lunes, 23 de junio de 2014

EMPUJE
La fuerza de empuje es una fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo en un fluido. El módulo de ésta viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado.
Se produce debido a que la presión de cualquier fluido en un punto determinado depende principalmente de la profundidad en que éste se encuentre (en otras palabras, a la cantidad de fluido que tenga encima).
Esta presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en el fluido y tiene la propiedad ser perpendicular a la superficie del cuerpo.
Si pensamos en un cuerpo cúbico sumergido es evidente que alguna de sus caras estará más profunda que el resto de ellas. Dado que la presión ejerce una fuerza sobre todas las caras sin importar cual sea y siempre perpendicular a esta, la fuerza que se ejerce sobre la cara más profunda es mayor que la fuerza sobre la cara menos profunda, lo que da como resultante una fuerza ascendente que es la fuerza de empuje.

El volumen es una magnitud escalar definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Desde un punto de vista físico, los cuerpos materiales ocupan un volumen por el hecho de ser extensos, fenómeno que se debe al principio de exclusión de Pauli.
La capacidad y el volumen son términos equivalentes, pero no iguales. Se define la capacidad de un recipiente como la "propiedad de una cosa de contener otras dentro de ciertos límites". La capacidad se refiere al volumen de espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas.

La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico. Para medir la capacidad se utiliza el litro. Por razones históricas, existen unidades separadas para ambas, sin embargo están relacionadas por la equivalencia entre el litro y el decímetro cúbico:
1 dm3 = 1 litro = 0,001 m3 = 1000 cm3.

GASTO HIDRÁULICO

Gasto: cantidad o volumen de fluido que pasa a través de un conducto, y el tiempo que tarda en fluir, puede calcularse también si se considera la velocidad que lleva el líquido y se conoce el área de la sección transversal de la tubería.
El gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en un segundo. Al gasto, también se le denomina flujo y su símbolo es: Q =Av donde A= área del conductor y v = velocidad con que fluye. También al gasto se le denomina en algunas ocasiones rapidez o velocidad de flujo.

LIQUIDOS

Es un estado de la materia, sus moléculas se adaptan, están cerca unas de otras, con algunos huecos que permiten su fluidez, ejercen entre ellas fuerzas de cohesión, y se nivelan. Se encuentran en estado líquido, como por ejemplo: El agua, el vino, el vinagre, etc.

Los líquidos junto a los gases, conforman los fluidos. Es un estado intermedio de agregación entre los gases y los sólidos.

Los líquidos se diferencian de los sólidos por su fluidez, pues al ser sometidos a una fuerza, las moléculas se deslizan.

Un líquido pasa a estado gaseoso por acción del calor, se denomina evaporación (cuando se produce a cualquier temperatura) y cuando llega al llamado punto de ebullición, la presión del vapor del líquido es idéntica a la presión del medio que lo rodea.

El líquido al congelarse se convierte en estado sólido.

Se llama cristal líquido a la sustancia que actúa como fluido, pero manteniendo ordenada su estructura molecular, como cualquier cristal.

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

Viscosidad: Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas del mismo no dependen de la deformación total, aunque usual sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en los sólidos visco elásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito.
Fluidez: es una característica de los líquidos y/o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren (el líquido ), a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido.

La fluidez se debe a que un fluido puede adquirir una deformación arbitrariamente grande sin necesidad de ejercer una tensión mecánica, dado que en los líquidos la tensión mecánica o presión en el seno del fluido depende esencialmente de la velocidad de la deformación no de la deformación en sí misma (a diferencia de los sólidos que tienen "memoria de forma" y experimentan tensiones tanto más grandes cuanto más se alejan de la forma original, es decir, en un sólido la tensión está relacionada primordialmente con el grado de deformación)

Presión de vapor: Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, sólo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos.
También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido).
En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supe calentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido supe enfriado.

Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen. Tienen variabilidad de forma y características muy particulares que son:
Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales
Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes.
Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa exterior del líquido tiende a contener el volumen de este dentro de una mínima superficie.
Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión.

