Colegio de estudios científicos y tecnológicos del estado de Jalisco 5-I
Física II
UNIDAD 1
TEMA:
Masa y Peso
La masa de un objeto es una propiedad fundamental del objeto; es una medida numérica de su inercia; una medida fundamental de la cantidad de materia en el objeto. Las definiciones de masa a menudo, se ven redundantes porque es una cantidad tan fundamental que resulta dificil definirla en función de algún otro término. Todas las cantidades mecánicas se pueden definir en términos de masa, longitud y tiempo. El símbolo usual de la masa es m y su unidad en el sistema SI es el kilogramo. Aunque la masa se considera normalmente como una propiedad invariable de un objeto, se debe considerar la masa relativista para velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
El peso de un objeto es la fuerza de la gravedad sobre el objeto y se puede definir como el producto de la masa por la aceleración de la gravedad, w = mg. Puesto que el peso es una fuerza, su unidad en el sistema SI es el Newton. La densidad es masa/volumen.
TEMA:
Propiedades de la materia:
PROPIEDADES FISICAS: Son observados o medidas, sin requerir ningún conocimiento de la reactividad o comportamiento químico de la sustancia, sin alteración ninguna de su composición o naturaleza química.
La masa, el volumen y la temperatura son comunes a toda la materia y no nos permiten identificar un tipo de materia en particular porque sus valores varían de acuerdo con la cantidad de materia que se analice, por lo cual decimos q son PROPIEDADES CON CARACTERISTICAS.
MATERIA: Podemos definir MATERIA como: todo aquello q ocupa espacio y tiene masa.
Una piedra, una silla, un libro… Son objetos materiales q observan nuestros sentidos fácilmente. También es fácil identificar el agua del botellón o el aceite contenido en un envase.
Una piedra, una silla, un libro… Son objetos materiales q observan nuestros sentidos fácilmente. También es fácil identificar el agua del botellón o el aceite contenido en un envase.
LA MASA: Es la cantidad de materia q tiene un cuerpo.
Las balanzas son instrumentos que utilizamos para determinar comparativamente la masa de los cuerpos; el procedimiento de comparar masas de llama pasada.
Las balanzas son instrumentos que utilizamos para determinar comparativamente la masa de los cuerpos; el procedimiento de comparar masas de llama pasada.
PROPIEDADES COMUNES A TODA LAS FORMAS DE MATERIA:
*Masa: cantidad de materia q tiene un cuerpo.
*Volumen: Espacio ocupado por la materia.
*temperatura: Nivel térmico o intensidad del calor q posee la materia.
VOLUMEN: es el espacio ocupado por un cuerpo y representa una propiedad común a todos los estados de la materia.
LA TEMPERATURA: Es el nivel de calor que tiene un cuerpo y lo determinamos mediante instrumentos especiales llamados termómetros.
MASA Y VOLUMEN: Las dos propiedades extensivas más importantes de todos los cuerpos materiales son: la masa y el volumen. Ambas sirven para conocer de modo indirecto la cantidad de materia que contiene un cuerpo o sistema material.
Todos los cuerpos materiales, sean sólidos, líquidoso gases, tienen masa y ocupan un volumen en el espacio.
Masa: Es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo. No depende de las condiciones en que se encuentra un cuerpo (altura, temperatura, etc.). Se mide con las balanzas y se expresa en kilogramos (kg)
Volumen: Es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio. Puede variar según las condiciones en que se encuentre ese cuerpo. Por ejemplo, los gases tienen volumen variableque se altera con la temperatura y la presión. Se mide con probetas, pipetas, vasos de precipitados, buretas y se expresa enlitrosy en metros cúbicos. Un litro equivale a un decímetro cúbico.
1 litro= 1 dm3 1 ml = 1 cm
Cálculos con masa y volumen:
*LA MASA: La unidad de masa es el kilogramo (Kg), pero para cantidades pequeñas de materiales utilizamos un submúltiplo, el gramo (g) , que es la milésima parte del Kg.
Si 1 Kg = 1.000 g 1 g = 0,001 Kg.
Estados físicos de la materia: La materia se puede encontrar en tres formas básicas: Solida – Liquida – Gaseosa. Casa una de estas formas o estados tienen sus propias características.
Los sólidos: Las partículas que los componen están muy próximas entre si y en posición más o menos fija.
Los líquidos: Las moléculas están más distanciadas que en los sólidos y las fuerzas intermoleculares son menores.
Los gases: Las moléculas que los forman están más distanciadas entre sí pues las fuerzas de repulsión son grandes.
