lunes, 25 de mayo de 2020

Física 10°semana 5



elemento decorativo

SEMANA DE APLICACIÓN: 
COLEGIO 

CALENDARIO
B
AÑO LECTIVO
2019-2020
GRADO
10
PERIODO
3
DOCENTE


ESTÁNDAR
Entorno físico:
  • Explico condiciones de cambio y conservación en diversos sistemas teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción con la materia.

Ciencia, tecnología y sociedad:
  • Identifico aplicaciones de algunos conocimientos sobre la herencia y la reproducción al mejoramiento de la calidad de vida de las poblaciones. 
  • Identifico aplicaciones comerciales e industriales del transporte de energía y de las interacciones de la materia.

COMPONENTE
  • Entorno físico.
  • Ciencia, tecnología y sociedad.

INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
  • Comprendo y calculo algunos elementos presentes en la mecánica de fluidos.

De Desempeño:
  • Empleo datos obtenidos de gráficos y/o problemas para calcular presión, fuerza de empuje, energía potencial y cinética, caudal, dependiendo del respectivo principio físico que se esté desarrollando.

METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA

  1. Unidad didáctica
  • Principio de Arquímedes

  1. Propósito
  • Comprender e interpretar el principio de Arquímedes.

  1. Desarrollo cognitivo instruccional 

Principio de Arquímedes

Para iniciar observa el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=OHwpAwYLYqE


Arquímedes descubrió que el empuje es el peso del fluido desalojado. Cuenta la historia que 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 este, estando en los baños cavilando sobre ello, pensó que la misma masa de dos sustancias distintas no ocupa 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!


Comprobó que al sumergir en agua dos masas iguales, la de oro puro y la de la corona de oro (forma de laurel), recibía más empuje la corona, que tenía por tanto más volumen, y por ello debía tener algo de plata.

Enunciado del Principio:

Todo cuerpo sumergido en un fluido sufre una fuerza vertical y hacia arriba igual al peso del fluido que desaloja la parte sumergida del cuerpo.


Desaloja igual volumen de agua que el volumen de la parte sumergida del cuerpo. Esta agua pesa igual que el cuerpo.

Vs = V agua desalojada.

Peso agua desalojada = Peso del cuerpo.
La diferencia de presión en la cara superior e inferior origina el empuje.

Razonamiento matemático para el cálculo del empuje 

Si el fluido es agua: 

Empuje ascendente = peso del agua desalojada 

Fempuje = magua desalojada g

Como la masa desalojada es igual al volumen sumergido del cuerpo por la densidad (m = V d):

magua desalojada g = Vsumergido dagua 9.81

Fempuje = Vsumergido dagua 9.81

  1. Desarrollo Metodológico

Ejemplo. Un cubo de cobre, de base igual a 35 cm² y una altura de 12 cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene alcohol.

  1. ¿Qué volumen de alcohol desaloja?
  2. ¿Qué magnitud de empuje recibe?
  3. ¿Cuál es la magnitud del peso aparente del cubo debido al empuje, si la magnitud de su peso es de 32.36 N?


Solución:

Este problema es muy similar al problema 1, a excepción que en este problema se retoma lo del volumen desalojado que es algo que nos piden en el primer inciso, después la magnitud del empuje y finalmente una pregunta del peso aparente, comencemos con colocar nuestros datos:

  • Calcular el volumen desalojado
  • Calcular la magnitud del empuje que recibe el cubo
  • La magnitud del peso aparente

Datos:

V = (35 cm²) (12 cm) = 420 cm³
ρ(alcohol) = 790 kg/m³
p(real) = 32.36 N

  1. Calculando el volumen desalojado

Para calcular el volumen desalojado, solamente debemos calcular el volumen del cubo. Puesto que es similar, es decir:

\displaystyle {{V}_{desalojado}}={{V}_{cubo}}

Observar que el volumen lo tenemos en centímetros cúbicos, lo convertiremos a metros cúbicos con el siguiente factor de conversión.


Es decir que nuestro volumen desalojado es de 0.42×10-3 m³

  1. Calculando la magnitud del empuje que recibe el cubo

Para obtener el empuje, simplemente utilizaremos la siguiente fórmula:


Un empuje de 3.25 Newtons

  1. Calcular la magnitud del peso aparente

Para obtener el peso aparente, relacionemos la siguiente fórmula:

\displaystyle {{P}_{aparente}}={{P}_{real}}-E

Sustituyendo nuestros datos en la fórmula:

\displaystyle {{P}_{aparente}}=32.36N-3.25N=29.11N

Nuestro peso aparente es de 29.11 Newtons.

Para ampliar la comprensión, observa los siguientes videos:



Actividad:

Un cuerpo de masa 90 g y volumen 120 cm3 flota en el agua (d= 1 g/cm3 ). Calcula:
  1. Peso del cuerpo
  2. Volumen sumergido
  3. Empuje
  4. % del volumen sumergido

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