DEBER DE MATEMATICAS

 

 

 

 

 

 

 

 

                  Fuerza centrífuga y centrípeta: energías circulares.

Todos los cuerpos del universo siguen una trayectoria que puede ser recta o circular. En los movimientos rectilíneos la aceleración puede cambiar pero no así la dirección del movimiento. Para que un cuerpo se mueva de manera circular, necesita que se ejerza una fuerza dirigida hacia el centro.

También existen otro tipo de fuerzas no circulares y que parecen aleatorias, como el movimiento Browniano, descrito por primera vez por Robert Brown. Te recomiendo que leas este artículo si eres una persona curiosa. Pero dejemos de dar vueltas como las partículas de Brown y empecemos.

En este artículo vamos a conocer dos fuerzas circulares: la centrífuga y la centrípeta. La fuerza que tiende a que los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje es la centrífuga y la que hace que los componentes de un sistema en rotación traten de acercarse a su eje es la centrípeta.

                                          La fuerza centrífuga

La fuerza centrífuga es la más conocida de las fuerzas circulares. Veamos en qué consiste.

Si tienes una botella en la mano y la giras en el aire haciendo círculos con ella, verás que el agua de su interior forma un remolino como el de la imagen. Esto se debe a la fuerza centrífuga.

Cuando un objeto es sometido a un movimiento circular parece que ese objeto esté intentando escapar y alejarse del centro del movimiento. De ahí el nombre que recibe esta fuerza, centrífuga, que significa huir del centro.

La fuerza centrífuga se puede observar en la vida cotidiana, por ejemplo en los columpios de los niños que hay en el parque. Si los niños o las pelotitas verdes del siguiente video no estuvieran sujetos, saldrían despedidos en sentidos opuestos al centro.

Fuerza centrífuga en un balde girando. El agua no sale del balde porque es empujada hacia el exterior o fondo.

En el caso del ejemplo mencionado, esta fuerza centrípeta se manifiesta como el esfuerzo realizado por el brazo para sostener el balde. Podemos ver, bastante fácilmente, cómo estas fuerzas se relacionan con la velocidad a la cual el objeto se mueve dentro de su órbita. Un ejemplo emocionante lo constituye, en el espectáculo circense, un motociclista que da vueltas dentro de una gran esfera de malla metálica.

La fuerza centrípeta

La fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta están estrechamente relacionadas. Ahora vamos a explicar la segunda.

La fuerza centrípeta es contraria a la centrífuga. Es la atracción de un objeto que gira circularmente entorno a un eje o un centro hacia ese centro. La fuerza centrípeta siempre actúa de forma perpendicular a la dirección del movimiento

            

Ejemplo  de la Fuerza Centrípeta:

Si se toma una piedra de 2 Kg. de masa, atada a una cuerda y se la hace girar con un radio de 1,2 m. a razon de 2 vueltas por segundo. Cuanto vale la fuerza centrífuga que debe soportar la cuerda?.

La masa es de 2 Kg., el radio: 1,20 metro, pero nos falta la velocidad tangencial Ve, pues la del problema es la velocidad angular.

Para ello se sabe que da dos vueltas en un segundo, entonces el recorrido es, dos veces el perímetro de la circunferencia por segundo. Podemos hallarlo asi: 3.14. 1.2. 2=7.53 m. cada vuelta , por dos es: 15,07 m. distancia que la masa recorre en 1 segundo, por lo tanto la velocidad tangencial es: 15,07 m/seg.

Fuerzas derivadas

Por motivos prácticos es conveniente definir, además de las anteriores fuerzas fundamentales del anterior post, otras derivadas. Entre éstas destacan la fuerza elástica, las fuerzas de contacto y las fuerzas de rozamiento.

Cuando se deforma un sólido, las moléculas que lo componen varían ligeramente su configuración y adquieren cierta energía, pues en equilibrio estaban en la disposición de mínima energía. Este exceso de energía se traduce en una fuerza denominada elástica, y que en buena aproximación es proporcional a la deformación:

 en donde k es una constante.

Como ya se ha mencionado en el ejemplo del balón del otro post de las fuerzas fundamentales, las fuerzas de contacto se deben a las interacciones entre moléculas cuando éstas se aproximan demasiado. En última instancia, son fuerzas eléctricas entre los electrones y los núcleos que componen los átomos (y moléculas).

 

INFORME DE LOS GASES IDEALES:

 

Introducción

La materia se puede encontrar en 3 estados de agregación o estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.

Para entender los diferentes estados en los que la materia existe, es necesario entender algo llamado Teoría Molecular cinética de la Materia. La Teoría Molecular cinética tiene muchas partes, pero aquí introduciremos sólo algunas. Uno de los conceptos básicos de la teoría argumenta que los átomos y moléculas poseen una energía de movimiento, que percibimos como temperatura. En otras palabras, los átomos y moléculas están en movimiento constante y medimos la energía de estos movimientos como la temperatura de una sustancia.

Objetivos

·         Comprobar experimentalmente la ley de Boyle y Mariotte

·         Comprobar experimentalmente la ley de Charles y Gay-Lussac, y determinar el cero absoluto.

·         Observar lo que se produce al combinar un metal con acido clorhídrico.

 

Marco teórico

Propiedades de los gases

El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles (n).

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.

2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.

4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada

Variables que afectan el comportamiento de los gases

1. PRESIÓN

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.

2. TEMPERATURA

Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.

La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.

3. CANTIDAD

La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.

4. VOLUMEN

Es el espacio ocupado por un cuerpo.

5. DENSIDAD

Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.

Gas Real

Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales

Concepto de Gas Ideal y diferencia entre Gas Ideal y Real.

Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no, se les llaman gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros.
La ley de Charles es una de las leyes más importantes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada en muchas aplicaciones diferentes, desde para globos de aire caliente hasta en acuarios. Se expresa por la fórmula:

Donde:

·         V es el volumen

·         T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin)

·         k es la constante de proporcionalidad.

Además puede expresarse como:

Donde:

Volumen inicial

Temperatura inicial

Volumen final

Temperatura final

La ley de Charles es una de las leyes más importantes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada en muchas aplicaciones diferentes, desde para globos de aire caliente hasta en acuarios. Se expresa por la fórmula:

Donde:

·         V es el volumen

·         T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin)

·         k es la constante de proporcionalidad.

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