Propiedades características de los materiales: Las variedades de materia son llamadas materiales. Algunas características externas nos permitirían clasificar los materiales: El color, la dureza, la forma, el brillo, etc.
LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES: La química actúa sobre la materia, que es todo aquello que nos rodea, ocupa un lugar y un espacio en el universo, y que somos capaces de identificar y conocer.
Estado Líquido. Teoría Cinética Molecular.
- 1) La teoría molecular de la materia supone que en un líquido consiste en moléculas agrupadas
- 1) Las moléculas tienen una energía cinética media que está relacionada con la temperatura del líquido, sin embargo no todas las moléculas se mueven con la misma velocidad, algunas se mueven más rápido.
- 2) Debido a que las moléculas están muy cercanas entre sí, las fuerzas entre ellas son relativamente grandes.
TEMA:
Definición de Hidrostática
DEFINICION
La hidrostática o estática de fluidos es la parte de la física que estudia los fluidos en reposo.
Se denominan fluidos los cuerpos que no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma de la vasija que los contiene, son líquidos o gases.
Los líquidos tiene forma variable, volumen constante, son poco compresibles, y ejercen, a causa de su peso, presiones sobre las paredes del recipiente que los contienen.
Se deforman con facilidad y su superficie libre tiene forma definida. Los gases no tienen volumen constante y son fácilmente compresibles.
Se denominan fluidos los cuerpos que no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma de la vasija que los contiene, son líquidos o gases.
Los líquidos tiene forma variable, volumen constante, son poco compresibles, y ejercen, a causa de su peso, presiones sobre las paredes del recipiente que los contienen.
Se deforman con facilidad y su superficie libre tiene forma definida. Los gases no tienen volumen constante y son fácilmente compresibles.
TEMA:
Presión – Física 2.
Se denomina presión a la fuerza que se ejerce por unidad de área.
Ejemplo:
Imagina que estas en la playa, cuando caminas en la arena y te apoyas en un solo pie, la cantidad de arena que se desplaza es mayor que cuando nos apoyamos sobre los dos pies.
Este fenómeno se debe a la fuerza que ejercemos al caminar, al apoyarse en un solo pie, la fuerza que se ejerce (en este caso tu peso) es distribuida en una área más pequeña y por consecuencia se ejerce una presión más elevada, provocando un hundimiento mayor.
La presión se puede evaluar por medio de la siguiente ecuación
Analizando al ecuación, podemos observar que si cambiamos el área sin modificar la fuerza que se ejerce, cambia la presión, entonces tenemos que a mayor área de contacto menor presión y viceversa. (lo puedes observar en el ejemplo de caminar por la arena)
La unidad de presión (N/m2) es denominada pascal (Pa), esto equivale a una fuerza de un newton que se ejerce sobre una superficie de un metro cuadrado.
TEMA: 
En física, una fuerza es una influencia que hace que un cuerpo libre de someterse a una aceleración. Fuerza también puede ser descrito por conceptos intuitivos como un empujón o un tirón que puede causar un objeto con masa para cambiar su velocidad (que incluye a comenzar a moverse de un estado de reposo), es decir, acelerar, o que pueden hacer que un objeto flexible a deformarse. Una fuerza tiene tanto magnitud y dirección, lo que es un vector de cantidad.
Conceptos relacionados con la aceleración de las fuerzas son de empuje, el aumento de la velocidad del objeto, arrastre, disminuyendo la velocidad de cualquier objeto, y del esfuerzo de torsión, causando cambios en la velocidad de rotación sobre un eje.
TEMA:
HIDRODINAMICA.
Es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello considera entre otras cosas la velocidad, la presión, el flujo y el gasto del liquido.
En el estudio de la hidrodinámica, el teorema de Bernoulli, que trata de la ley de la conservación de la energía, es de primordial importancia, pues señala que la suma de las energías cinética, potencial y de presión de un liquido en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera.
TEMA:
En el estudio de la hidrodinámica, el teorema de Bernoulli, que trata de la ley de la conservación de la energía, es de primordial importancia, pues señala que la suma de las energías cinética, potencial y de presión de un liquido en movimiento en un punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera.
GASTO VOLUMETRICO
El caudal volumétrico o tasa de flujo de fluidos es el volumen de fluido que pasa por una superficie dada en un tiempo determinado. Usualmente es representado con la letra Q mayúscula.
Algunos ejemplos de medidas de caudal volumétrico son: los metros cúbicos por segundo (m3/s, en unidades básicas del Sistema Internacional) y el pie cúbico por segundo(cu ft/s en el sistema inglés de medidas).
