ciencias naturales unidad 3...

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1 ¿Cómo se comportan los fluidos?

Grado 10 Tema

Ciencias naturalesUnidad 3¿Dónde estamos ubicados en tiempo y en el espacio?

¿Cómo se comportan los fluidos?

La hidrostática y la hidrodinámica son ramas de la mecánica de fluidos que estudian los fluidos en estado de reposo y en estado de movimiento. Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma

Los principales ejes temáticos que respaldan el estudio de los fluidos son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes, el teorema de Bernoulli, la ecuación de continuidad, el principio de Torricelli.

Contesta las siguientes preguntas:

Vas a ver un video sobre un derrame de petróleo en abril del 2010 en el golfo de México. El desastre ambiental causado por la explosión de la plataforma de perforación submarina Deepwater Horizon de British Petroleum es, sin duda, una catástrofe ecológica de proporciones épicas, aparentemente provocado por un aumento de presión en el pozo petrolero, el derrame diario fue aproximadamente de 1000 barriles de crudo esparciéndose hasta unos 1550 kilómetros cuadrados en el golfo de México.

Actividad Introductoria: Video sobre el derrame de petróleo

1. ¿Consideras más importante el petróleo que se derrama o el daño ecológico que provoca?

2. Nombra algunas causas de un derrame de petróleo en el mar.

3. ¿Fueron eficaces los métodos para recoger el petróleo derramado?


4. ¿Qué recursos naturales se sacrifican para la extracción del combustible?

5. ¿Qué consecuencias trae el derrame de petróleo para los ecosistemas del golfo?

6. ¿Qué puedes decir sobre la seguridad del transporte de este fluido en nuestro país?

7. ¿Qué puedes decir de la presión de líquidos y gases que se necesita en los métodos de extracción de petróleo?

8. ¿Por qué flota el petróleo?

9. ¿Si el petróleo no flotara seria menos peligroso para el medio ambiente?


Escribe a continuación que objetivos que esperas alcanzar al terminar las actividades de aprendizaje sobre el tema de los fluidos.

» Analizar el comportamiento de fluidos en movimiento y en reposo.

BIENVENIDO ¡ SI QUIERES FLOTAR

ENTRE LOS FLUIDOS DEBES ESTAR!

PRESIÓN

PRESIÓN: es la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

P = (Distribución de fuerza por unidad de área)

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa)

1 Pa = 1 N/m2

Actividad 1

Antes de empezar a realizar las actividades de aprendizaje, debes recordar algunos conceptos acerca de presión, presión hidrostática y presión atmosférica.

FA


Unidad Símbolo Equivalencia

La tabla siguiente presenta otras unidades y se dan algunas equivalencias.

Bar

Atmósfera

mm de mercurio

Torr

lbf/pulg2

kgf/cm2

1,0 x 105 Pa

101.325 Pa 1,01325 bar1013,25 mbar

133.322 Pa

133.322 Pa

0,0680 atm

0,9678 atm

760,0 mmHg

6.894, 75 Pa

bar

atm

mmHg

torr

psi

atm

Psi

Presión hidrostática: es la presión ejercida por el fluido en un punto situado a una profundidad h de la superficie, se calcula con producto de la densidad del fluido, por la profundidad h y por la aceleración de la gravedad.

P= δ•g•h

La presión es independiente del tamaño de la sección de la columna: depende sólo de su altura (nivel del líquido) y de la naturaleza del líquido (densidad del líquido).

Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por el peso de una columna de aire cuya base es 1 cm2 y la altura es la distancia vertical entre el punto donde se desea medir la presión y el límite de la superficie libre de la atmósfera.

Mostrar experimento de Torricelli

La presión atmosférica normal se calcula a nivel del mar usando una columna de mercurio de 76 cm de altura. Por eso se mide en mm de mercurio (milímetros de mercurio) o Torricelli, Este valor se llama también una atmósfera.

Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen diversos tipos. El barómetro de mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacío, de manera que la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.


La presión atmosférica disminuye con la altura.

La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es un fluido que varía mucho en cuanto a densidad, volumen y temperatura.

Con base en los conceptos anteriores, explicar las siguientes situaciones.

1. ¿Por qué es mejor cortar con un cuchillo por el lado del filo y no por el lomo?

