¿Cómo se comportan los fluidos? - objetos cier-sur

Grado 10
Tema
Ciencias naturales
Unidad 3
¿Cómo se comportan los fluidos?
¿Dónde estamos ubicados en
tiempo y en el espacio?
Nombre:
Curso:
La hidrostática y la hidrodinámica son ramas de la
mecánica de fluidos que estudian los fluidos en estado
de reposo y en estado de movimiento.
Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su
forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento
debido a la acción de fuerzas pequeñas. Los líquidos
toman la forma del recipiente que los aloja,
manteniendo su propio volumen, mientras que los
gases carecen tanto de volumen como de forma
Los principales ejes temáticos que respaldan el estudio
de los fluidos son el principio de Pascal y el principio
de Arquímedes, el teorema de Bernoulli, la ecuación de
continuidad, el principio de Torricelli.
Actividad Introductoria: Video sobre el derrame de petróleo
Vas a ver un video sobre un derrame de petróleo en abril del 2010 en el golfo de México.
El desastre ambiental causado por la explosión de la plataforma de perforación submarina
Deepwater Horizon de British Petroleum es, sin duda, una catástrofe ecológica de
proporciones épicas, aparentemente provocado por un aumento de presión en el pozo
petrolero, el derrame diario fue aproximadamente de 1000 barriles de crudo esparciéndose
hasta unos 1550 kilómetros cuadrados en el golfo de México.
Contesta las siguientes preguntas:
1. ¿Consideras más importante el petróleo que se derrama o el daño ecológico que provoca?
2. Nombra algunas causas de un derrame de petróleo en el mar.
3. ¿Fueron eficaces los métodos para recoger el petróleo derramado?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
4. ¿Qué recursos naturales se sacrifican para la extracción del combustible?
5. ¿Qué consecuencias trae el derrame de petróleo para los ecosistemas del golfo?
6. ¿Qué puedes decir sobre la seguridad del transporte de este fluido en nuestro país?
7. ¿Qué puedes decir de la presión de líquidos y gases que se necesita en los métodos de
extracción de petróleo?
8. ¿Por qué flota el petróleo?
9. ¿Si el petróleo no flotara seria menos peligroso para el medio ambiente?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Escribe a continuación que objetivos que esperas alcanzar al terminar las actividades de
aprendizaje sobre el tema de los fluidos.
»» Analizar el comportamiento de fluidos en movimiento y en reposo.
BIENVENIDO
¡ SI QUIERES FLOTAR
ENTRE LOS FLUIDOS DEBES ESTAR!
Actividad 1
PRESIÓN
Antes de empezar a realizar las actividades de aprendizaje, debes recordar algunos conceptos
acerca de presión, presión hidrostática y presión atmosférica.
PRESIÓN: es la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:
P=
F
A
(Distribución de fuerza por unidad de área)
Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de
superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton
por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa)
1 Pa = 1 N/m2
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¿Cómo se comportan los fluidos?
La tabla siguiente presenta otras unidades y se dan algunas equivalencias.
Unidad
Símbolo
Equivalencia
Bar
bar
1,0 x 105 Pa
Atmósfera
atm
101.325 Pa 1,01325 bar
1013,25 mbar
mm de mercurio
mmHg
133.322 Pa
Torr
torr
133.322 Pa
lbf/pulg2
psi
0,0680 atm
kgf/cm2
0,9678 atm
atm
760,0 mmHg
Psi
6.894, 75 Pa
Presión hidrostática: es la presión ejercida por el fluido en un punto situado a una
profundidad h de la superficie, se calcula con producto de la densidad del fluido, por la
profundidad h y por la aceleración de la gravedad.
P= δ•g•h
La presión es independiente del tamaño de la sección de la columna: depende sólo de su
altura (nivel del líquido) y de la naturaleza del líquido (densidad del líquido).
Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire atmosférico sobre la superficie
terrestre.
En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por el peso de una columna
de aire cuya base es 1 cm2 y la altura es la distancia vertical entre el punto donde se
desea medir la presión y el límite de la superficie libre de la atmósfera.
Mostrar experimento de Torricelli
La presión atmosférica normal se calcula a nivel del mar usando una columna de
mercurio de 76 cm de altura. Por eso se mide en mm de mercurio (milímetros de
mercurio) o Torricelli, Este valor se llama también una atmósfera.
Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen
diversos tipos. El barómetro de mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un
tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacío, de manera que
la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Tubo de vidrio
Sección del tubo
1 cm²
La presión atmosférica disminuye con la
altura.
La disminución que experimenta la
presión con la altura no es directamente
proporcional puesto que el aire es un
fluido que varía mucho en cuanto a
densidad, volumen y temperatura.
Mercurio
Paso de la columna
de mercurio
Presión
Atmosférica
Altura de la columna
de mercurio 760 mm
Mercurio
Momento 1
Con base en los conceptos anteriores, explicar las siguientes situaciones.
1. ¿Por qué es mejor cortar con un cuchillo por el lado del filo y no por el lomo?
2. ¿Por qué es mejor clavar una puntilla, por la punta y no por la cabeza?
