Hola gente de T! Aquí les traigo un muy buen aporte sobre Termo ya que buscando en la pagina solo encontré libros pero nada de resúmenes explicando los conceptos así que decidí hacer uno yo mismo y postearlo Espero que les sirva.
Antes de empezar
Recuerda
Las unidades de masa y de volumen y sus equivalencias de múltiplos y submúltiplos.
Repasa cómo utilizar las constantes de transformación. Recuerda el concepto de peso
(p=mg) y sus unidades.
Presión
Definición y Unidades
Un sólido al entrar en contacto con otro ejerce una fuerza en su superficie tratando de penetrarlo. El efecto deformador de esa fuerza o la capacidad de penetración depende de la intensidad de la fuerza y del área de contacto. La presión es la magnitud que mide esa capacidad.
Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa=1 N / m2). .
En la industria se usa el kp/cm2. Cuando alguien dice que la presión de un neumático es de "2 kilos" se está
refiriendo a esta unidad, el kp/cm2, (kp/cm2 = 98 000 Pa). Naturalmente esta forma de expresar la presión como unidad de masa es una incorrección,pero los usos incorrectos en el lenguaje vulgar con el tiempo se afianzan aunque son inadmisibles, conducen a errores conceptuales y son una muestra
de ignorancia.
La presión atmosférica se mide en atmósferas y mm Hg.
1 atm = 760 mm Hg
1 atm =101300 Pa.
Otra unidad son los bar;
1 bar (b) = 1.000 mb
1 bar (b) = 100.000 Pa.
En Meteorología se usa el milibar o hPa (1 mb = 100 Pa). Una presión de 1 atm equivale a 1013 mb (recuerda los mapas del tiempo).
Las borrascas tienen valores inferiores a ésa y los anticiclones mayores.
A efectos de exactitud, cuando medimos la presión de los neumáticos, una presión de 2 kp/cm2 equivalen “casi" a 2 bar.
Fuerza y presión en los sólidos y en los fluidos
Una fuerza externa aplicada a una pared móvil de un recipiente que contiene un fluido crea una presión que lo comprime. La fuerza repartida sobre la superficie de la pared móvil da el valor de la presión (P = F/S). El volumen que ocupa el fluido disminuye al aumentar la presión. La compresibilidad es casi nula en los líquidos.
Aún sin fuerza externa, el peso del líquido ejercerá una presión hidrostática sobre sus capas inferiores.
Esta presión engendra una fuerza que actúa desde el interior del líquido hacia fuera y perpendicularmente a todas las paredes del recipiente.
F = PS
Experiencia: La presión crea una fuerza
Adosamos una chapa ligera al extremo inferior de un tubo abierto por sus dos extremos y la fijamos por medio de un hilo, que sujetamos con una mano por el otro extremo del tubo.
Si soltamos el hilo cuando el tubo está vertical y en el aire, la chapa se cae; pero si lo soltamos una vez que hemos introducido el tubo en un recipiente con agua, la presión hidrostática origina una fuerza sobre el fondo de la chapa y hacia arriba que impide que se caiga.
Esta experiencia muestra como la presión dentro de un líquido crea una fuerza sobre la superficie de
los objetos situados en su interior.
Observa la escena de la página web para ver como al penetrar el agua en el tubo, cuando la suma del peso de la chapa más la fuerza de la presión interior es mayor que la fuerza de la presión exterior, la chapa se cae.
Densidad
Definición y unidades
La densidad es una propiedad característica de cada sustancia y da idea de lo pesado de los átomos que la forman y de lo juntos que están: una misma masa de distintas sustancias ocupa distinto volumen.
Si algunas sustancias ordenaran sus átomos como A y B, y los átomos de B fueran tres veces más pesados
que los de A, aún así sería más densa la sustancia A.
La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3.
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Presión hidrostática
Principio fundamental
La Hidrostática trata de los líquidos en reposo.
Un líquido encerrado en un recipiente crea una presión en su seno y ejerce una fuerza sobre las paredes que lo contienen.
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una presión, P = dgh, sobre cualquier cuerpo sumergido en ellos. La presión será tanto mayor cuanto más denso sea el fluido y mayor la profundidad. Todos los puntos situados a la misma profundidad tienen la misma presión.