2. ¿Por qué es mejor clavar una puntilla, por la punta y no por la cabeza?

3. ¿Por qué los montañeros se colocan raquetas en los pies para andar por la nieve?

4. ¿Por qué cuando El faquir se acuesta sobre una cama de puntillas ninguna le atraviesa el cuerpo?

5. ¿Por qué las burbujas de un líquido se van haciendo más grandes conforme llegan a la parte alta de la copa?

6. ¿Cuando respiras usando una pajilla o tubo, bajo la superficie del agua, ¿por qué sólo funciona cuando estás cerca de la superficie?

7. ¿Qué sucede si un pez de las profundidades del mar, se traslada a la superficie y lo contrario?

Mercurio

Mercurio

Tubo de vidrio

Sección del tubo1 cm²

Altura de la columnade mercurio 760 mm

PresiónAtmosférica

Paso de la columnade mercurio

Momento 1


Ahora forma parte de un pequeño grupo de trabajo y deben diseñar una situación experimental que te brinde la posibilidad de darle respuesta a una de las siguientes problemáticas:

1. ¿Cómo funciona una aspiradora?

2. ¿Cómo funciona una cafetera?

3. ¿Cómo funciona una olla a presión de cocina?

4. Explica por qué no se derrama el agua en un vaso invertido, que tiene como tapa una servilleta.

5. ¿Por qué el barómetro contiene mercurio y no agua para medir la presión?


Momento 2 experimental: Presión hidrostática

1. El profesor te muestra un envase del tamaño aproximado de dos litros o galón, con tres orificios del mismo diámetro y, ubicados de manera diagonal a diferentes alturas. Seguidamente los cubre con una cinta, luego llena el envase con agua.

Fase de predicción

Discute con tus compañeros las diferentes posibilidades de la situación problema:

Al retirar la cinta los tres chorros alcanzaran la misma distancia. ¿En caso contrario cuál logrará desplazarse más lejos de la base del envase?

Fase de observación y explicación

Observa detenidamente el comportamiento de los chorros, Responde los siguientes interrogantes, luego de ver lo que sucede al retirar la cinta:

a. ¿Cuáles magnitudes físicas de la demostración variaron y cuáles se mantuvieron constante?

b. Describe las trayectorias de los chorros de agua de cada orificio.

c. ¿Cuál de los chorros alcanzó la mayor distancia? Explica.

d. ¿Cuál de las magnitudes que variaron están relacionadas? (Recuerda que las magnitudes que se relacionan se afectan mutuamente, estableciendo relaciones de proporcionalidad directa o inversa).


2. Ahora el profesor toma un envase del tamaño similar al anterior, le hace tres orificios de distinto diámetro y, los ubica de manera horizontal (a la misma altura). Seguidamente los cubre con una cinta, luego llena el envase con agua.

Fase de predicción

Discute con tus compañeros las diferentes posibilidades de la situación problema:

Al retirar la cinta los tres chorros alcanzaran la misma distancia. ¿En caso contrario cuál logrará desplazarse más lejos de la base del envase?

Fase de observación y explicación

Observa detenidamente el comportamiento de los chorros.Responde los siguientes interrogantes, luego de ver lo que sucede al retirar la cinta.

a. ¿Cuáles magnitudes físicas de la demostración variaron y cuáles se mantuvieron constante?

b. Describe las trayectorias de los chorros de agua de cada orificio

c. ¿Cuál de los chorros alcanzó la mayor distancia? Explica.

d. ¿Cuál de las magnitudes que variaron están relacionadas? (Recuerda que las magnitudes que se relacionan se afectan mutuamente, estableciendo relaciones de proporcionalidad directa o inversa).


3. Para que continúes extendiendo tu comprensión sobre presión hidrostática, resuelve la siguiente situación problema:

Usando los conceptos sobre presión hidrostática, responde la siguiente pregunta:

¿Cómo utilizas un tubo en forma de u para hallar la densidad de una sustancia desconocida?

h h


4. Con base en el video sobre el derrame de petróleo:

Momento 3 experimental: Presión atmosférica

1. Analiza la siguiente animación sobre un alpinista escalando una colina, seguidamente resuelve una serie de interrogantes o actividades de aprendizaje:

¿Qué presión hidrostática tenían que sufrir los buzos a esa profundidad?