3. ¿Por qué los montañeros se colocan raquetas en los pies para andar por la nieve?
4. ¿Por qué cuando El faquir se acuesta sobre una cama de puntillas ninguna le atraviesa el
cuerpo?
5. ¿Por qué las burbujas de un líquido se van haciendo más grandes conforme llegan a la
parte alta de la copa?
6. ¿Cuando respiras usando una pajilla o tubo, bajo la superficie del agua, ¿por qué sólo
funciona cuando estás cerca de la superficie?
7. ¿Qué sucede si un pez de las profundidades del mar, se traslada a la superficie y lo
contrario?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Ahora forma parte de un pequeño grupo de trabajo y deben diseñar una situación
experimental que te brinde la posibilidad de darle respuesta a una de las siguientes
problemáticas:
1. ¿Cómo funciona una aspiradora?
2. ¿Cómo funciona una cafetera?
3. ¿Cómo funciona una olla a presión de cocina?
4. Explica por qué no se derrama el agua en un vaso invertido, que tiene como tapa una
servilleta.
5. ¿Por qué el barómetro contiene mercurio y no agua para medir la presión?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Momento 2 experimental: Presión hidrostática
1. El profesor te muestra un envase del tamaño aproximado
de dos litros o galón, con tres orificios del mismo diámetro y,
ubicados de manera diagonal a diferentes alturas. Seguidamente
los cubre con una cinta, luego llena el envase con agua.
Fase de predicción
Discute con tus compañeros las diferentes posibilidades de
la situación problema:
Al retirar la cinta los tres chorros alcanzaran la misma
distancia. ¿En caso contrario cuál logrará desplazarse más
lejos de la base del envase?
Fase de observación y explicación
Observa detenidamente el comportamiento de los chorros, Responde los siguientes
interrogantes, luego de ver lo que sucede al retirar la cinta:
a. ¿Cuáles magnitudes físicas de la demostración variaron y cuáles se mantuvieron
constante?
b. Describe las trayectorias de los chorros de agua de cada orificio.
c. ¿Cuál de los chorros alcanzó la mayor distancia? Explica.
d. ¿Cuál de las magnitudes que variaron están relacionadas? (Recuerda que las
magnitudes que se relacionan se afectan mutuamente, estableciendo relaciones de
proporcionalidad directa o inversa).
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Ahora el profesor toma un envase del tamaño similar al
anterior, le hace tres orificios de distinto diámetro y, los ubica de
manera horizontal (a la misma altura). Seguidamente los cubre
con una cinta, luego llena el envase con agua.
Fase de predicción
Discute con tus compañeros las diferentes
posibilidades de la situación problema:
Al retirar la cinta los tres chorros alcanzaran la
misma distancia. ¿En caso contrario cuál logrará
desplazarse más lejos de la base del envase?
Fase de observación y explicación
Observa detenidamente el comportamiento de los chorros.
Responde los siguientes interrogantes, luego de ver lo que sucede al retirar la cinta.
a. ¿Cuáles magnitudes físicas de la demostración variaron y cuáles se mantuvieron
constante?
b. Describe las trayectorias de los chorros de agua de cada orificio
c. ¿Cuál de los chorros alcanzó la mayor distancia? Explica.
d. ¿Cuál de las magnitudes que variaron están relacionadas? (Recuerda que las
magnitudes que se relacionan se afectan mutuamente, estableciendo relaciones de
proporcionalidad directa o inversa).
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¿Cómo se comportan los fluidos?
3. Para que continúes extendiendo tu comprensión sobre presión hidrostática, resuelve la
siguiente situación problema:
Usando los conceptos sobre presión hidrostática,
responde la siguiente pregunta:
h
h
¿Cómo utilizas un tubo en forma de u para hallar la
densidad de una sustancia desconocida?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
4. Con base en el video sobre el derrame de petróleo:
El pozo, se ha perforado bajo una lámina de agua de 1.865 metros y ha alcanzado un total de
9.684 metros, lo que hace que sea una los pozos más profundos operados por la compañía.
¿Qué presión hidrostática tenían que sufrir los buzos a esa profundidad?
Momento 3 experimental: Presión atmosférica
1. Analiza la siguiente animación sobre un alpinista escalando una colina, seguidamente resuelve
una serie de interrogantes o actividades de aprendizaje:
a) ¿Cuantos kilómetros de capa atmosférica tiene la
Tierra?
b) ¿Qué le sucede al alpinista durante el proceso de
ascenso por la colina? ¿Por qué?
c) ¿Cómo varia el peso de la columna de aire sobre el
alpinista respecto a la altura? ¿qué concluyes?
d) Según observaste en la animación que el personaje
tenía un traje especial para estar a la altura sobre
la tierra ¿Por qué? Explica.
e) Calcula el peso de una columna imaginaria de aire
sobre área aproximada de tu mano abierta, además
explica por qué no se siente esa presión en tu mano.
f) La Paz es una de las ciudades más importante de Bolivia, en ésta los deportista de alta
rendimiento quienes no está adaptados a vivir este lugar, presentan enormes dificultades
para llevar a cabo de manera efectiva sus actividades deportivas. ¿Cuál es la causa de dicha
problemática? Explica.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Ahora lee el siguiente párrafo, relaciónalo con la animación de presión atmosférica y
soluciona los interrogantes planteados:
El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la
presión externa (presión atmosférica). Cuando se aplica calor a un líquido, su presión de vapor
aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica dando lugar a la formación de burbujas. El
punto de ebullición varía con la presión externa que existe por encima de la superficie del líquido.
Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el
punto de ebullición. Por ejemplo para el agua, la presión de vapor alcanza a la presión atmosférica
al nivel del mar a la presión de 760 mmHg a 100°C. Puesto que la presión de vapor aumenta con
la temperatura, se sigue que para una presión mayor de 760 mmHg (por ejemplo, en una olla a
presión), el punto de ebullición está por encima de los 100°C y para una presión menor de 760
mmHg (por ejemplo, en altitudes por encima del nivel del mar), el punto de ebullición estará por
debajo de 100°C.
a. ¿Cómo reconoces que el agua hierve? Explica.
b. ¿Es posible que el agua hierva sin calentarse? Explica.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
c. Dos personas toman café hirviendo, una a nivel del mar y la otra lo toma a altura determinada
sobre el nivel del mar. ¿cuál persona se puede quemar más al tomar café hirviendo? ¿Por qué?
d. ¿Qué puedes afirmar respecto a la variación de presión atmosférica y su influencia en el clima?
Explica.
3. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde la pregunta :
Tubos de presión para transporte de petróleo
Los oleoductos son un ensamblaje de tubos de acero con diámetros internos que suelen oscilar
entre los 30 y los 120 centímetros que moviliza el petróleo para hacer posible su comercialización.
Pueden ser construidos sobre la superficie o enterrados bajo tierra y en el mar.
La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica más la presión hidrostática en un punto
determinado.
¿Investiga sobre qué condiciones consideras que debe tener el material de fabricación de los tubos
de transporte del petróleo para soportar la presión externa absoluta?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Actividad 2
PRINCIPIO DE PASCAL
Esta actividad experimental se observa una aplicación del Principio de Pascal y de la prensa
hidráulica en el modelo de la construcción de un elevador hidráulico.
Antes de empezar a realizar las actividades programadas, debes recordar en qué consisten el
principio de pascal y la prensa hidráulica.
Principio de Pascal: La presión ejercida sobre la
superficie de un líquido contenido en un recipiente
cerrado se transmite a todos los puntos del mismo
con la misma intensidad.
F
Prensa hidráulica: consta de recipiente lleno de
líquido con dos cuellos de diferente sección cerrados
con émbolos ajustados y capaces de resbalar
libremente dentro de los tubos (pistones).
Nos permite prensar, levantar pesos o estampar
metales ejerciendo fuerzas muy pequeñas.
Como P1=P2(porque la presión interna es la misma
para todos lo puntos)
Entonces: F1 F2
=
A1 A2
F
por lo que despejando un
A
término se tiene que: F F1 A
2
2=
A1
A
F
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¿Cómo se comportan los fluidos?
CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO
1. A continuación en las figuras 1 y 2 vas a observar el diseño de un elevador hidráulico. La
Figura 3 es un esquema del elevador hidráulico de la figura 2.
Elevador
Pistón o embolo
de empuje
Depósito de
agua o
reservorio
Conductos o
mangueras
Figura 1. Montaje del elevador
Elevador
Figura 2. Elevador en
funcionamiento
Depósito de agua
o reservorio
Pistón o embolo
de empuje
Conductos o
mangueras
Figura 3. Esquema del elevador
hidráulico
2. A partir de las imágenes, diseña y construye un elevador.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Guía para la construcción del elevador
Materiales:
• 2 jeringas grandes (30 ml)
• 1 jeringa pequeña (10 ml)
• Soportes para sujetar las jeringas
• Kit para administrar sueros también llamado venoclisis o equipo de infusión, aunque estos
elementos se pueden conseguir en cualquier droguería o farmacia, también se pueden utilizar,
manguera de mimbre o manguera de acuario o manguera de tomar nivel, los cuales se pueden
conseguir en una ferretería.
• 3 conectores para tubos de plástico tipo
• Dos válvulas anti retorno, también puedes utilizar pinzas para el cabello o clips de papelería
• Una llave de paso o pinzas para el cabello o clips de papelería.
• Pegante para plástico (Súper Bonder o silicona líquida)
Figura 4. Válvulas anti retorno
Figura 5. Llave de paso
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Construcción
1. Cortamos el tubo de plástico en seis partes iguales, tres de aproximadamente 15 cm de largo y
otras tres partes iguales de aproximadamente 5 cm de largo.
2. Conectamos a cada una de las jeringas, un tubo de 5 cm utilizando el pegamento.
3. Conectamos cada una de las jeringas previamente acopladas con los tubos, a la T.
4. A la jeringa de 10 ml, le conectamos a cada lado de la T, una válvula antiretorno teniendo en
cuenta el mismo sentido de funcionamiento, sino conseguiste la válvula entonces conecta a cada
lado de la T un tubo, y la circulación del líquido, la controlas con las pinzas o clips.
