fisica: conceptos basicos, Apuntes de Física

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Instituto Universitario Del Centro De México

Adriana Yazmin Moreno Vivas

4° Cuatrimestre

Física II

Ing. Ángeles Yedid Hernández Hdez.

Contenido

Propiedades físicas que caracterizan el comportamiento de los fluidos

Los líquidos y los gases tienen la capacidad de fluir debido a la movilidad de las partículas que los constituyen (sus moléculas tienen poca fuerza de atracción entre ellas), por esta razón se llaman fluidos. Ejemplos son el aceite, al agua o el aire.

Fluir: deslizarse con facilidad.

Los líquidos y los gases son más similares entre sí, porque, a diferencia de los sólidos, ambos adoptan la forma del recipiente que los contienen (no tienen forma fija).

Por supuesto, hay diferencias entre los líquidos y gases. Los gases se comprimen fácilmente mientras que los líquidos son casi incompresible. Un líquido tiene un tamaño definido, pero un gas se expande para llenar cualquier recipiente cerrado que lo contenga. Sin embargo, al analizar el comportamiento mecánico de los fluidos que utilizamos, los líquidos y los gases tienen la capacidad o propiedad de fluir. Por lo tanto, las mismas leyes básicas controlan el comportamiento estático y dinámico de ambos, líquidos y gases.

Viscosidad

La viscosidad es la propiedad que determina la medida de la fluidez a determinadas temperaturas. A más viscoso implica que menos fluye un fluido. Cuanto más viscoso es un fluido es más pastoso y menos se desliza por las paredes del recipiente. Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para fluir libremente. A más resistencia a fluir más viscoso. Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. La temperatura influye en la viscosidad, a más temperatura menos viscoso es un fluido.

El movimiento de los fluidos se puede ver ligeramente frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento. Este fenómeno es mucho más importante en los líquidos que sufren una pérdida apreciable de energía y de presión a medida que se mueve por tuberías o canales.

Tensión superficial

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido.

La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm., la fuerza que se requiere (en dinas) para romper una película de 1 cm. de longitud. Se puede establecer de forma equivalente la energía superficial en ergios por centímetro cuadrado. El agua a 20°C tiene una tensión superficial de 72.8 dinas/cm comparada con 22.3 para el alcohol etílico y 465 para el mercurio.

Capilaridad

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual, a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cohesión

Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

Adhesión

La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

Incompresibilidad

Esta propiedad es característica de los líquidos para oponerse a ser comprimidos bajo cualquier condición, tenemos como ejemplo.

Cuando llenamos una jeringa con algún líquido, tapamos dicha jeringa, y tratamos de empujar el émbolo, tendremos como resultado con una gran oposición y resulta imposible hacerlo, debido a que los líquidos poseen características de contar con una densidad prácticamente constante.

En otras palabras la masa y el volumen que el líquido ocupa permanecen constantes en el tiempo aunque se les aplique fuerza de diversas magnitudes.

Densidad

En física y química, la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se

estado de reposo además de una fuerza perpendicular en las paredes de dicho envase donde se está experimentando.

Presión atmosférica

La presión atmosférica es el peso de la columna de aire que hay sobre cualquier punto o lugar de la tierra y es por tanto el peso por unidad de superficie.

Cuanto mayor es la altura, menor es la presión atmosférica y cuanto menor es la altura y más se acerque a nivel del mar, mayor será la presión.

La presión atmosférica se mide con un aparato llamado barómetro, que fue creado en 1643 por el físico y matemático Evangelista Torricelli.

Presión absoluta

El concepto de presión absoluta se aplica al valor de presión referido al cero absoluto o vacío. Este valor indica la presión total a la que está sometido un cuerpo o sistema, considerando el total de las presiones que actúan sobre él.

Considerando el valor de presión que indica un manómetro, el valor de presión absoluta será el correspondiente al que aparece en dicho manómetro más el de la presión atmosférica correspondiente.

La consideración del valor de presión absoluta en el aire comprimido es muy importante, se debe tener en cuenta para los cálculos del caudal de aire en condiciones FAD.

Presión manométrica

La presión manométrica corresponde al valor que se puede leer directamente en un manómetro o en un transmisor de presión.

También es denominada presión relativa porque la lectura que hace el manómetro parte de considerar como valor cero la presión atmosférica existente en el lugar de medición.

Debido a esto, el valor que se ve en la pantalla o en la esfera del manómetro corresponde a la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica.

Calor y temperatura

Energía Cinética

La energía cinética (siglas en inglés K.E.) es la energía del movimiento. La energía cinética de un objeto es la energía que posee a consecuencia de su movimiento.

La energía cinética es una expresión del hecho de que un objeto en movimiento, puede realizar un trabajo sobre cualquier cosa que golpee; cuantifica la cantidad de trabajo que el objeto podría realizar como resultado de su movimiento. La energía mecánica total de un objeto es la suma de su energía cinética y su energía potencial.

Para un objeto de tamaño finito, esta energía cinética se llama la energía cinética de traslación de la masa, para distinguirlo de cualquier energía cinética rotacional que puede poseer. La energía cinética total de una masa, se puede expresar como la suma de la energía cinética de traslación de su centro de masa, más la energía cinética de rotación alrededor de su centro de masa.

Calor

Las partículas de los cuerpos no están en reposo sino que se encuentran en constante agitación. Como consecuencia de esta agitación, los cuerpos poseen una determinada energía térmica. La temperatura es un indicador de la energía térmica que tienen los cuerpos. De modo general podemos decir que, a mayor temperatura, mayor energía de este tipo. Pues bien, los cuerpos y los sistemas pueden intercambiar energía térmica. A esta energía térmica intercambiada se le denomina calor. En ocasiones también se denomina calor al propio proceso de transferencia de energía.