El pozo, se ha perforado bajo una lámina de agua de 1.865 metros y ha alcanzado un total de 9.684 metros, lo que hace que sea una los pozos más profundos operados por la compañía.

a) ¿Cuantos kilómetros de capa atmosférica tiene la Tierra?

b) ¿Qué le sucede al alpinista durante el proceso de ascenso por la colina? ¿Por qué?

c) ¿Cómo varia el peso de la columna de aire sobre el alpinista respecto a la altura? ¿qué concluyes?

d) Según observaste en la animación que el personaje tenía un traje especial para estar a la altura sobre la tierra ¿Por qué? Explica.

e) Calcula el peso de una columna imaginaria de aire sobre área aproximada de tu mano abierta, además explica por qué no se siente esa presión en tu mano.

f) La Paz es una de las ciudades más importante de Bolivia, en ésta los deportista de alta rendimiento quienes no está adaptados a vivir este lugar, presentan enormes dificultades para llevar a cabo de manera efectiva sus actividades deportivas. ¿Cuál es la causa de dicha problemática? Explica.


2. Ahora lee el siguiente párrafo, relaciónalo con la animación de presión atmosférica y soluciona los interrogantes planteados:

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión del vapor es igual a la presión externa (presión atmosférica). Cuando se aplica calor a un líquido, su presión de vapor aumenta hasta hacerse igual a la presión atmosférica dando lugar a la formación de burbujas. El punto de ebullición varía con la presión externa que existe por encima de la superficie del líquido.

Al descender la presión, el punto de ebullición disminuye; un aumento en la presión aumenta el punto de ebullición. Por ejemplo para el agua, la presión de vapor alcanza a la presión atmosférica al nivel del mar a la presión de 760 mmHg a 100°C. Puesto que la presión de vapor aumenta con la temperatura, se sigue que para una presión mayor de 760 mmHg (por ejemplo, en una olla a presión), el punto de ebullición está por encima de los 100°C y para una presión menor de 760 mmHg (por ejemplo, en altitudes por encima del nivel del mar), el punto de ebullición estará por debajo de 100°C.

a. ¿Cómo reconoces que el agua hierve? Explica.

b. ¿Es posible que el agua hierva sin calentarse? Explica.


c. Dos personas toman café hirviendo, una a nivel del mar y la otra lo toma a altura determinada sobre el nivel del mar. ¿cuál persona se puede quemar más al tomar café hirviendo? ¿Por qué?

d. ¿Qué puedes afirmar respecto a la variación de presión atmosférica y su influencia en el clima? Explica.

Tubos de presión para transporte de petróleo

Los oleoductos son un ensamblaje de tubos de acero con diámetros internos que suelen oscilar entre los 30 y los 120 centímetros que moviliza el petróleo para hacer posible su comercialización. Pueden ser construidos sobre la superficie o enterrados bajo tierra y en el mar.

La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica más la presión hidrostática en un punto determinado.

¿Investiga sobre qué condiciones consideras que debe tener el material de fabricación de los tubos de transporte del petróleo para soportar la presión externa absoluta?

3. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde la pregunta :


Actividad 2

PRINCIPIO DE PASCAL

Esta actividad experimental se observa una aplicación del Principio de Pascal y de la prensa hidráulica en el modelo de la construcción de un elevador hidráulico.

Antes de empezar a realizar las actividades programadas, debes recordar en qué consisten el principio de pascal y la prensa hidráulica.

Principio de Pascal: La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo con la misma intensidad.

Prensa hidráulica: consta de recipiente lleno de líquido con dos cuellos de diferente sección cerrados con émbolos ajustados y capaces de resbalar libremente dentro de los tubos (pistones). Nos permite prensar, levantar pesos o estampar metales ejerciendo fuerzas muy pequeñas.

Como P1=P2(porque la presión interna es la misma para todos lo puntos)

Entonces: F1 F2 por lo que despejando un

término se tiene que: F1

=

F2 =

A1

A1 A2

A2

F

F

F

AA


CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO

1. A continuación en las figuras 1 y 2 vas a observar el diseño de un elevador hidráulico. La Figura 3 es un esquema del elevador hidráulico de la figura 2.