5. Extraemos del kit de infusión la llave reguladora (es una llave que gira cuando la empujamos
con el pulgar) y la ingresamos en uno de los tubos de 15 cm, esta llave la utilizaremos como
una llave de paso.
6. Al tubo anterior le conectamos en cada extremo un jeringa grande y extraemos el embolo de
una de ellas.
7. El dispositivo anterior lo conectamos a la jeringa de 10 ml mediante tubos.
8. Aseguramos a los soportes las jeringas unidas.
9. Llena el dispositivo con agua o liquido de algún color.
Funcionamiento
1. Se hala embolo de jeringa de 10 ml, y succiona agua del reservorio (jeringa sin embolo)
Reservorio
(Jeringa sin embolo)
Llave de paso
Llave antiretorno 1
Llave antiretorno 2
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Se oprime el embolo de jeringa de 10 ml, y liquido fluye por la otra vía, la llave de antiretorno 1
se cierra y se abre la numero 2, y así sucesivamente, hasta que el embolo grande alcance la altura
deseada.
Llave de paso
Llave antiretorno 1
Llave antiretorno 2
3. Para devolver el embolo grande, se abre la llave de paso, y se oprime el embolo grande, el líquido se devuelve hacia el reservorio.
3. Ahora analiza y resuelve las siguientes situaciones:
1. ¿Qué observaste cuando halaste y luego cuando empujaste el embolo del diseño que construiste?
Describe.
2. ¿Qué papel desempeñan las válvulas antiretorno? Explica
3. ¿Por qué es necesaria la llave de paso entre el reservorio y el embolo –elevador? Explica.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
4. Escribe una estrategia para que el funcionamiento de las válvulas, faciliten que el dispositivo
alcance el objetivo propuesto.
5. Compara la fuerza aplicada al empujar el embolo, con el peso del objeto que se desea elevar. ¿Es
ventajoso el mecanismo? explica
6. ¿Qué limitantes crees que tiene el diseño que construiste? Explica.
7. Compara el diseño del elevador con el funcionamiento de un gato hidráulico. ¿Son iguales los
mecanismos? Dibuja ambos mecanismos.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
4. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde la pregunta :
La extracción del petróleo por la tubería, se logra por métodos naturales o artificiales:
Naturales
1. La presión del agua subyacente, que al transmitirse al petróleo, lo obliga a subir. Es la más
efectiva.
2. La presión del gas libre que cubre al petróleo, que se transmite a éste y lo impulsa en su
ascenso.
3. Cuando no existe gas libre y el agua no tiene presión suficiente o tampoco existe, al disminuir
la presión por la perforación del pozo, el gas disuelto en el petróleo se desprende y al
expandirse lo hace surgir. Es la menos efectiva de las tres.
Artificial
a. Inyección a presión de agua, gas o aire.
b. Bombeo mecánico con bombas aspirantes de profundidad, accionadas por gatos de bombeo.
c. Bombo hidráulico, inyectando petróleo a presión que regresa a la superficie bombeado; y
bombeo centrífugo, con bombas centrífugas de varias etapas, ubicadas cerca del fondo del pozo
y accionadas por motores eléctricos controlados desde la superficie.
¿De qué forma consideras que se aplica el principio de pascal y la prensa hidráulica en los métodos
de extracción de petróleo?
5. Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza
una descripción escrita o grafica del funcionamiento de una retroexcavadora, un buldócer,
freno hidráulico desde el punto de vista de aplicación del principio de Pascal.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Actividad 3
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
1. Observa la animación con mucho cuidado es sobre principio de Arquímedes y luego,
resuelve los interrogantes o actividades de aprendizaje, con el propósito de que extiendas tu
comprensión sobre la idea de la fuerza de empuje.
Peso real
Peso aparente
a. Compara los tres datos, ¿cuál es el mayor?
b. ¿Por qué el peso en el agua es menor que peso en el aire? Argumenta.
c. ¿Qué fuerza hace que el cuerpo metálico en el agua sea más liviano y con qué dirección?
Argumenta.
d. Consulta el nombre de esta fuerza.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
e. Escribe a qué equivale el peso del cuerpo en el aire en términos de los otros pesos y
determina el modelo matemático del peso del agua desalojada. Consulta el nombre de esa
fórmula.
2. Con base en la actividad anterior puedes responder:
Un transatlántico está hecho de acero.
¿Por qué flotan los barcos transatlánticos?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
3. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde las siguientes preguntas :
El valor del petróleo crudo se determina por su rendimiento en productos refinados y
dicho rendimiento depende de sus características físico-químicas, siendo sus principales su
contenido de azufre y su densidad.
De acuerdo con su contenido de azufre, se clasifica como “amargo”, “semi –amargo o “dulce”.
Conforme a su densidad se clasifica con valores numéricos que se identifican como grados API
(American Petroleum Institute)
• ¿Por qué flota el petróleo sobre el agua?
• ¿Si el petróleo no flotara sería menos peligroso para el medio ambiente?
• ¿Qué mecanismos se utilizan para recoger el petróleo derramado?