Dada un área A, sobre la cual fluye un fluido a una velocidad uniforme v con un ángulo 
desde la dirección perpendicular a A, la tasa del caudal volumétrico es:
En el caso de que el caudal sea perpendicular al área A, es decir,
, la tasa del flujo volumétrico es:
de tiempo. Se denomina también caudal volumétrico o índice de flujo fluido, y que puede ser expresado en masa o en volumen.
TEMA:
Teorema de Bernoulli
El teorema que por primera vez enunció Daniel Bernoulli en el año 1726, dice: en toda corriente de agua o de aire la presión es grande cuando la velocidad es pequeña y, al contrario, la presión es pequeña cuando la velocidad es grande. Existen algunas limitaciones a este teorema, pero aquí no nos detendremos en ellas.
Por el tubo AB se hace pasar aire. Donde la sección de este tubo es pequeña (como ocurre en a), la velocidad del aire es grande, y donde la sección del tubo es grande (como en b), la velocidad del aire es pequeña. Si la velocidad es grande, la presión es pequeña, y donde la velocidad es pequeña, la presión es grande. Como la presión del aire en a es pequeña, el líquido se eleva por el tubo C; al mismo tiempo, la gran presión del aire en el punto b hace que el líquido descienda en el tubo D .
Para ello se puede considerar los puntos 1 y 2, de un fluido en movimiento, determinando la energía mecánica de una porción de éste, a lo largo del filete de fluido en movimiento que los une.
Si m es la porción de masa considerada υ, su rapidez, Υ la altura sobre el nivel tomado como base, la presión y a densidad en cada uno de los puntos, se puede escribir utilizando el teorema trabajo-energía cinética:
(6.5)
Si ahora se di vide a todos los términos de los dos miembros, entre la masa considerada, se obtendrá la ecuación de Bernoulli, que corresponde a la ley de la conservación de la energía por unidad de masa. Si el fluido es incompresible, como supondremos en lo sucesivo, donde (P1 = P2 = P), la ecuación de Bernoulli adopta la forma:
(6.10)
Así como la estática de una partícula es un caso particular de la dinámica de la partícula, igualmente la estática de los fluidos es un caso especial de la dinámica de fluidos. Por lo tanto, la ecuación (6.10) debe contener a la ecuación (6.5) para la ley de la variación de presión con la altura para un fluido en reposo. En efecto, considerando un fluido en reposo, y reemplazando (υ1 = υ2 = υ) en la ecuación de Bernoulli, se obtiene: 
que es precisamente la ecuación fundamental de la estática de fluidos.
TEMA:
Teorema de Torricelli
La velocidad del chorro que sale por un único agujero en un recipiente es directamente proporcional a la raíz cuadrada de dos veces el valor de la aceleración de la gravedad multiplicada por la altura a la que se encuentra el nivel del fluido a partir del agujero.
Matemáticamente se tiene:
v = raíz cuadrada ((2 * g) * (h))
Ejemplo de aplicación del teorema de Torricelli (vaciado de un recipiente):
Un depósito cilíndrico, de sección S1 tiene un orificio muy pequeño en el fondo de sección S2 mucho más pequeña que S1 :
Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendo que lavelocidad del fluido en la sección mayor ,
Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendio que la velocidad del fluido en la sección s1 es despreciable, v1 es más o menos 0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor s2.
Por otra parte , el elemento de fluído delimitado por las secciones S1 y S2 esta en contacto con el aire a la misma presión, luego p1=p2=p0.
Finalmente, la diferencia entre alturas y1- y2 = H. siendo H la altura de la columna del fluído.
La ecuación de BErnoulli:
Con los datos del problema se escribirá de una formamás simple:
UNIDAD 3
TERMOLOGIA
Definición: es la parte de la Física que estudia las leyes que rigen los fenómenos caloríficos.
Termometría
TEMPERATURA. El concepto de temperatura es intuitivo y se basa en la sensación de frío o calor que sentimos al tocar un cuerpo. Sin embargo, está sensación de frío o calor no es suficiente para caracterizar el estado de calentamiento de un cuerpo, pues ella depende de varios factores.
Por tanto; definiremos a la temperatura como la magnitud física que mide el estado de agitación de las partículas de un cuerpo, caracterizando su estado térmico.
PUNTOS FIJOS: son dos (2) puntos característicos en que la experiencia muestra que algunos fenómenos se reproducen siempre en las mismas condiciones.
1er Punto fijo: es el punto de fusión del hielo y es el estado térmico en que aparecen en equilibrio los estados sólido y líquido del agua pura.
2do Punto fijo: es el punto de ebullición del agua y es el estado térmico del vapor de agua en ebullición.
Escalas Termométricas
Relación entre las Escalas Termométricas
TEMA:
Temperatura
La Temperatura: Una propiedad Física e intensiva
Objetivos:
Terminada la lección:
- Clasificarás la temperatura como una propiedad física e intensiva.
- Mencionarás los tres tipos de sistemas actuales para medir la temperatura.
- Enumerarás similitudes y diferencias entre los distintos sistemas de medida de temperatura.
- Calcularás la temperatura en cualquier sistema dada la temperatura en uno de ellos.
La temperatura es una propiedad física e intensiva de la materia. La temperatura no depende de la cantidad de materia ni promueve el cambio estructural de la misma. La temperatura mide en cierta manera la energía asociada al movimiento o energía cinética de las partículas que componen la materia bajo estudio. En la actualidad se utilizan comúnmente tres unidades de medida: los grados Fahrenheit (°F), del sistema inglés, los los Kelvin (K), del sistema Internacional y los grados Celsius (°C), unidad derivada de los Kelvin. De estos sistemas, el Fahrenheit está siendo sustituido por el Celsius. El sistema en Kelvin se utiliza mayormente en las ciencias.
La escala Kelvin es similar a la escala Celsius. En ambas se divide en cien pedazos iguales el intervalo entre la temperatura a la que se congela ya a la que se evapora el agua. La única diferencia real entre las dos escalas son los valores en los cuales ocurren estos eventos. Por ejemplo, en la escala Celsius se asigna el valor de 0 al punto de congelación del agua, mientras que en la escala Kelvin se asigna el valor de 273.15K. Por otro lado en la escala Celsius se asigna el valor de 100°C al punto de evaporación de agua, mientras que en la escala Kelvin se asigna el 373.15K. En la escala Kelvin la temperatura menor posible, llamada cero absoluto, es 0 K. El cero absoluto equivale a una temperatura de -273.15°C en la escala Celcius. Observa que cuando nos referimos a los grados Celsius utilizamos la unidad de °C, mientras que cuando nos referimos a los Kelvin usamos la unidad K sin el símbolo de grados. Esto ocurre porque la escala Kelvin es absoluta y debido a esto no se utiliza el símbolo K.
Para convertir de un sistema a otro hay que recordar que:
Temperatura en Kelvin = Temperatura en °C + 273.15
Temperatura en °C = Temperatura en Kelvin – 273.15
En ecuaciones sería así:
TEMA:
EL CALOR
Cantidades de calor
Aun cuando no sea posible determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede medirse la cantidad que se toma o se cede al ponerlo en contacto con otro a diferente temperatura. Esta cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura es precisamente lo que se entiende en física por calor.
La ecuación calorimétrica
La experiencia pone de manifiesto que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de temperatura que experimenta. La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica.
Q = ce.m.(Tf - Ti)(8.6)
donde Q representa el calor cedido o absorbido, la masa del cuerpo y Tf y Ti las temperaturas final e inicial respectivamente. Q será positivo si la temperatura final es mayor que la inicial (Tf> Ti) y negativo en el caso contrario (Tf< Ti). La letra c representa la constante de proporcionalidad correspondiente y su valor es característico del tipo de sustancia que constituye el cuerpo en cuestión. Dicha constante se denomina calor específico. Su significado puede deducirse de la ecuación (8.6). Si se despeja c,de ella resulta:
ce = Q/ m.(Tf - Ti)
El calor específico de una sustancia equivale, por tanto, a una cantidad de calor por unidad de masa y de temperatura; o en otros términos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una sustancia dada para elevar su temperatura un grado.
Unidades de calor
La ecuación calorimétrica (8.6) sirve para determinar cantidades de calor si se conoce la masa del cuerpo, su calor específico y la diferencia de temperatura, pero además permite definir la caloría como unidad de calor. Si por convenio se toma el agua líquida como sustancia de referencia asignando a su calor específico un valor unidad, la caloría resulta de hacer uno el resto de las variables que intervienen en dicha ecuación.
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado (1 °C) la temperatura de un gramo de agua. Esta definición, que tiene su origen en la época en la que la teoría del calórico estaba en plena vigencia, se puede hacer más precisa si se considera el hecho de que el calor específico del agua varía con la temperatura. En tal caso la elevación de un grado centígrado a la que hace referencia la anterior definición ha de producirse entre 14,5 y 15,5 °C a la presión atmosférica.