Figura 1. Montaje del elevador Figura 2. Elevador en funcionamiento

Elevador

Elevador

Pistón o embolode empuje

Pistón o embolode empuje

Depósito deagua o

reservorio

Depósito de agua o reservorio

Figura 3. Esquema del elevador hidráulico

2. A partir de las imágenes, diseña y construye un elevador.

Conductos o mangueras

Conductos o mangueras


Figura 4. Válvulas anti retorno

Figura 5. Llave de paso

Guía para la construcción del elevador

Materiales:

• 2 jeringas grandes (30 ml)

• 1 jeringa pequeña (10 ml)

• Soportes para sujetar las jeringas

• Kit para administrar sueros también llamado venoclisis o equipo de infusión, aunque estos elementos se pueden conseguir en cualquier droguería o farmacia, también se pueden utilizar, manguera de mimbre o manguera de acuario o manguera de tomar nivel, los cuales se pueden conseguir en una ferretería.

• 3 conectores para tubos de plástico tipo

• Dos válvulas anti retorno, también puedes utilizar pinzas para el cabello o clips de papelería

• Una llave de paso o pinzas para el cabello o clips de papelería.

• Pegante para plástico (Súper Bonder o silicona líquida)


Construcción

Funcionamiento

1. Cortamos el tubo de plástico en seis partes iguales, tres de aproximadamente 15 cm de largo y otras tres partes iguales de aproximadamente 5 cm de largo.

2. Conectamos a cada una de las jeringas, un tubo de 5 cm utilizando el pegamento.

3. Conectamos cada una de las jeringas previamente acopladas con los tubos, a la T.

4. A la jeringa de 10 ml, le conectamos a cada lado de la T, una válvula antiretorno teniendo en cuenta el mismo sentido de funcionamiento, sino conseguiste la válvula entonces conecta a cada lado de la T un tubo, y la circulación del líquido, la controlas con las pinzas o clips.

5. Extraemos del kit de infusión la llave reguladora (es una llave que gira cuando la empujamos con el pulgar) y la ingresamos en uno de los tubos de 15 cm, esta llave la utilizaremos como una llave de paso.

6. Al tubo anterior le conectamos en cada extremo un jeringa grande y extraemos el embolo de una de ellas.

7. El dispositivo anterior lo conectamos a la jeringa de 10 ml mediante tubos.

8. Aseguramos a los soportes las jeringas unidas.

9. Llena el dispositivo con agua o liquido de algún color.

1. Se hala embolo de jeringa de 10 ml, y succiona agua del reservorio (jeringa sin embolo)

Reservorio(Jeringa sin embolo)

Llave de pasoLlave antiretorno 1

Llave antiretorno 2


1. ¿Qué observaste cuando halaste y luego cuando empujaste el embolo del diseño que construiste? Describe.

2. ¿Qué papel desempeñan las válvulas antiretorno? Explica

3. ¿Por qué es necesaria la llave de paso entre el reservorio y el embolo –elevador? Explica.

2. Se oprime el embolo de jeringa de 10 ml, y liquido fluye por la otra vía, la llave de antiretorno 1 se cierra y se abre la numero 2, y así sucesivamente, hasta que el embolo grande alcance la altura deseada.

3. Para devolver el embolo grande, se abre la llave de paso, y se oprime el embolo grande, el líqui-do se devuelve hacia el reservorio.

Llave de paso

Llave antiretorno 1

Llave antiretorno 2

3. Ahora analiza y resuelve las siguientes situaciones:


4. Escribe una estrategia para que el funcionamiento de las válvulas, faciliten que el dispositivo alcance el objetivo propuesto.

5. Compara la fuerza aplicada al empujar el embolo, con el peso del objeto que se desea elevar. ¿Es ventajoso el mecanismo? explica

6. ¿Qué limitantes crees que tiene el diseño que construiste? Explica.

7. Compara el diseño del elevador con el funcionamiento de un gato hidráulico. ¿Son iguales los mecanismos? Dibuja ambos mecanismos.


La extracción del petróleo por la tubería, se logra por métodos naturales o artificiales:

Naturales

1. La presión del agua subyacente, que al transmitirse al petróleo, lo obliga a subir. Es la más efectiva.

2. La presión del gas libre que cubre al petróleo, que se transmite a éste y lo impulsa en su ascenso.

3. Cuando no existe gas libre y el agua no tiene presión suficiente o tampoco existe, al disminuir la presión por la perforación del pozo, el gas disuelto en el petróleo se desprende y al expandirse lo hace surgir. Es la menos efectiva de las tres.

