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Estados de la materia
Docente Juan Cerda M
En nuestro planeta, la materia se puede presentar generalmente en tres formas o estados :
Sólido Líquido Gaseoso Un cuarto estado es el plasma, que es el más
abundante del universo.
Este cuarto estado de la materia llamado plasma, se forma bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos.
El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.
Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el Sol.
Los sólidos se caracterizan por tener forma propia, son rígidos y no pueden fluir.
Sus moléculas se encuentran muy cohesionadas.
En el estado líquido, las moléculas pueden moverse libremente unas respecto de otras, ya que están un poco alejadas entre ellas. Los líquidos, sin embargo, todavía presentan una atracción molecular suficientemente firme como para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen.
En el estado gaseoso, las moléculas están muy dispersas y se mueven libremente, sin ofrecer ninguna oposición a las modificaciones en su forma y muy poca a los cambios de volumen. Como resultado, un gas que no está encerrado tiende a difundirse indefinidamente, aumentando su volumen y disminuyendo su densidad.
Estado del cuerpo
Cohesión Grande Pequeña Nula
Volumen Constante Constante No constante, tendencia a expansionarse
Forma Constante No No Constante Constante
Sólido líquido Gaseoso
La diferencia entre un sólido y un fluido se hace con base en la capacidad de la sustancia para oponer resistencia a un esfuerzo cortante (o tangencial) aplicado que tiende a cambiar su forma. Un sólido puede oponer resistencia a un esfuerzo cortante aplicado por medio de la deformación, en tanto que un fluido se deforma de manera continua bajo la influencia del esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea.
Estos elementos pueden
ser los líquidos o los gases.
Sustancia capaz de fluir, el término comprende líquidos y gases.
Una sustancia en la fase líquida o en la gaseosa se conoce como fluido.
Los fluidos toman la forma de los recipientes que los contienen.
Los líquidos tienen un volumen definido y poseen superficies libres.
Una masa dada de gases expansiona hasta ocupar todas las partes de el recipiente que lo contenga.
El sabio Evangelista Torricelli realizó su experiencia con un tubo lleno de mercurio de 1200 mm de largo, el cual invirtió en un recipiente, se fijó que la columna de mercurio bajo hasta el nivel de los 760 mm, con esta experiencia enunció que el aire poseía una presión la que se conoce como presión atmosférica.
CONCLUSIÓN: La fuerza Fhg de la columna de mercurio tenía que estar compensada con otra Fa que no podía ser otra cosa que el peso del aire ya que no había ningún otro elemento presente.
De este modo Torricelli pudo determinar que el peso de la columna de aire sobre una superficie determinada equivalía al de 760 mm de mercurio sobre la misma superficie.
O Sea 1.033,6 grs/cm2 (gramos fuerza)
760mmHg = 1Atm = 14.7 PSI = 101300 N/m2
101300 Pa = 1,014 BAR= 1014 milibar
Presión es la acción de apretar o comprimir. La eficiencia de una fuerza depende en gran medida del área en que actúa.
Por ejemplo:
Una mujer que usa tacones puntiagudos daña más los pisos que si usara tacones anchos. Aun cuando la dama ejerce la misma fuerza hacia abajo en ambos casos, con los tacones agudos su peso se reparte sobre un área mucho menor.
A la fuerza normal por unidad de área se le llama presión. Simbólicamente, la presión P está dada por:
El sistema internacional de medidas designa:
Presión en Pascales. Pa ( 1 Pa = N/m2 )
Fuerza en Newton. N
Área en Metros cuadrados. m2
En el sistema Técnico:
Presión = Kgf/ Cn2
Fuerza= Kg
Área=Cn2
Sistema Inglés:
Presión = PSI ( Pound Scuare Inch) (Libras por pulgada
cuadrada) Fuerza= Libras
Área= pulgadas cúbicas
Atmósferas. BAR. Pulgadas de mercurio. Metro columna de agua.
Tablas de equivalencia aclaran este concepto.
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.
Una bomba de frenos con un diámetro de 7/8” está comunicada por cañerías y líquido de frenos en ausencia de aire a los cilindros de rueda delanteros de 2” y los traseros de ¾”.
Calcule la fuerza resultante a la salida de los pistones de ambos circuitos si la fuerza que empuja al pedal es de 15 Kgf y el pedal de freno multiplica 3,5 veces.