Experiencia I: Mayor cuanto más abajo
Podemos comprobar que la presión hidrostática aumenta al descender dentro de un líquido viendo que la velocidad con la que sale el líquido es mayor cuanto más abajo esté el agujero efectuado en la
pared lateral del recipiente.
La presión sobre las paredes aumenta hacia abajo y por tanto también lo hace la fuerza sobre las mismas. Si perforamos agujeros a distintas profundidades, la velocidad de salida se hace mayor al aumentar la
profundidad.
En la página web se muestra una animación de esta experiencia y además se pone de manifiesto que, a pesar de la menor velocidad de salida, el alcance del chorro del medio puede ser mayor que el de más abajo según donde pongamos el nivel de referencia.
Experiencia II: Vasos comunicantes
Dos o más vasos comunicados por su base se llaman vasos comunicantes. Si se vierte un líquido en uno de ellos, se distribuirá de tal modo que el nivel del líquido en todos los recipientes es el mismo, independientemente de su forma y sus capacidades. Éste es el llamado Principio de los vasos comunicantes.
Este principio es una consecuencia de la ecuación fundamental de la Hidrostática: Los puntos que están a la misma profundidad tienen la misma presión hidrostática y, para que eso ocurra, todas las columnas líquidas que están encima de ellos deben tener la misma altura.
Parece "de sentido común" pensar que el recipiente que contiene más agua, y que por tanto tiene mayor peso, el que tiene paredes que convergen hacia el fondo, soporta mayor presión, pero no es así: la Física lo demuestra y la experiencia lo confirma. ¡La Física no se guía por el llamado sentido común!Las conclusiones a las que llegamos por el “sentido común” proceden de razonamientos que tienen sus fuentes de información en lo que observamos con lossentidos y éstos a menudo nos engañan.
Principio de Pascal
Enunciado
Blaise Pascal, matemático, físico y filósofo francés del siglo XVII enunció el siguiente principio:
Si ejerces una fuerza F exterior sobre un émbolo de sección S, se origina una presión (p = F / S) en toda la masa líquida.
La presión es una magnitud escalar, no tiene dirección definida, pero la fuerza interior que origina es un vector perpendicular a la superficie sobre la que actúa. Por lo tanto dentro de una esfera es perpendicular, en cada punto, a la superficie interior.
El chorro de líquido no sale con más fuerza por el agujero inferior, como podía pensarse al empujar la fuerza externa el émbolo en esa dirección, sino quesale por todos los orificios con igual velocidad.
Aplicación del Principio de Pascal: Prensa hidráulica
El "gato hidráulico" empleado para elevar coches en los talleres es una prensa hidráulica. Es un depósito con dos émbolos de distintas secciones S1 y S2 conectados a él. La presión ejercida por el émbolo al presionar en la superficie del líquido se transmite íntegramente a todo el líquido. La presión es la misma
en los puntos próximos a los dos émbolos. P1 = P2
La fuerza F1 aplicada en el émbolo pequeño se amplifica en un factor amplificador k tal que: F2 en el
émbolo grande es k . F1. Además de amplificar el valor de F1 cambia su dirección de utilización, pues F2 estará donde conectemos al depósito el segundo émbolo.
Aplicación del P. Pascal: Frenos hidráulicos
Los frenos hidráulicos son una aplicación del principio de Pascal.
Al pisar el freno ejercemos una fuerza con el pie en el pedal que la transmite a un émbolo de sección pequeña que se mueve dentro de un pistón. Esa fuerza crea una presión en el interior del líquido de frenos. El fluido transmite la presión casi instantáneamente en todas direcciones.
Al tener colocado otro pistón con su émbolo en el otro extremo del circuito hidráulico y, según la relación entre las secciones de los émbolos, la fuerza aplicada será amplificada en ese punto.
El sistema hidráulico cambia también la dirección y el sentido de la fuerza aplicada.
Presión atmosférica
Atmósfera: características.
• La atmósfera es la capa gaseosa que rodea la Tierra.
• Tiene un espesor de aproximadamente 100 km que, frente a los 6.400 km del radio de la Tierra o frente a las inimaginables distancias cósmicas, nos da una idea de lo frágil que es la capa que sustenta la vida. ¡Cuidémosla!