Artificial

a. Inyección a presión de agua, gas o aire.

b. Bombeo mecánico con bombas aspirantes de profundidad, accionadas por gatos de bombeo. c. Bombo hidráulico, inyectando petróleo a presión que regresa a la superficie bombeado; y

bombeo centrífugo, con bombas centrífugas de varias etapas, ubicadas cerca del fondo del pozo y accionadas por motores eléctricos controlados desde la superficie.

¿De qué forma consideras que se aplica el principio de pascal y la prensa hidráulica en los métodos de extracción de petróleo?

5. Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza una descripción escrita o grafica del funcionamiento de una retroexcavadora, un buldócer, freno hidráulico desde el punto de vista de aplicación del principio de Pascal.

4. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde la pregunta :


Actividad 3

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES1. Observa la animación con mucho cuidado es sobre principio de Arquímedes y luego, resuelve los interrogantes o actividades de aprendizaje, con el propósito de que extiendas tu comprensión sobre la idea de la fuerza de empuje.

a. Compara los tres datos, ¿cuál es el mayor?

b. ¿Por qué el peso en el agua es menor que peso en el aire? Argumenta.

c. ¿Qué fuerza hace que el cuerpo metálico en el agua sea más liviano y con qué dirección? Argumenta.

d. Consulta el nombre de esta fuerza.

Peso real Peso aparente

e. Escribe a qué equivale el peso del cuerpo en el aire en términos de los otros pesos y determina el modelo matemático del peso del agua desalojada. Consulta el nombre de esa fórmula.

2. Con base en la actividad anterior puedes responder:

Un transatlántico está hecho de acero.

¿Por qué flotan los barcos transatlánticos?



4. Consulta en los textos escolares de física o en internet la conceptualización del modelo teórico del principio de Arquímedes y compara con los conocimientos que surgieron de tu discuciones en el aula.

El valor del petróleo crudo se determina por su rendimiento en productos refinados y dicho rendimiento depende de sus características físico-químicas, siendo sus principales su contenido de azufre y su densidad.

De acuerdo con su contenido de azufre, se clasifica como “amargo”, “semi –amargo o “dulce”.

Conforme a su densidad se clasifica con valores numéricos que se identifican como grados API (American Petroleum Institute)

• ¿Por qué flota el petróleo sobre el agua?

• ¿Si el petróleo no flotara sería menos peligroso para el medio ambiente?

• ¿Qué mecanismos se utilizan para recoger el petróleo derramado?

3. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, lee y responde las siguientes preguntas :


5. En grupos pequeños de compañeros realicen un mapa conceptual del modelo teórico del principio de Arquímedes, utilizando tanto los términos que has construido durante las tareas como lo consultado. Adicionalmente, relaciónalo con fenómenos físicos cotidianos en donde es importante este concepto. Dicho texto será socializado con toda la clase con el propósito de ponerlo a evaluación ante el colectivo áulico.


E= δ fluido*g*Vsumergido

E = empujeδ = densidad del fluidoV = volumen del cuerpo sumergido.

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer la densidad del cuerpo.

Entonces, se pueden producir tres casos:

1. Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde. Es decir, la densidad del cuerpo es mayor la del líquido.

2. Si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. La densidad del cuerpo es igual la del líquido.

3. Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota. La densidad del cuerpo es menor al del líquido.

�

�

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe una fuerza de abajo hacia arriba, llamada empuje, igual al peso del líquido desalojado.

6. Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza una descripción de como aplicarías el principio de Arquímedes en el funcionamiento de los globos aerostáticos, globos de helio, o para determinar si una joya está hecha de oro puro.


Actividad 4

ALGUNAS APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI

FUNCIONAMIENTO DE UN CARBURADOR

Esta actividad comprende dos eventos; uno sobre el funcionamiento de un carburador y otro evento sobre construcción de un bumerang.

1. Vas a analizar el siguiente interactivo sobre el funcionamiento de un carburador y responde las preguntas propuestas:

Cuba del carburador: tiene como misión mantener constante el nivel de combustible a la salida del surtidor. Cuando baja el nivel de combustible cede el muelle y se abre el paso al combustible y cierra el paso del mismo, por el efecto de flotamiento de la boya en el líquido combustible.”