4. Consulta en los textos escolares de física o en internet la conceptualización del modelo
teórico del principio de Arquímedes y compara con los conocimientos que surgieron de tu
discuciones en el aula.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
5. En grupos pequeños de compañeros realicen un mapa conceptual del modelo teórico del
principio de Arquímedes, utilizando tanto los términos que has construido durante las tareas
como lo consultado. Adicionalmente, relaciónalo con fenómenos físicos cotidianos en donde
es importante este concepto. Dicho texto será socializado con toda la clase con el propósito de
ponerlo a evaluación ante el colectivo áulico.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe una fuerza de abajo hacia arriba,
llamada empuje, igual al peso del líquido desalojado.
E= δ�
fluido
*g*Vsumergido
E = empuje
�
δ = densidad del fluido
V = volumen del cuerpo sumergido.
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 la densidad del cuerpo.
Entonces, se pueden producir tres casos:
1.
Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde. Es decir, la densidad del cuerpo
es mayor la del líquido.
2.
Si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. La densidad del
cuerpo es igual la del líquido.
3.
Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota. La densidad del cuerpo es menor al
del líquido.
6. Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza
una descripción de como aplicarías el principio de Arquímedes en el funcionamiento de los
globos aerostáticos, globos de helio, o para determinar si una joya está hecha de oro puro.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Actividad 4
ALGUNAS APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI
Esta actividad comprende dos eventos; uno sobre el funcionamiento de un carburador y otro
evento sobre construcción de un bumerang.
Evento 1
1. Vas a analizar el siguiente interactivo sobre el funcionamiento de un carburador y responde
las preguntas propuestas:
FUNCIONAMIENTO DE UN CARBURADOR
Cuba del carburador: tiene como misión mantener constante el nivel de combustible a la salida
del surtidor. Cuando baja el nivel de combustible cede el muelle y se abre el paso al combustible y
cierra el paso del mismo, por el efecto de flotamiento de la boya en el líquido combustible.”
“Surtidor: consiste en un tubo calibrado, situado en el interior de la canalización de aire del
carburador, tiene su boca de salida a la altura del difusor o venturi (estrechamiento). Tiene la
misión de dosificar la cantidad de combustible que puede salir por el surtidor en forma de aerosol o
spray a través de un conducto hasta los pistones debido a la depresión creada en el Venturi.
“El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla,
transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases
resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira”
la mezcla en la carrera de aspiración.”
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Un carburador es un artefacto mecánico donde todo su funcionamiento se basa en la
descompresión que crean los pistones del motor en su carrera de bajada.
Cuando el pistón desciende durante la etapa de admisión de gases se provoca un vacío en la cámara
de combustión, por lo tanto habrá una gran descompresión, tal que se transmitirá a través de
la tubería de admisión al carburador y hacía el exterior, lo que causará la entrada de aire en el
carburador.
Luego, el efecto Venturi provoca que toda corriente de aire que pasa por una canalización,
ocasione una baja de presión.
Dentro de la canalización tenemos un estrechamiento (Venturi) para aumentar la velocidad del
aire y un surtidor comunicado a un deposito con combustible a nivel constante, la descompresión
que se provoca en ese punto producirá la salida del combustible por la boca del surtidor que se
mezclará con el aire cuando pase en ese momento por el estrechamiento, siendo arrastrado hacia el
interior de los cilindros del motor.
a. ¿Qué papel realiza el acelerador durante el funcionamiento del carburador?
b. ¿Por qué entra aire y vapor o aerosol de gasolina en la cavidad estrecha del Venturi?
c. ¿Qué sucede con la velocidad de circulación de un fluido cuando pasa de un tubo de mayor
área transversal a otro de menor área dentro de la cavidad estrecha del Venturi? ¿Aumenta
o disminuye?
d. ¿Qué puedes decir acerca de la presión de un fluido cuando aumenta la velocidad de
circulación dentro de la cavidad estrecha del Venturi?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Evento 2
1. Vas a construir un bumerang y a contestar las preguntas propuestas:
Construcción de un bumerang
Pasos:
a. Calcar la forma del bumerang en la
tablilla de madera.
b. Recortar lo más exacto posible.
c. Lijar los cantos y perfiles para limas
las asperezas # 100.
d. Dar forma al perfil de los ángulos de
ataque de las alas a través de un lijado
# 60.
e. Volver a lijar con lija #220.
f. Pintar y decorar.
Nota: En caso de que no se pueda realizar un bumerang de madera, también puedes construir un
bumerang de papel según como lo muestra una animación que te presenta tu profesor.
1. ¿Por qué consideras que las alas del bumerang deben cumplir con condiciones especiales?
2. ¿Por qué el bumerang se devuelve?
3. ¿Qué relación hay entre la forma del ala del bumerang y el ala de un avión?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, responde la siguiente pregunta :
• ¿Qué condiciones consideras que deben cumplir los oleoductos y gaseoductos, ya sea por
debajo del mar o por tierra para garantizar la seguridad del transporte del petróleo?
