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• Alba Johanna Castillo Rojas

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COLEGIO NACIONAL LOPERENA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES FISICA II Fluidos en reposo (hidrostática) Taller 01. A. Presión 1. 2.

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Un frasco de 100 𝑐𝑚3 tiene una masa de 61,28 𝑔 cuando está vacío y una masa de 183,45 𝑔 cuando está lleno con cierto líquido. ¿Cuál es la densidad del líquido? A un lápiz que está colocado verticalmente sobre la página de un cuaderno, se le aplica una fuerza hacia debajo de 15 𝑁. Si el área de la punta del lápiz es de 0,25 𝑚𝑚2 , ¿Qué presión se efectúa sobre el papel? ¿Por qué se rompe la mina del lápiz y no el papel? Una bailarina de ballet de 50 𝑘𝑔 se para en las puntas de los pies durante una actuación con cuatro pulgadas cuadradas (26 𝑐𝑚2 ) en contacto con el piso. Cuál es la presión que el piso ejerce sobre el área de contacto a. Si la bailarina está inmóvil y b. si la bailarina salta hacia arriba con una aceleración de 4 𝑚/𝑠𝑒𝑔2 . Un hombre de 70 𝑘𝑔 sentado en una silla de 5 𝑘𝑔 se inclina hacia atrás de modo que todo el peso queda equilibrado en dos patas de la silla. Suponga que cada pata hace contacto con el piso en un área de circular de 1,0 𝑐𝑚 de radio y determine la presión que la pata ejerce sobre el piso. Los cuatro neumáticos de un automóvil se inflan a una presión manométrica de 2,0𝑥105 𝑝𝑎. Cada neumático tiene un área de 0,024 𝑚2 en contacto con el suelo. Determina el peso del automóvil. Un atleta de 75 𝑘𝑔 se para en una sola mano. Si el área de contacto de la mano con el piso es de 125 𝑐𝑚2 , qué presión ejerce sobre el suelo? En 1960, el batiscafo Trieste de la armada de Estados Unidos descendió a una profundidad de 10 912 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 en la fosa de las Marianas en el Océano Pacífico. a. Calcule la presión a esa profundidad, (además, la presión absoluta) b. Qué fuerza actúo sobre una ventana circular de observación de 15 𝑐𝑚 de diámetro?

B. Principio de pascal El pistón de salida de un elevador hidráulico de garaje tiene un área transversal de 0,2 𝑚2 . a) Qué presión se requiere en el pistón de entrada para sostener un automóvil con una masa de 1,4 𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑠? ¿Qué fuerza se aplica al pistón de entrada si tiene un diámetro de 5,0 𝑐𝑚2 ? 9. El émbolo de cierto sistema de aguja hipodérmica tiene una sección de 0,79 𝑐𝑚2 . ¿Cuál será la fuerza que debe aplicarse al émbolo si el líquido de la aguja debe introducirse en una vena donde la presión es de 20 𝑘𝑝𝑎 sobre la presión atmosférica? 10. Un pistón de salida de una prensa hidráulica tiene un área transversal de 0,20 𝑚2 . a. Qué presión se requiere en el pistón de entrada para que la prensa genere una fuerza de 1,5𝑥106 𝑁? b. Qué fuerza se aplica al pistón de entrada si tiene un diámetro de 5,0 𝑐𝑚? 11. Un elevador hidráulico de un taller tiene dos pistones: uno pequeño con área transversal de 4,0 𝑚2 y uno grande de 250 𝑚2 . Si el elevador se diseñó para levantar un coche de 3000 𝑘𝑔, ¿qué fuerza mínima debe aplicarse al pistón pequeño? Si la fuerza se aplica con aire comprimido, qué presión mínima de aire debe aplicarse al pistón pequeño? 12. Una jeringa hipodérmica tiene un émbolo con un área transversal de 2,5 𝑐𝑚2 y una aguja de 5,0𝑥10−3 𝑐𝑚2 . a. si se aplica una fuerza de 1,0 𝑁 al émbolo, ¿qué presión manométrica habrá en la cámara de la jeringa?, b. si hay una pequeña obstrucción en la punta de la aguja, qué fuerza ejerce el fluido sobre ella? c. si la presión sanguínea en una vena es de 50 𝑚𝑚 𝐻𝑔, qué fuerza debe aplicarse al émbolo para poder inyectar fluido en la vena? 8.

C. Presión a profundidad. 13. En una muestra de agua de mar tomada de un derrame de petróleo, una capa de petróleo de 4,0 𝑐𝑚 de espesor flota sobre 55 𝑐𝑚 de agua. Si la densidad del petróleo es de 0,75𝑥103 𝑘𝑔/𝑚3 , calcule la presión absoluta sobre el fondo del recipiente. 14. Si un buzo se sumerge en un lago a una profundidad de 23 metros.

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a. Qué presión experimenta debida únicamente al agua?. b. Calcule la presión total o absoluta a esa profundidad. Una pieza de madera de 0,50 𝑘𝑔 flota en agua pero en alcohol se hunde (gravedad especifica=0,79) (consulte como hallar la gravedad especifica); en este tiene una masa de 0,035 𝑘𝑔, Cuál es la gravedad específica de la madera? Un buzo se sumerge a una profundidad de 12 metros. Si el vidrio circular de su careta tiene un diámetro de 18 cm. ¿Qué fuerza ejerce sobre él únicamente el agua? Un buzo está situado 40 metros por debajo del nivel del agua del mar, calcular: a) La presión hidrostática que se experimenta en ese punto, b) La fuerza total debida a esa presión, sabiendo que el área del buzo es de 2,5 m2, y admitiendo que recibe la misma presión en todos los puntos de su superficie. Un submarino puede bajar hasta los 2000 m de profundidad en agua dulce, calcula la presión que soporta. ¿A qué profundidad podría bajar si se sumerge en mercurio que tiene una densidad de 13600 g/L?

D. Principio de Arquímedes 19. Un pequeño bote transbordador mide 4,0 𝑚 de ancho y 6 𝑚 de longitud. Cuando un camión cargado sube al bote, éste se hunde 4 𝑐𝑚, en el río, Cual es el peso del camión? 20. Un bloque de Madera de volumen 5,24𝑥10 −4 𝑚3 flota en el agua, y un pequeño objeto de acero se coloca encima. Cuando 𝑚 = 0,310 𝑘𝑔, el sistema está en equilibrio y la parte superior del bloque de madera se encuentra a nivel del agua. a. Cuál es la densidad de la madera? b. Que le pasa al bloque cuando el objeto de acero es reemplazado por un segundo objeto de acero con una masa menor que 0,310 𝑘𝑔? c. Que le pasa al bloque cuando el objeto de acero es reemplazado por otro objeto de acero con una masa mayor que 0,310 𝑘𝑔? 21. Suponga que Arquímedes descubrió que la corona del rey tenía una masa de 0,750 kg y un volumen de 3,980𝑥10−5 𝑚3 a) qué técnica sencilla usó él para determinar el volumen de esta corona? b) la corona era de oro puro? 22. Un objeto pesa 8,0 𝑁 en el aire. Sin embargo, su peso aparente cuando está totalmente sumergido en agua es de solo 4,0 𝑁. Que densidad tiene el objeto? 23. Cuando una corona de 0,80 𝑘𝑔 se sumerge en agua, su peso aparente es de 7,3 𝑁. Es de oro puro la corona? 24. Una roca de 70 𝑘𝑔 yace en el fondo de un lago. Su volumen es de 3,0𝑥104 𝑐𝑚3 . Que fuerza se necesita para levantarla? Nota: a. Los ejercicios siguientes son para trabajar individualmente en su cuaderno de taller. Ejercicios: 1, 4, 7, 8, 11, 13, 17, 20, 24. b. Los ejercicios siguientes son para trabajar en grupo de tres integrantes y hacer entrega a primera hora en fecha y programada, una vez se hayan desarrollado los ejercicios programados en clases y el taller de trabajo. Ejercicios: 5, 6, 12, 16, 18, 19, 21. c.

Los demás ejercicios se desarrollaran en clases como actividad de trabajo, bajo la orientación y explicaciones del profesor. Es importante generar todas las dudas posibles y dejar claridad en el contexto planteado.

A nadie le va mal durante mucho tiempo sin que él mismo tenga la culpa. Michel de Montaigne (1533-1592) Escritor y filósofo francés

Germán Isaac Sosa Montenegro

Febrero 09 de 2015