Temperatura

La temperatura es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente, en general, medido por un termómetro.

Escalas de Temperatura

La escala de temperatura es una forma de medir la temperatura cuantitativamente. Las escalas empíricas miden la cantidad de calor en un sistema en relación con un parámetro fijo, un termómetro. No son medidas absolutas, es por eso que las escalas varían.

Fahrenheit

Una escala de temperaturas muy utilizada en Estados Unidos, es la Fahrenheit. En esta escala los puntos de congelación y ebullición del agua se toman como 32ºF y 212ºF.

El Kelvin es la unidad de temperatura usada en el Sistema Internacional de Unidades.

Dado que asignamos el 0 K al cero absoluto, en la escala Kelvin no existen temperaturas negativas.

Dado que el tamaño de los grados es el mismo en la escala Kelvin y Celsius, un incremento de temperatura en grados Kelvin coincide con el incremento de grados centígrados.

Sistemas de Transmisión de Calor

Radiación

Se produce por la propagación de energía electromagnética a través del espacio. No es necesaria la presencia de materia. Por ejemplo, cuando el Sol calienta la Tierra, su energía recorre una gran distancia en el espacio vacío. El sol es un claro ejemplo de cuerpo que emite radiación electromagnética debido a su temperatura. Sin embargo todos los cuerpos, por el hecho de encontrarse a cierta temperatura, emiten radiación térmica. Dicha radiación es de naturaleza electromagnética y, en el caso de los cuerpos muy calientes, como el sol, está dentro del rango de luz visible. Para otros objetos la radiación es invisible a nuestros ojos.

Convección

Se produce en líquidos y gases. En este caso si existe transporte de materia. El calor se propaga debido a unas corrientes denominadas corrientes de convección que se producen entre las distintas partes de la sustancia. Aquellas a mayor temperatura (por estar en contacto con la fuente de calor) disminuyen su densidad respecto a las más frías. Las partes menos densas (más calientes) se desplazan a las capas altas y las más densas (más frías) a las bajas. Al cabo del tiempo, se repite el proceso al enfriarse las capas superiores y calentarse las inferiores, dando lugar así a una corriente de convección. Este fenómeno se da, por ejemplo, cuando calentamos un agua en una olla.

Conducción

En la conducción dos cuerpos que se encuentran directamente en contacto (o partes de un mismo cuerpo a distinta temperatura) intercambian energía sin que exista transporte de materia. Se basa en la transferencia directa de energía cinética a escala molecular. Cada sustancia tiene un valor asociado de conductividad térmica que indica la rapidez con que es capaz de transferir la energía. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el watio por metro y por grado kelvin ( W·m-1·K-1 ). Las sustancias pueden ser:

Buenos conductores térmicos: Poseen una alta conductividad

Malos conductores térmicos: Poseen una baja conductividad

Leyes de la Electricidad

• La ley de Ohm

El físico Georg Simón Ohm dictaminó: la corriente que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión que tiene aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece a su paso la carga que tiene conectada.

• (^) El efecto Joule

Cuando la electricidad circula o pasa por un conductor o una resistencia, se produce un calor. A este calor producido se le denomina El efecto de Joule.

El físico James Prescott Joule en un experimento realizado con un calorímetro dictaminó que 1 Julio es igual a 0,24 calorías. Es decir, realizó un experimento sobre la energía (julio) transformada plenamente en calor (caloría)

Existen multitud de tablas físicas donde salen los valores calóricos de multitud de sustancias.

• Las leyes de Kirchhoff

Cuando tenemos circuitos eléctricos con más de una pila o generador se tienen que aplicar las leyes de Kirchhoff para poder resolver el circuito. Existen dos leyes de Kirchhoff:

1. Ley de Kirchhoff.

Dice: "la suma de las intensidades que van hacia un nudo es igual a la suma de las intensidades que se alejan del mismo nudo."

2. Ley de Kirchhoff.

"En una malla la suma de todas las diferencias de potencial es igual a cero".

Conceptos básicos

Electrostática

La electrostática es la rama de la Física que estudia las interacciones entre cuerpos cargados eléctricamente que se encuentran en resposo. En este tema estudiaremos los

Entre los conductores se encuentran los metales, el agua salada, etc. Por estos materiales los electrones pueden desplazarse libremente de un punto a otro si le conectamos una fuente de tensión.

Los aislantes son materiales donde los electrones no pueden circular libremente, como por ejemplo la cerámica, el vidrio, plásticos en general, el papel, la madera, etc. Estos materiales no conducen la corriente eléctrica.

Procesos históricos de la electricidad y su importancia

Campo Eléctrico

Un campo eléctrico es la perturbación que genera una carga eléctrica en el espacio que la rodea, de tal forma que si introducimos una carga testigo en dicho campo actuará sobre ella una fuerza eléctrica.

Las magnitudes que describen a los campos eléctricos son:

• La intensidad del campo eléctrico en un punto
• El potencial eléctrico en un punto.

Energía Potencial Eléctrica

Cuando hablamos de la energía potencial gravitatoria estudiamos que un cuerpo que se encuentra a determinada altura de la superficie de la Tierra adquiere una determinada cantidad de energía potencial provocada por la acción de la fuerza gravitatoria. De igual forma, un cuerpo cargado que sufre la acción de una fuerza eléctrica adquiere energía potencial electrostática.