“Surtidor: consiste en un tubo calibrado, situado en el interior de la canalización de aire del carburador, tiene su boca de salida a la altura del difusor o venturi (estrechamiento). Tiene la misión de dosificar la cantidad de combustible que puede salir por el surtidor en forma de aerosol o spray a través de un conducto hasta los pistones debido a la depresión creada en el Venturi.

“El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración.”

Evento 1


Un carburador es un artefacto mecánico donde todo su funcionamiento se basa en la descompresión que crean los pistones del motor en su carrera de bajada. Cuando el pistón desciende durante la etapa de admisión de gases se provoca un vacío en la cámara de combustión, por lo tanto habrá una gran descompresión, tal que se transmitirá a través de la tubería de admisión al carburador y hacía el exterior, lo que causará la entrada de aire en el carburador.

Luego, el efecto Venturi provoca que toda corriente de aire que pasa por una canalización, ocasione una baja de presión.

Dentro de la canalización tenemos un estrechamiento (Venturi) para aumentar la velocidad del aire y un surtidor comunicado a un deposito con combustible a nivel constante, la descompresión que se provoca en ese punto producirá la salida del combustible por la boca del surtidor que se mezclará con el aire cuando pase en ese momento por el estrechamiento, siendo arrastrado hacia el interior de los cilindros del motor.

a. ¿Qué papel realiza el acelerador durante el funcionamiento del carburador?

b. ¿Por qué entra aire y vapor o aerosol de gasolina en la cavidad estrecha del Venturi?

c. ¿Qué sucede con la velocidad de circulación de un fluido cuando pasa de un tubo de mayor área transversal a otro de menor área dentro de la cavidad estrecha del Venturi? ¿Aumenta o disminuye?

d. ¿Qué puedes decir acerca de la presión de un fluido cuando aumenta la velocidad de circulación dentro de la cavidad estrecha del Venturi?


Construcción de un bumerang

Pasos:

Nota: En caso de que no se pueda realizar un bumerang de madera, también puedes construir un bumerang de papel según como lo muestra una animación que te presenta tu profesor.

1. ¿Por qué consideras que las alas del bumerang deben cumplir con condiciones especiales?

2. ¿Por qué el bumerang se devuelve?

3. ¿Qué relación hay entre la forma del ala del bumerang y el ala de un avión?

a. Calcar la forma del bumerang en la tablilla de madera.

b. Recortar lo más exacto posible.

c. Lijar los cantos y perfiles para limas las asperezas # 100.

d. Dar forma al perfil de los ángulos de ataque de las alas a través de un lijado # 60.

e. Volver a lijar con lija #220.

f. Pintar y decorar.

Evento 2

1. Vas a construir un bumerang y a contestar las preguntas propuestas:


• ¿Qué condiciones consideras que deben cumplir los oleoductos y gaseoductos, ya sea por debajo del mar o por tierra para garantizar la seguridad del transporte del petróleo?

3. Ahora forma parte de uno de los grupos de compañeros para que realicen una exposición del siguiente listado de aplicaciones del teorema de Bernoulli. Teniendo en cuenta que para cada exposición se enfatice en los conceptos de presión, velocidad y área, además puedes usar un mapa conceptual, cuadro sinóptico, esquema, dibujo, o una actividad experimental:

1. Flujo de un fluido en una tubería2. Teorema de Torricelli3. Tubo de Venturi 4. Atomizador5. Efecto Magnus

2. Con base en el video sobre el derrame de petróleo, responde la siguiente pregunta :


6. Sustentación de aviones 7. Chimeneas8. Anemómetro de presión9. La hélice que impulsa al barco

Toma apuntes de las exposiciones.

Actividad 5

CONTEXTOS DE APLICACIÓNLa siguiente actividad de aprendizaje tiene como propósito extender conceptualmente el teorema de Bernoulli aplicado en dos contextos.

El primero se refiere a una enfermedad del cuerpo humano, para ello muestra como las arterias se tapan por el uso indebido de los alimentos y de algunas actividades cotidianas que perjudican el buen funcionamiento del sistema circulatorio.

El segundo contexto está ligado a funcionamiento de la ventilación de aire en las madrigueras de los topos.