Una vez identificado el calor como una forma de energía y no como un fluido singular, la distinción entre unidades de calor y unidades de energía perdió significado. Así, la unidad de calor en el SI coincide con la de energía y es el joule (J), habiendo quedado la caloría reducida a una unidad práctica que se ha mantenido por razones históricas,pero que va siendo progresivamente desplazada por el joule.
TEMA:
Física Termodinámica
TEMA:
Equilibrio térmico
El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas, una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio térmico
desde la dirección perpendicular a A, la tasa del caudal volumétrico es: , la tasa del flujo volumétrico es: Teorema de Bernoulli Por el tubo AB se hace pasar aire. Donde la sección de este tubo es pequeña (como ocurre en a), la velocidad del aire es grande, y donde la sección del tubo es grande (como en b), la velocidad del aire es pequeña. Si la velocidad es grande, la presión es pequeña, y donde la velocidad es pequeña, la presión es grande. Como la presión del aire en a es pequeña, el líquido se eleva por el tubo C; al mismo tiempo, la gran presión del aire en el punto b hace que el líquido descienda en el tubo D .
Para ello se puede considerar los puntos 1 y 2, de un fluido en movimiento, determinando la energía mecánica de una porción de éste, a lo largo del filete de fluido en movimiento que los une.
Si m es la porción de masa considerada υ, su rapidez, Υ la altura sobre el nivel tomado como base, la presión y a densidad en cada uno de los puntos, se puede escribir utilizando el teorema trabajo-energía cinética:
(6.5) Si ahora se di vide a todos los términos de los dos miembros, entre la masa considerada, se obtendrá la ecuación de Bernoulli, que corresponde a la ley de la conservación de la energía por unidad de masa. Si el fluido es incompresible, como supondremos en lo sucesivo, donde (P1 = P2 = P), la ecuación de Bernoulli adopta la forma:
(6.10) Así como la estática de una partícula es un caso particular de la dinámica de la partícula, igualmente la estática de los fluidos es un caso especial de la dinámica de fluidos. Por lo tanto, la ecuación (6.10) debe contener a la ecuación (6.5) para la ley de la variación de presión con la altura para un fluido en reposo. En efecto, considerando un fluido en reposo, y reemplazando (υ1 = υ2 = υ) en la ecuación de Bernoulli, se obtiene:
que es precisamente la ecuación fundamental de la estática de fluidos.
La Temperatura: Una propiedad Física e intensiva
Objetivos:Terminada la lección:
- Clasificarás la temperatura como una propiedad física e intensiva.
- Mencionarás los tres tipos de sistemas actuales para medir la temperatura.
- Enumerarás similitudes y diferencias entre los distintos sistemas de medida de temperatura.
- Calcularás la temperatura en cualquier sistema dada la temperatura en uno de ellos.
La temperatura es una propiedad física e intensiva de la materia. La temperatura no depende de la cantidad de materia ni promueve el cambio estructural de la misma. La temperatura mide en cierta manera la energía asociada al movimiento o energía cinética de las partículas que componen la materia bajo estudio. En la actualidad se utilizan comúnmente tres unidades de medida: los grados Fahrenheit (°F), del sistema inglés, los los Kelvin (K), del sistema Internacional y los grados Celsius (°C), unidad derivada de los Kelvin. De estos sistemas, el Fahrenheit está siendo sustituido por el Celsius. El sistema en Kelvin se utiliza mayormente en las ciencias.
La escala Kelvin es similar a la escala Celsius. En ambas se divide en cien pedazos iguales el intervalo entre la temperatura a la que se congela ya a la que se evapora el agua. La única diferencia real entre las dos escalas son los valores en los cuales ocurren estos eventos. Por ejemplo, en la escala Celsius se asigna el valor de 0 al punto de congelación del agua, mientras que en la escala Kelvin se asigna el valor de 273.15K. Por otro lado en la escala Celsius se asigna el valor de 100°C al punto de evaporación de agua, mientras que en la escala Kelvin se asigna el 373.15K. En la escala Kelvin la temperatura menor posible, llamada cero absoluto, es 0 K. El cero absoluto equivale a una temperatura de -273.15°C en la escala Celcius. Observa que cuando nos referimos a los grados Celsius utilizamos la unidad de °C, mientras que cuando nos referimos a los Kelvin usamos la unidad K sin el símbolo de grados. Esto ocurre porque la escala Kelvin es absoluta y debido a esto no se utiliza el símbolo K.
Para convertir de un sistema a otro hay que recordar que:
Temperatura en Kelvin = Temperatura en °C + 273.15
Temperatura en °C = Temperatura en Kelvin – 273.15
Temperatura en °C = Temperatura en Kelvin – 273.15
En ecuaciones sería así:
El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas, una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio térmico