3. Ahora forma parte de uno de los grupos de compañeros para que realicen una exposición del
siguiente listado de aplicaciones del teorema de Bernoulli. Teniendo en cuenta que para cada
exposición se enfatice en los conceptos de presión, velocidad y área, además puedes usar un
mapa conceptual, cuadro sinóptico, esquema, dibujo, o una actividad experimental:
1.
2.
3.
4.
5.
Flujo de un fluido en una tubería
Teorema de Torricelli
Tubo de Venturi
Atomizador
Efecto Magnus
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¿Cómo se comportan los fluidos?
6.
7.
8.
9.
Sustentación de aviones
Chimeneas
Anemómetro de presión
La hélice que impulsa al barco
Toma apuntes de las exposiciones.
Actividad 5
CONTEXTOS DE APLICACIÓN
La siguiente actividad de aprendizaje tiene como propósito extender conceptualmente el teorema
de Bernoulli aplicado en dos contextos.
El primero se refiere a una enfermedad del cuerpo humano, para ello muestra como las arterias se
tapan por el uso indebido de los alimentos y de algunas actividades cotidianas que perjudican el
buen funcionamiento del sistema circulatorio.
El segundo contexto está ligado a funcionamiento de la ventilación de aire en las madrigueras de
los topos.
Primer contexto:
La acumulación de depósitos grasos y cerosos en el interior de las arterias, tales como el colesterol,
calcio y otras sustancias de la sangre, provocan una enfermedad denominada "placa aterosclerótica"
o simplemente "placa”. Las arterias coronarias se estrechan lentamente, haciendo que el corazón
reciba menos sangre y oxígeno, trayendo como consecuencia un ataque cardíaco.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Contesta las siguientes preguntas:
Arteria normal
Desgarro
en la pared arterial
1. ¿Qué sucede con la velocidad de circulación
de la sangre, al estrecharse el área de la sección
transversal de la arteria? Explica.
2. ¿Qué consecuencia trae la variación de velocidad
para el concepto de presión? Argumenta.
3. ¿Qué cambios en el ritmo cardiaco debe realizar
el corazón para mantener las variaciones
normales de presión?
Depósito
de materia grasa
La arteria es bloqueada
por un coágulo
4. ¿Qué puedes decir acerca de la presión sanguínea,
ante la situación propuesta?
Tomando la temática la animación introductoria y haciendo un símil entre sistema circulatorio
y el sistema de oleoductos de nuestro país, resuelve el siguiente interrogante:
• ¿Crees que se corre un alto riesgo de seguridad por la obstrucción de las tuberías que
transportan el petróleo? Argumenta.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza una
caracterización teórica sobre la hipertensión arterial.
Segundo contexto: MADRIGUERAS DE LOS TOPOS
Las ratas topo viven en un laberinto de túneles subterráneos que pueden extenderse más de una
milla de largo y una profundidad de 8 pies debajo de la superficie del suelo. De vez en cuando
hacen una apertura hacia el mundo exterior a patear el suelo excavado a la superficie, donde forma
pequeños montículos.
Los topos suelen establecerse en las praderas, prefiriendo los terrenos mullidos y frescos, como son
los de huerta.
Su habitación o nido está a medio metro, o algo más, bajo el nivel del suelo. Procuran hacer su
madriguera en parajes defendidos por la vegetación, sobre todo de arbustos espinosos.
Otras veces la sitúan al pie de un muro, o bajo las raíces de un árbol, buscando así abrigo contra la
lluvia y los derrumbamientos. Prefieren, al parecer, los lugares elevados a los muy bajos. Huyen de
los terrenos húmedos en exceso, así como de los muy pedregosos y de los que permanecen secos
durante mucho tiempo.
Encima de su vivienda amontonan la tierra extraída en la excavación, llamada ``topera''. Montículo
que mide aproximadamente 30 centímetros de altura por 60 a 90 cm de diámetro. Esta tierra que
cubre el nido, a manera de techo, está bien apelmazada y apisonada. La madriguera consta de
una cámara central o "nido", de paredes lisas, y cuyo fondo está tapizado de musgo, hojas secas o
hierba, y de un sistema complicado de galerías, cuyo diámetro mide de cuatro a cinco centímetros.
Partiendo del nido, se dirigen unas cámaras hacia arriba, que son las utilizadas para echar afuera
la tierra; otras rodean el nido a manera de caminos de ronda. Otra Galería conduce al terreno de
caza, alejado a veces un centenar de metros del nido. Por último, hay una galería de fuga, que mide
frecuentemente 30 a 40 metros y conduce al exterior después de numerosas revueltas.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Resuelve el siguiente interrogantes:
• ¿Qué objetivo tiene la intercomunicación entre los túneles?
• ¿Por qué la red de túneles tiene varias salidas a la superficie?
• ¿Por qué algunos túneles son anchos y otros angostos?
• ¿La diferencia de altura entre la superficie y un punto en el túnel o en una recamara, influye
en la fluidez del aire?
• ¿Qué relación tiene las minas y las madrigueras de los topos?
