos

Problema

Considere una manguera de sección circular de diámetro interior de 2.0 cmpor la que fluye agua a una tasa de 0.25 litros por cada segundo ¿Cuál esla velocidad del agua en la manguera ¿ El orificio de la boquilla de lamanguera es de 1.0cm de diámetro interior

¿ cual es la velocidad de salida del agua?

Solucion

Disponemos del flujo de agua que circula por la manguera que es de 0.25lt/s de tal manera que según la ecuación

G= A v

Por lo que

Vm = GA = ¿¿= 79.6 cm / s

Ahora la Ecuacion permite calcular la velocidad de salida de agua por laboquilla , puesto que el flujo que pasa por la manguera es el mismo quepasa por la boquilla

Es Decir , se deben cumplir la relación

Am Vm = Ab Vb Vb= AmVm

Ab=GAb

Vb=0.25x103 cm

3

s3.14x0.52cm2

=316.5cm /s

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

Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección delconducto por la velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dospuntos 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 delconducto.

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 lolargo de todo el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad delflujo aumenta en la misma proporción y viceversa.

En la imagen de la derecha puedes ver como la sección se reduce de A1 a A2.Teniendo en cuenta la ecuación anterior:

Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional alo que se reduce la sección.

ProblemaUn caudal de agua circula por una tubería de 1 cm de sección interior a unavelocidad de 0,5 m/s. Si deseamos que la velocidad de circulación aumente hasta los 1,5 m/s, ¿qué sección ha de tener tubería que conectemos a la anterior?

Aplicando la ecuación de continuidad:

 

 

Sustituyendo por la expresión de la superficie del círculo:

 

 

 

Simplificando y despejando:

 

 

 Sustituyendo:

 

Experimento

El experimento que hicimos no fue tan complicado solamente abrimos el grifoy observamos detenidamente como el hilo del el grifo hasta el drenaje sehacia mas y mas delgado

FuerzaLa fuerza es un modelo matemático de intensidad de las interacciones, juntocon la energía. Así por ejemplo la fuerza gravitacional es la atracciónentre los cuerpos que tienen masa, el peso es la atracción que la Tierraejerce sobre los objetos en las cercanías de su superficie, la fuerzaelástica es el empuje o tirantez que ejerce un resorte comprimido oestirado respectivamente, etc. En física hay dos tipos de ecuaciones defuerza: las ecuaciones "causales" donde se especifica el origen de laatracción o repulsión: por ejemplo la ley de la gravitación universal deNewton o la ley de Coulomb y las ecuaciones de los efectos (la cual esfundamentalmente la segunda ley de Newton).

La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformarlos cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia yponerlos en movimiento si estaban inmóviles (efecto dinámico). En estesentido la fuerza puede definirse como toda acción o influencia capaz demodificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (imprimiéndoleuna aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad).

Comúnmente nos referimos a la fuerza aplicada sobre un objeto sin tener encuenta al otro objeto u objetos con los que está interactuando y queexperimentarán, a su vez, otras fuerzas. Actualmente, cabe definir lafuerza como un ente físico-matemático, de carácter vectorial, asociado conla interacción del cuerpo con otros cuerpos que constituyen su entorno.

El concepto de fuerza fue descrito originalmente por Arquímedes, si bienúnicamente en términos estáticos. Arquímedes y otros creyeron que el"estado natural" de los objetos materiales en la esfera terrestre era elreposo y que los cuerpos tendían, por sí mismos, hacia ese estado si no seactuaba sobre ellos en modo alguno. De acuerdo con Aristóteles laperseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente (algo queparece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas defricción pueden pasar desapercibidas).

Galileo Galilei (1564-1642) sería el primero en dar una definición dinámicade fuerza, opuesta a la de Arquímedes, estableciendo claramente la ley dela inercia, afirmando que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerzapermanece en movimiento inalterado. Esta ley, que refuta la tesis deArquímedes, aún hoy día no resulta obvio para la mayoría de las personassin formación científica.

Se considera que fue Isaac Newton el primero que formuló matemáticamente lamoderna definición de fuerza, aunque también usó el término latino visimpressa ('fuerza impresa') y vis motrix para otros conceptos diferentes.Además, Isaac Newton postuló que las fuerzas gravitatorias variaban segúnla ley de la inversa del cuadrado de la distancia.

Charles Coulomb fue el primero que comprobó que la interacción entre cargaseléctricas o electrónicas puntuales también varía según la ley de lainversa del cuadrado de la distancia (1784).

En 1798, Henry Cavendish logró medir experimentalmente la fuerza deatracción gravitatoria entre dos masas pequeñas utilizando una balanza detorsión. Gracias a lo cual pudo determinar el valor de la constante de lagravitación universal y, por tanto, pudo calcular la masa de la Tierra.

Con el desarrollo de la electrodinámica cuántica, a mediados del siglo XX,se constató que la "fuerza" era una magnitud puramente macroscópica surgidade la conservación del momento lineal o cantidad de movimiento parapartículas elementales. Por esa razón las llamadas fuerzas fundamentalessuelen denominarse "interacciones fundamentales".

ProblemaUna fuerza le proporciona a la masa de 2,5 Kg. una aceleración de 1,2 m/s2.Calcular la magnitud de dicha fuerza en Newton y dinas.Datosm = 2,5 Kg.

a =1,2 m/s2.

F =? (N y dyn)

SoluciónNótese que los datos aparecen en un mismo sistema de unidades (M.K.S.)Para calcular la fuerza usamos la ecuación de la segunda ley de Newton:

 Sustituyendo valores tenemos:

 Como nos piden que lo expresemos en dinas, bastará con multiplicar por 105,luego:

ExperimentoPor cuestiones de tiempo , solo puedo agregar una foto de google , pero se aplico el ejercicio se busco una caja con las mismas cualidad mas no era demadera si no de carton se rellenaron de cosas y se fueron haciendo pruebas desde diferentes angulos de la calle y de punto de jaleamiento y cuanta fuerza de podría usar

1. Calle plana , la caja pesaba 60 kg de naranjas con una cuerda puesta en la parte de arriba de la esquina de la caja aproximadamente la persona solo pudo arrastrarla por 100 metros hasta agotarse

2. La calle estaba con una inclinación de aproximadamente 30° el sujeto tenia que ir de abajo hacia arriba solo la arrastro 30 metros hasta cansarse

3. La calle estaba 40° de inclinación el sujeto arrastro la caja de arriba hacia abajo , arrastro la caja 250metros