GUIA Nº 2:

Taller de física 2º año “A” y “B”

Docente: Estefania Sortino

Clasificación de los sistemas de fuerzas:

Sistemas de fuerzas no colineales: existen dos métodos, el método del paralelogramo y el método de la poligonal.

Analizando estos métodos resolver las siguientes actividades:

La Presión:

¿Resulta sencillo caminar por la arena con zapatos de taco alto? ¿Pude un esquimal mantenerse parado sin hundirse en la nieve? Para cortar manteca, ¿Se necesita un cuchillo muy afilado? ¿Por qué las chinches, agujas o clavos tienen punta aguda? Para responder esas preguntas, es necesario definir otra magnitud, la presión. Cuando se camina por la arena o por la nieve blanda con zapatos de taco alto, la deformación que se produce en cada una de esas superficies está relacionada con la fuerza que se hace y con la superficie sobre la cual se realiza. Si en lugar de caminar por la nieve con zapatos se lo hace con esquíes o raquetas para la nieve, la superficie de la nieve se deforma menos.Por otra parte, si dos personas tienen la misma superficie de contacto con la nieve pero una es más pesada que la otra, las huellas que dejaran serán diferentes entre sí: la persona más pesada se hundirá más ya que las fuerzas intervinientes también lo son.Una forma de explicar estas situaciones en las que el efecto de una fuerza sobre una superficie depende tanto de la fuerza como del área, es definir una magnitud llamada presión como el cociente entre la intensidad de la fuerza perpendicular a la superficie y el valor de la superficie.

Matemáticamente tiene una fórmula: P= FS

Por ejemplo: si un cajón que pesa 1000 N está apoyado sobre uno de sus lados que tiene una superficie de 0,25 m2, ejercerá sobre el piso la siguiente presión

P=1000N0,25m2 =4000 N /m2

En cambio, si se lo da vuelta y ahora se apoya sobre otro de sus lados de 0,5 m 2 de superficie, ejercerá una presión de:

P=1000N0,5m2 =2000N /m2

Si se considera a una persona parada en la nieve, si bien siempre pasa lo mismo, lo que varía es la superficie sobre la cual está repartido su peso. En el caso de que lleve zapatos, la superficie será mucho más chica que si se utiliza esquíes o raquetas. Por eso en el primer caso la nieve se deforma más, ya que hay más presión. Lo mismo sucede si la persona camina sobre la arena. Si pretende no hundirse tanto le convendrá usar calzado plano, de modo de aumentar la superficie de contacto y, en consecuencia, disminuir la presión. Para lograr que un clavo entre en la pared se coloca la punta sobre ella y se golpea con el martillo por el extremo contrario. De esta forma, con una fuerza moderada y una superficie muy chica, se alcanza una presión muy grande que deforma la pared. La unidad de presión en el SIMELA se llama pascal (Pa), una presión de 1 Pa es muy pequeña por eso se suele usar múltiplos como el hectopascal (hPa).

Actividades: resuelve los siguientes ejercicios.1) Cuál es la presión que ejerce sobre el piso una caja de 20 m2 si adentro de ella hay un

peso de 200 N.2) cuál es el peso de un cuerpo que tiene una presión de 2500 N/m2 y una superficie de 50

m2.3) Cuál es la superficie de un cuerpo que tiene un presión de 2005 N/m2 y un peso de 250

N.4) Cuál es la presión que ejerce sobre el piso una caja de 36 m2 si adentro de ella hay un

peso de 2000 N.5) cuál es el peso de un cuerpo que tiene una presión de 356 N/m2 y una superficie de 5m2.6) Cuál es la superficie de un cuerpo que tiene un presión de 25 N/m2 y un peso de 5 N.7) Cuál es la presión que ejerce sobre el piso una caja de 205 m2 si adentro de ella hay un

peso de 20000 N.8) cuál es el peso de un cuerpo que tiene una presión de 1500 N/m2 y una superficie de

500m2.9) Cuál es la superficie de un cuerpo que tiene un presión de 205 N/m2 y un peso de 25 N.10) Cuál es la presión que ejerce sobre el piso una caja de 2 m 2 si adentro de ella hay un

peso de 2 N.11) cuál es el peso de un cuerpo que tiene una presión de 200 N/m2 y una superficie de 500

m2.12) Cuál es la superficie de un cuerpo que tiene un presión de 3568 N/m2 y un peso de 250

N.

La presión en los líquidos y gases

¿Qué se indica en los partes meteorológicos de las emisoras de radio, los diarios o los noticieros de televisión cuando se informa que la presión es de 1013 hectopascales?Los sólidos, líquidos y gases ejercen presión sobre otros campos.

Aunque no se perciba tan directamente, el aire también pesa. A la altura dl nivel del mar, el aire pesa aproximadamente 1,3 gramos por cada litro. Aunque esta cifra parece pequeña, dentro de un aula puede llegar a haber unos 80 kilogramos de aire.El peso de todo el aire está repartido sobre la superficie de todos los objetos que se encuentran en la atmosfera, por lo tanto el aire ejerce una presión que se conoce como presión atmosférica. El valor normal de la presión atmosférica es de 1013 hectopascales (hPa) y puede variar a lo largo del día. Para tener una idea acerca del significado del valor de esta presión atmosférica se puede considerar que es aproximadamente 10 newton por cada centímetro cuadrado.Un litro de agua pesa más que un litro de aire, por eso la presión dentro de ella es mayor. Por ejemplo, si un buzo se encuentra a 12 metros de profundidad, recibe más presión por parte del agua que cuando sube a la superficie y soporta la presión de cientos de kilómetros de aire de la atmosfera.¿Es igual la presión a 2 metros de profundidad en una pileta que en el océano? ¿Aumenta la presión al aumentar la profundidad?En el caso de los líquidos y los gases, la presión depende de dos factores. En primer lugar, a medida que la profundidad aumenta, también lo hace la presión. Por otra parte, la presión también depende del tipo de sustancia en la que se encentre sumergido el cuerpo en cuestión. Esto se debe a que las distintas sustancias presentan diferencias entre sí. Una de estas es el peso específico, que corresponde al peso que tiene un litro de una sustancia, y que es una propiedad característica de cada una de ellas.

Fuerza de empuje y Principio de Arquímedes

Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir   cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba.

Cuando en un vaso lleno de agua sumergimos un objeto, podemos ver que el nivel del líquido sube y se derrama cierta cantidad de líquido. Se puede decir que un cuerpo que flota desplaza parte del agua.

Arquímedes, quien era un notable matemático y científico griego, se percató de estas conclusiones mientras se bañaba en una tina, al comprobar cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló la siguiente ley que lleva su nombre:

Principio de Arquímedes:“Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado”

Cuerpos sumergidos

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico, que es igual a su peso dividido por su volumen.Entonces, se pueden producir tres casos:

1. si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

2. si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

3. Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

Ejemplo, con un caso práctico: ¿por qué los barcos no se hunden?

Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote.

Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es de peso específico mayor al del agua y se hunde ( un pedazo de hierro en el agua se va al fondo ), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que éste se mantenga a flote