• ¿Qué propiedad del teorema de Bernoulli se debe tener en cuenta para la construcción de
túneles por parte de los topos y por parte de los mineros?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Realiza un parafraseo del modelo teórico del Teorema de Bernoulli, aplicado a la construcción
de túneles para minas. Utilizando tanto los términos que has construido durante las tareas
como lo consultado en otras fuentes. Adicionalmente, relaciónalo con fenómenos físicos
cotidianos en donde es importante este concepto. Dicho texto será socializado con toda la clase
con el propósito de ponerlo a evaluación ante el colectivo áulico.
Actividad 6
TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD
Momento 1 experimental
1. Para esta actividad debes predecir, observar y explicar.
Observa los siguientes objetos: vaso con agua, alfiler y aguja.
Luego, que sucedería cuando se ponga con cuidado el alfiler
o la aguja sobre la superficie del agua. Es decir, el siguiente
interrogante:
• ¿Será que la aguja o alfiler se hunden al ser puesta
sobre la superficie del agua, siendo que estos objetos
tienen mayor densidad que el agua?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Analiza y observa con cuidado la demostración, para que compruebes tus predicciones, luego,
soluciona las siguientes problemáticas argumentando a partir de la evidencia:
Materiales:
Vaso, agua, alfiler aguja o clips.
1. Coloca con cuidado sobre la superficie del agua reservada
en un platón o vaso desechable un alfiler o aguja o clips,
tal que permanezcan a flote.
Muestra la ilustración
2. Teniendo en cuenta que la densidad del acero y del
agua son respectivamente 7.8 gr/cm3 y 1 gr/cm3,
• ¿por qué cuando la aguja de acero se ubica con cuidado
sobre la superficie del agua, ésta no se hunde?
• ¿Esta característica es exclusiva del agua? Argumenta.
• ¿Cómo explicas el hecho de que ciertos mosquitos
puedan caminar por la superficie del agua?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Tensión superficial es la fuerza de atracción intermolecular en la superficie, causada por las fuerzas
cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, sobre todo entre los átomos vecinos. Las moléculas de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes hacia
los lados de la superficie.
Momento 2 experimental
1. Observa los siguientes objetos:
Vaso con agua, atado con una lana por el borde del vaso, el otro extremo del trozo de lana se coloca
en el interior de otro vaso. Luego, que sucedería cuando se inclina el vaso con agua. Es decir, les
solicita el siguiente interrogante:
• ¿Será que el agua se derrama o se desplaza a través de la lana hacia el otro vaso?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
2. Ahora observa con cuidado y lleva a cabo la demostración.
Seguidamente soluciona a las siguientes problemáticas argumentando a partir de la evidencia:
Materiales:
Dos vasos, trozo de lana (50 cm), agua.
a. ¿Por qué consideras que el agua se desliza por la
lana y no se desprende? Argumenta.
b. ¿La propiedad anterior es debido a la contextura de
la lana o es una característica del agua o de ambos?
c. ¿Porque cuando se derrama agua u otro líquido,
rápidamente utilizamos un paño o toalla de cocina
para secarlo y no otro objeto? Explica.
d. Mostrar imágenes de las microfibras.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
e. ¿Qué sucede si en vaso con agua se introduce un pitillo muy delgado? ¿Por qué?
f. ¿Por qué la superficie del agua en un tubo
de ensayo es cóncava hacia arriba, mientras
que si fuera mercurio la superficie es cóncava
hacia abajo? Argumenta.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
g. ¿Qué papel desempeñan el xilema y el floema en la
circulación de la planta? Explica.
h. ¿En qué parte de la circulación de las plantas se da en
fenómeno de capilaridad de los fluidos? Argumenta.
i. ¿Qué otros factores se debe tener en cuenta en el
sistema de circulación de la savia, para que llegue a
todas las partes de la planta?
j. ¿En qué parte de la circulación de la sangre del cuerpo
humano, se presenta el fenómeno de capilaridad?
k. ¿Qué otros factores contribuyen para que la irrigación
sanguínea llegue a todo el cuerpo?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
3. Tomando la temática de la animación introductoria sobre el derrame del petróleo
El análisis químico revela que el petróleo está casi exclusivamente constituido por hidrocarburos, compuestos formados por dos elementos: carbono e hidrógeno. Es químicamente incorrecto
referirse al "petróleo", en singular; existen muchos "petróleos", cada uno con su composición
química y sus propiedades características.
En efecto:
Son líquidos insolubles en agua y de menor densidad que ella. Dicha densidad está
comprendida entre 0,75 y 0,95 g/ml.
Sus colores varían del amarillo pardusco hasta el negro.
a. ¿Qué puedes decir de las fuerzas de cohesión intermolecular y adhesión entre las
moléculas?
b. ¿Crees que el petróleo facilita la capacidad del fenómeno de capilaridad?
c. ¿Qué tanto afecta un derrame de petróleo a las plantas?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
LA CAPILARIDAD
La capilaridad es una propiedad de los líquidos que le confiére la capacidad de subir o bajar por
un tubo de diámetro muy pequeño del orden de la micras llamado capilar, la capilaridad depende
de su tensión superficial, la adhesión o fuerza intermolecular del líquido y cuando un líquido sube
por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus
moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido
que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del
líquido que llena el tubo. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más
potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el
líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.