PRESIÓN

Es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:
                                                 p = F/A
En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

                             p=dFA/dA . n
Donde  es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:

                            p =   dS

f, es la fuerza por unidad de superficie
n, es el vector normal a la superficie
a, es el área total de la superficie S

DENSIDAD

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

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

Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes

\Delta V_k

(convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo

\Delta m_k

la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:

$\rho(x) = \lim_{k \to \infty} \frac{\Delta m_k}{\Delta V_k} \approx \frac{dm}{dV}$

La unidad es kg/m³ en el SI.
Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y masa.

Tipos de densidad

Absoluta

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva.

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

siendo

\rho

, la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

Relativa

Artículo principal: Densidad relativa

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

$\rho_r = \frac {\rho}{\rho_0}$

donde

\rho_r

es la densidad relativa,

\rho

es la densidad de la sustancia, y

\rho_0

es la densidad de referencia o absoluta.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Media y puntual

Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.
Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción "infinitesimal" del sistema, y que vendrá definida por:

$\rho = \lim_{V \to 0} \frac {m}{V} = \frac {d m}{d V}$

Sin embargo debe tenerse que las hipótesis de la mecánica de medios continuos sólo son válidas hasta escalas de

\scriptstyle 10^{-8}\ \mathrm{m}

, ya que a escalas atómicas la densidad no está bien definida. Por ejemplo el núcleo atómico es cerca de

\scriptstyle 10^{-13}\ \mathrm{m}

superior a la de la materia ordinaria. Es decir, a escala atómica la densidad dista mucho de ser uniforme, ya que los átomos están esencialmente vacíos, con prácticamente toda la masa concentrada en el núcleo atómico.

Aparente y real

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso si se compactase.
En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

$\rho_{ap} = \frac {m_{ap}}{V_{ap}} = \frac {m_r + m_{aire}}{V_r + V_{aire}}$

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación.
La densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante.

Da = {W_{SS}\over V_S}

Donde:

W_SS: Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante.

V_S: Volumen original de la muestra de suelo.

Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el volumen.

MEDICION
La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son:

El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido.
El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases (picnómetro de gas).
La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.
La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida precisa de la densidad de líquidos.

Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante. Cuyo frecuencia de resonancia está determinada por los materiales contenidos, como la masa del diapasón es determinante para la altura del sonido5

Peso específico

Se le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.
Su expresión de cálculo es:

$\gamma = \frac {P}{V} = \frac {m g}{V}= \rho\ g$

siendo,

\gamma\,

, el peso específico;

P\,

, el peso de la sustancia;

V\,

, el volumen de la sustancia;

\rho\,

, la densidad de la sustancia;

m\,

, la masa de la sustancia;

g\,

, la aceleración de la gravedad.

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se lo expresa en newtons por metro cúbico: N/m³.
En el Sistema Técnico se mide en kilogramos–fuerza por metro cúbico: kgf/m³.
En el SIMELA se expresa en newtons por metro cúbico: N/m³.

Como el kilogramo–fuerza representa el peso de un kilogramo —en la Tierra—, el valor numérico de esta magnitud, expresada en kgf/m³, es el mismo que el de la densidad, expresada en kg/m³.
Por ende, está íntimamente ligado al concepto de densidad, que es de uso fácil en unidades terrestres, aunque confuso según el SI. Como consecuencia de ello, su uso está muy limitado. Incluso, en Física resulta incorrecto

jueves, 19 de junio de 2014

ELASTICIDAD

En física, el término de elasticidad denomina la capacidad de un cuerpo de presentar deformaciones, cuando se lo somete a fuerzas exteriores, que pueden ocasionar que dichas deformaciones sean irreversibles, o bien, adoptar su forma de origen, natural, cuando dichas fuerzas exteriores cesan su acción o potencia.

La elasticidad: estudia la relación entre las fuerzas aplicadas a los

cuerpos y las correspondientes deformaciones.

cuerpo elástico:Aquél que cuando desaparecen las fuerzas o momentos exteriores

recuperan su forma o tamaño original.

Cuerpo inelástico: Aquél que cuando desaparecen las fuerzas o momentos no retorna perfectamente a su estado inicial.

sólidos

Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia (siendo los otros gas, líquido y plasma), se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.

Propiedades de los sólidos

Elasticidad: Un sólido no recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.
Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo).
Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. El diamante es un sólido con dureza elevada.
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellas.