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.
- 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.
- 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
- Densidad, Presión hidrostática.
- Comprender el concepto y resolver problemas de densidad.
Densidad
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, aun así, sería más densa la sustancia A. La unidad de densidad en el Sistema Internacional es el kg/m3.
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Presión hidrostática
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.P = d g h
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.
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. Este 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 los sentidos y éstos a menudo nos engañan.
Para ampliar la compresión de la presión hidrostática, observa el siguiente video:
https://www.youtube.com/watch?v=M0cb5T92qWI
https://www.youtube.com/watch?v=M0cb5T92qWI
4. Desarrollo Metodológico
Para resolver problemas de densidad, observa el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=VyThLI-g-5g
Ejemplos
- Densidad de una sustancia a partir de su masa y volumen.
Calcular la densidad del oro sabiendo que 50 g de esta sustancia ocupan 2.59 mL de volumen.
densidad = ?
masa = 50 g
volumen = 2.59 mL
Luego empleamos la ecuación: d = m/v
d = 50 g / 2.59 mL
d = 19.3 g/mL
- Cálculo de la masa de un líquido contenido en un volumen dado.
La densidad del etanol es 0.798 g/mL, calcular la masa de 17.4 mL del líquido.
d = 0.798 g/mL
m = ?
v = 17.4 mL
Luego despejamos m la ecuación: d = m/v ==> m = d ∙ v
m = 0.798 g/mL x 17.4 mL
m = 13.9 g
- Calcule la densidad de una sustancia con una masa de 1.000 g y un volumen de 370 cm3.
d = 1000 g / 370 cm3 = 2.7 g/cm3
- Cálculo del volumen de una solución.
La densidad de un alcohol es 0.8 g/cm3, calcular el volumen de 1600 g de alcohol.
v = m/d
v = 1600 g / 0.8 g/cm3
v = 2000 cm3 (centímetros cúbicos, cc) o 2000 mL
- Cálculo de densidad para sólidos.
Un bloque de hierro tiene 5.0 cm de largo, 3.0 cm de alto y 4.0 cm de ancho y pesa 474 g ¿Cuál es la densidad del hierro?
Primero se calcula el volumen del bloque:
volumen = largo x ancho x altura
v= 5.0 cm x 4.0 cm x 3.0 cm = 60 cm3
Luego empleamos la ecuación: d = m/v
d= 474 g / 60 cm3
d = 7.9 g/cm3
- Si la altura del agua dentro de una bañera es de 25 cm y el tapón de la misma tiene un radio de 2 cm, calcula:
a) La superficie del tapón.
b) La presión que soporta el tapón.
c) La fuerza mínima que hay que ejercer para quitar el tapón. Dato: densidad del agua= 1000 kg/m3.
b) La presión que soporta el tapón.
c) La fuerza mínima que hay que ejercer para quitar el tapón. Dato: densidad del agua= 1000 kg/m3.
Solución en el siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=d-9sk2hOyLw&feature=youtu.be
Actividad:
- La densidad del ácido sulfúrico de una batería de automóviles es 1.41 g/mL. Calcule la masa de 242 mL del líquido.
- Un cubo sólido mide 6.00 cm en cada lado y tiene una masa de 0.583 kg. ¿Cuál es su densidad en g/cm3?
- Un bloque de aluminio con una densidad de 2.70 g/cm3 tiene masa de 274.5 g ¿Cuál es el volumen del bloque?
- Una pequeña piedra tiene una masa de 55.0 g. La piedra es colocada en una probeta que contiene agua. El nivel del agua en la probeta cambia de 25 mL a 40 mL cuando la piedra se sumerge. ¿Cuál es la densidad de la piedra?
- ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre una chapa cuadrada de 30 cm de lado que se encuentra en el fondo de un tanque de agua lleno hasta 1,5 m, sin considerar la presión atmosférica?
- Calcula la presión que soporta un submarino que navega a 150 m de profundidad.
5. Evaluación
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