• Contiene gases en continua agitación y movimiento que determinan el clima. El peso
de los gases origina la presión (P = d.g.h).
• Su elemento más abundante es el nitrógeno (gas muy inerte) seguido del oxidante oxígeno (21%) que nos permite respirar; el ozono nos protege de los rayos ultravioleta. Muchos meteoritos arden totalmente en ella. También contiene partículas sólidas en suspensión.
• Su composición y la proporción de sus gases se mantuvo constante durante milenios.
Aunque la atmosfera llega hasta los 100 km, por encima de 10 km no hay prácticamente aire (el 75% de los gases de la atmosfera se encuentra en estos 10 primeros km que corresponden a la troposfera).
La concentración del aire varía con la temperatura y por eso el peso del aire sobre un punto de la Tierra no
es el mismo todos los días: la presión atmosférica, en un mismo lugar de la Tierra, no tiene un valor constante.
Las diferencias de presiones entre lugares diferentes de la Tierra, originadas por diferente calentamiento, etc. dan lugar a los vientos. Estas diferencias de presión originan desplazamientos verticales y horizontales combinados de los gases atmosféricos que, junto con la orografía y características del suelo, hacen difícil predecir la evolución y los pronósticos climáticos.
Experiencia de Torricelli
El físico italiano Evangelista Torricelli realizó el siguiente experimento: Puso mercurio -Hg- en un tubo de vidrio de 1m hasta casi llenarlo. Tapó el extremo del tubo con el dedo y le dio la vuelta y, sin separar el dedo, lo metió invertido dentro de una vasija que contenía mercurio. Una vez dentro retiró el dedo y observó que el mercurio del tubo no caía, sólo descendía unos centímetros.
Repitiendo la experiencia varias veces y registrando los datos comprobó que la altura del mercurio en la columna variaba, según el día, en torno a unos 76 cm. (760 mmHg).
También observó que si los tubos eran de distinto diámetro la columna de Hg siempre alcanzaba la misma altura.
Torricelli desterró el concepto de "horror al vacío", concepto con el que desde la antigüedad se justificaba que las cosas cayeran hacia los lugares vacíos (precipicios, etc) creyendo que éste las atraía.
Desterró el concepto demostrando que el peso del aire es el que sostiene el mercurio en la columna y no la atracción del vacío de la parte superior de la columna.
Aparato para medir la presión atmosférica: Barómetro de mercurio
La presión atmosférica se puede medir con un barómetro de mercurio, que es, en esencia, el tubo de Torricelli con una escala adosada. El aire atmosférico presiona la superficie del mercurio de la cubeta y el mercurio, en estado líquido (fluido), transmite la presión en todos lospuntos (tal como establece el Principio de Pascal). Todos los puntos del mercurio situados a igual altura (A, B, C), tienen igual presión. En C, la presión, que es igual a la presión atmosférica, es capaz de sostener la columna de mercurio encerrada en un tubo. El tubo tiene vacío en la parte superior (si perforáramos el tubo por arriba, el mercurio caería debido a que actúa por arriba la presión del aire).
El aire de la atmósfera crea presiones al nivel del suelo de aproximadamente 1atm = 101300 newtons sobre cada cm2. Esta presión es capaz de sostener, sobre cada cm2 de tubo, una columna de masa 1 kg. Al ser muy denso el Hg, una columna con sólo una altura de 76 cm sobre 1 cm2 de base ya tiene esa masa. Es una presión considerable.
Aparato para medir la presión atmosférica: Barómetro aneroide
La presión atmosférica se puede medir con un barómetro aneroide. Con él se mide la compresión que ejerce el aire sobre un depósito de latón herméticamente cerrado. Este depósito al comprimirse tira de una cadena que pasa por un engranaje y mueve una aguja sobre una escala.
Tiene dos agujas. La aguja más próxima a la escala (la que es movida por el engranaje y señala el valor de la presión sobre la escala) y la aguja situada por encima de la anterior, que sirve de recordatorio. Esta aguja la puede mover el observador por medio de una rosca situada encima del cristal y se deja posicionada sobre la inferior después de cada lectura, para poder saber, al hacer una nueva lectura horas más tarde, en qué sentido se desplazó la aguja inferior.