CAPILARIDAD EN PLANTAS
Gracias a la capilaridad puede llevar la savia, nutrientes y energía a todas las partes de la planta,
inclusive las más lejanas de la raíz a pesar de la fuerza de gravedad. Ya que por ósmosis, penetran
hacia el interior de la raíz, donde se producen nuevos procesos osmóticos que contribuyen al
ascenso de savia por los vasos leñosos del tallo.
4. Finalmente, el profesor para cerrar esta actividad recoge en el tablero las principales temas
que están alineadas con las ideas científicas, las cuales se han producido a lo largo del proceso
de socialización de la serie de tareas abordadas hasta el momento, solicita a los estudiantes
que realicen una descripción de la aplicación de la capilaridad en un sistema de riego o como
es el proceso de humedad en las paredes y proponer una estrategia de solución.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Para realizar un resumen, en pequeños grupos de estudiantes, diseñan un juego de concéntrese, tal
que se debe destapar una ternas para obtener puntos.
Las ternas estarán formadas por los términos, conceptos, formulas y aplicaciones, de tal manera que,
los participantes encontraran la relación respectiva a cada concepto.
Palabra
Definición
Presión
La presión es la
magnitud escalar que
relaciona la fuerza
con la superficie
sobre la cual actúa.
Presión
atmosférica
La presión
atmosférica es la
fuerza que ejerce
el aire sobre la
superficie terrestre.
Fórmula
Aplicación
Afilado de un cuchillo
P= F/A
Pa= d * g * h
Cámara de vacío
Pa: presión atmosférica
d:densidad del mercurio
h:altura de la columna
de mercurio
(0.76m al nivel del mar)
Presión
hidrostática
Principio
Pascal
La presión
hidrostática es la
fuerza por unidad
de área que ejerce
un líquido en reposo
sobre las paredes
del recipiente que
lo contiene y sobre
cualquier cuerpo
que se encuentre
sumergido.
P h= d * g h
densidad(d)
Buzos
*
la gravedad(g)
y la profundidad(h)
La presión ejercida
sobre un fluido
incompresible y en
equilibrio dentro
de un recipiente
de paredes
indeformables se
transmite con igual
intensidad en todas
las direcciones y en
todos los puntos del
fluido.
Gato hidráulico
F1/A1= F2/A2
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Palabra
Principio de
Arquímedes
Teorema de
Bernoulli
Definición
Fórmula
Un cuerpo total
o parcialmente
sumergido en un
fluido en reposo,
recibe un empuje de
abajo hacia arriba
igual al peso del
volumen del fluido
que desaloja.
E= � fluido g Vsumergidoδ
* *
E = empuje
δ
� = densidad del fluido
Describe el
comportamiento de
un fluido moviéndose
a lo largo de una
corriente de agua.
Aplicación
Barco
V = volumen del cuerpo
sumergido
2�
P + V + �gh =constante
Vuelo de un avión
P= presión estática del
fluido
V= velocidad de flujo
del fluido
g= aceleración de la
gravedad
� =Densidad del fluido
h= altura sobre un
nivel de referencia
Bomba de jabón
Tensión
superficial
Es la fuerza
de atracción
intermolecular en la
superficie, causada
por las fuerzas
cohesivas entre las
moléculas dentro
de un líquido, sobre
todo entre los átomos
vecinos. Las moléculas
de la superficie, no
tienen átomos por
encima y presentan
fuerzas atractivas más
fuertes hacia los lados
de la superficie.
Circulación de savia
en los árboles
Capilaridad
Es un proceso de los
fluidos que depende de
su tensión superficial
la cual, a su vez,
depende de la cohesión
del líquido y que le
confiere la capacidad
de subir o bajar por un
tubo muy delgado.
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¿Cómo se comportan los fluidos?
1. En una piscina el agua llega hasta 3 metros de
altura y en el fondo hay una tapa circular de
10 cm de radio.
• ¿Qué fuerza hay que realizar para abrir
dicha tapa?
2. Un alpinista ha medido la presión atmosférica al pie de una montaña y en la cima, marcando,
800 mm y 400 mm respectivamente.
• ¿Qué altura tiene la montaña?
3. ¿ Cuántos globos de helio de aproximadamente
de 30 cm de radio son necesarios para alzar una
niña de 40 kg de masa?
4. Un barco carguero madera (ẟ� = 0.6 gr/cm3
densidad de la madera) transporta mercancía
en contenedores de masa aproximada de
50 kg cada uno. El barco tiene las siguientes
dimensiones, de longitud 18 m, ancho 8 m
y 0.5 m de alto. ¿Cuántos contenedores se
pueden cargar en el barco?
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¿Cómo se comportan los fluidos?
Lista de referencias
A., S. R. (2008). Física para ciencias e ingenierias 7 edicion. Mexico: Thomson.
Fundacion wikipedia. (2015, Enero 28). http://es.wikipedia.org/. Retrieved from
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1tica
Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual. Naucalpan de Juárez: Pearson
Educación de México, S.A de C.V.
Resnick, R., & Halliday, D. (1992). Fisica vol.2. Mexico: Continental S.A.
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¿Cómo se comportan los fluidos?