Transforme pulgadas a milímetros. Calcule en área del cilindro. Aplique la fórmula de Pascal.
Los pistones pequeño y grande de una prensa hidráulica tienen diámetros de 4 cm y 12 cm. ¿Qué fuerza de entrada se requiere para levantar un peso de 4000 N con el pistón de salida?
Un Gato hidráulico necesita levantar un automóvil de un peso 2500 kg, el pistón maestro tiene un diámetro de 14 mm y el pistón mayor un diámetro de 100 mm. Calcule el área de los cilindros, la presión del circuito y la fuerza necesaria en el pistón 1 para lograr el trabajo.
A1=x A2=x P = x F1= x F2= 2500 Kg
Realice los cálculos en los tres sistemas estudiados. SI, Sist. Tec, Sist. Inglés.
¿Qué fuerza ejercerá el pistón menor de un sillón de dentista para elevar a un paciente de 85 kg?, si el sillón es de 300 kg y los émbolos son de 8 cm y 40 cm de radio.
Los diámetros de los émbolos de una prensa hidráulica son, respectivamente, 16 cm y 64 cm. Si aplicamos una fuerza de 50 N sobre el émbolo pequeño, ¿cuál será el valor de la fuerza que la prensa ejerce sobre el émbolo grande? ¿Cuál es el factor amplificador?
La masa de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc
El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.
W= m x g
Densidad absoluta es la cantidad de masa que se contenga en un volumen dado.
Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
La Unidad de densidad en el sistema internacional es:
kg/m3 pero es usual especificar densidades en g/cm3, existiendo la equivalencia
1g cm3 = 1.000 kg/ m3.
Densidad referida a un valor de un material determinado, y cuyo valor se obtiene mediante el cociente de los valores de densidad del material y del que se toma como referencia. Las referencias más usadas son el agua para las densidades de líquidos, y el aire para las densidades de gases. Si se trata de otras sustancias como referencia, deben indicarse específicamente al expresar un valor. Es una magnitud adimensional.
El peso específico de un fluido se calcula como su peso por unidad de volumen (o su densidad por g).
En el sistema internacional se mide en Newton / metro cúbico.
En física la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado
volumen de una sustancia. Se le llama peso específico a la
relación entre el peso de una sustancia y su volumen.
Su expresión de cálculo es:
• Un líquido es un fluido. • Un líquido tiene masa. Por lo tanto, tiene
peso.• Este peso dependerá de la densidad del
líquido.• Los líquidos, al tener peso, también
ejercen una presión.• A esta presión se le llama presión
hidrostática.
• ¿Cómo actúa la presión hidrostática?• La presión actúa sobre todas las caras de
un objeto sumergido o sobre las caras de las paredes del recipiente que la contiene.
• Esta fuerza actúa en forma perpendicular sobre cada una de las caras.
F
• La presión ejercida por un líquido no depende de la forma, ni del volumen, ni de la forma del fondo del recipiente que lo contiene.
• La presión hidrostática depende de: – La densidad del líquido.– La aceleración de gravedad.– La profundidad.
• Si tenemos tres recipientes que contienen el mismo líquido, en el mismo lugar.
• ¿Cuál será la presión a 0.2 m de profundidad, en cada uno de los recipientes?
• Sabemos que la presión no depende de la forma del recipiente.
• Entonces:• Densidad del agua = 1 g/cm³ = 1000 kg/m³• Aceleración de gravedad = 10 m/s²
(aproximado)• Profundidad = 0.2 m• P = 1000 · 10 · 0.2• P = 2000 Pa
• Dos personas bucean en mar abierto. El buzo 1 está a una profundidad de 10m y el buzo 2 está a una profundidad de 25 m. ¿Cuál de los buzos está expuesto a mayor presión?
• Considera que la densidad del agua de mar es de 1.03 g/cm³ (1030 kg/m³) y que la aceleración de gravedad es aproximadamente de 10 m/s²
• Presión para el buzo 1:• P = D·g·h• P = 1030 · 10 · 10• P = 103.000 Pa• Presión para el buzo 2:• P = 1030 · 10 · 25• P = 257.500 Pa• Por lo tanto, el buzo 2 está expuesto a una
mayor presión.
Presión absoluta=presión manométrica + presión atmosférica
Un submarino se sumerge a una profundidad de 120 Mt. ¿Que presión Absoluta existe a esa cota en agua salada?