Principio de Arquímedes: Empuje
Enunciado del Principio de Arquímedes
Arquímedes descubrió que el empuje es el peso del fluido desalojado. El rey quería saber, sin destruir la corona fundiéndola, si el orfebre había empleado todo el oro que le diera para hacerla o por el contrario lo había mezclado con plata. Consultó con Arquímedes y éste, estando en los baños cavilando sobre ello, pensó que la misma masa de dos sustancias distintas no ocupan igual volumen y que seguramente, al meterlas en agua, la más voluminosa soporta un empuje mayor. Y salió a la calle desnudo y gritando ¡Eureka¡.
Enunciado del Principio
Origen del empuje
Arquímedes nunca escribió las justificaciones matemáticas con que la física explica hoy su principio. Las caras superior e inferior del cuerpo están sumergidas a distinta profundidad y sometidas a distintas presiones hidrostáticas p1 y p2. Ambas caras tienen la misma superficie, S, pero están sometidas a fuerzas distintas F1 y F2 y de distinto sentido.
Si F2 > F1 y F2 está dirigida hacia arriba la resultante E estará dirigida hacia arriba
Equilibrio de los sólidos sumergidos
Al introducir un cuerpo en un fluido se produce el estado de equilibrio cuando el empuje iguala al peso. Según sean las densidades del cuerpo y del fluido en el que se sumerge se pueden originar los siguientes casos:
• Si dc > df , el peso es mayor que el empuje máximo Sque se produce cuando todo el cuerpo está sumergidoS. El cuerpo se va al fondo. No produce equilibrio.
• Si dc = df , el peso es igual al empuje máximo. El cuerpo queda sumergido y en equilibrio entre dos aguas.
• Si dc < df , el peso del cuerpo es menor que el empuje máximo y no se sumerge todo el cuerpo. Sólo permanece sumergida la parte de él que provoca un empuje igual a su peso. Este estado de equilibrio se llama flotación.
Aplicaciones: barcos, globos, etc.
Los barcos flotan porque desplazan un peso de agua que es igual al peso del propio barco. Para que exista equilibrio y no oscilen, además de la igualdad entre el peso del cuerpo y el empuje, se requiere que el centro de gravedad del cuerpo y de la parte sumergida permanezcan sobre la misma vertical. Si el peso y el empuje no están en la dirección vertical se origina un par de fuerzas.
Contempla la animación y observa el Metacentro M y el centro de gravedad. También puedes comprender en la animación como se origina un par que lo vuelca cuando G está por encima de M (ver figura y explicaciones).
La ascensión de un globo se produce porque la densidad interior es menor que la del aire y el peso del aire desalojado es mayor que la suma del peso del gas interior, la cesta, el lastre y las cuerdas.
Comparando cuánto se hunde un mismo cuerpo en distintos líquidos se puede hallar la densidad de uno relativa al otro, lo que permite construir unos instrumentos de medida llamados densímetros de flotación.
Llevan un lastre de plomo para que se hundan en el líquido y una escala en la que, según hasta donde se hunda, indica la densidad del líquido en el que se sumergen.
Recuerda lo más importante
La fuerza y la presión en los fluidos
La presión hidrostática en un punto del interior de un líquido es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, a la profundidad, h, y a la gravedad del lugar, g.
P = d.g.h
Esta presión del interior del líquido crea en las paredes del recipiente una fuerza, perpendicular a las paredes, de valor F= P S.
Principio de Pascal
La presión aplicada a un punto de un fluido estático e incompresible encerrado en un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido.
Experiencia de Torricelli
Torricelli demostró que el aire de la atmósfera pesa utilizando un barómetro inventado por él. El peso del aire externo crea una presión en la cubeta y es el que soporta la columna de mercurio y no la atracción del vacío.
Principio de Arquímedes:
El empuje es el peso del fluido desalojado
E = Vs d g
FUENTES:
• Libro Termodinamica por Cengel Yunus
• Principio de la Termodinamica Para ingenieros por Jhon R. Howell y Richard O. Buckius
• http://www.wikipedia.org/
• http://www.youtube.com/
• http://cidead.cnice.mec.es/
Si les gusto este post les recomiendo que pasen por mis otros aportes, les dejo una lista por orden de los mas puntuados
Espero que les haya gustado el aporte. Voy a tratar de hacer cosas como esta más seguido.