Primer contexto:

La acumulación de depósitos grasos y cerosos en el interior de las arterias, tales como el colesterol, calcio y otras sustancias de la sangre, provocan una enfermedad denominada "placa aterosclerótica" o simplemente "placa”. Las arterias coronarias se estrechan lentamente, haciendo que el corazón reciba menos sangre y oxígeno, trayendo como consecuencia un ataque cardíaco.


Depósitode materia grasa

La arteria es bloqueadapor un coágulo

Desgarro en la pared arterialArteria normal

1. ¿Qué sucede con la velocidad de circulación de la sangre, al estrecharse el área de la sección transversal de la arteria? Explica.

2. ¿Qué consecuencia trae la variación de velocidad para el concepto de presión? Argumenta.

3. ¿Qué cambios en el ritmo cardiaco debe realizar el corazón para mantener las variaciones normales de presión?

4. ¿Qué puedes decir acerca de la presión sanguínea, ante la situación propuesta?

Tomando la temática la animación introductoria y haciendo un símil entre sistema circulatorio y el sistema de oleoductos de nuestro país, resuelve el siguiente interrogante:

• ¿Crees que se corre un alto riesgo de seguridad por la obstrucción de las tuberías que transportan el petróleo? Argumenta.

Contesta las siguientes preguntas:


Teniendo en cuenta los elementos teóricos socializados en las tareas previas, ahora realiza una caracterización teórica sobre la hipertensión arterial.

Segundo contexto: MADRIGUERAS DE LOS TOPOS

Las ratas topo viven en un laberinto de túneles subterráneos que pueden extenderse más de una milla de largo y una profundidad de 8 pies debajo de la superficie del suelo. De vez en cuando hacen una apertura hacia el mundo exterior a patear el suelo excavado a la superficie, donde forma pequeños montículos.

Los topos suelen establecerse en las praderas, prefiriendo los terrenos mullidos y frescos, como son los de huerta.

Su habitación o nido está a medio metro, o algo más, bajo el nivel del suelo. Procuran hacer su madriguera en parajes defendidos por la vegetación, sobre todo de arbustos espinosos.

Otras veces la sitúan al pie de un muro, o bajo las raíces de un árbol, buscando así abrigo contra la lluvia y los derrumbamientos. Prefieren, al parecer, los lugares elevados a los muy bajos. Huyen de los terrenos húmedos en exceso, así como de los muy pedregosos y de los que permanecen secos durante mucho tiempo.

Encima de su vivienda amontonan la tierra extraída en la excavación, llamada ``topera''. Montículo que mide aproximadamente 30 centímetros de altura por 60 a 90 cm de diámetro. Esta tierra que cubre el nido, a manera de techo, está bien apelmazada y apisonada. La madriguera consta de una cámara central o "nido", de paredes lisas, y cuyo fondo está tapizado de musgo, hojas secas o hierba, y de un sistema complicado de galerías, cuyo diámetro mide de cuatro a cinco centímetros.

Partiendo del nido, se dirigen unas cámaras hacia arriba, que son las utilizadas para echar afuera la tierra; otras rodean el nido a manera de caminos de ronda. Otra Galería conduce al terreno de caza, alejado a veces un centenar de metros del nido. Por último, hay una galería de fuga, que mide frecuentemente 30 a 40 metros y conduce al exterior después de numerosas revueltas.


• ¿Qué objetivo tiene la intercomunicación entre los túneles?

• ¿Por qué la red de túneles tiene varias salidas a la superficie?

• ¿Por qué algunos túneles son anchos y otros angostos?

• ¿La diferencia de altura entre la superficie y un punto en el túnel o en una recamara, influye en la fluidez del aire?

• ¿Qué relación tiene las minas y las madrigueras de los topos?

• ¿Qué propiedad del teorema de Bernoulli se debe tener en cuenta para la construcción de túneles por parte de los topos y por parte de los mineros?

Resuelve el siguiente interrogantes:


Realiza un parafraseo del modelo teórico del Teorema de Bernoulli, aplicado a la construcción de túneles para minas. Utilizando tanto los términos que has construido durante las tareas como lo consultado en otras fuentes. Adicionalmente, relaciónalo con fenómenos físicos cotidianos en donde es importante este concepto. Dicho texto será socializado con toda la clase con el propósito de ponerlo a evaluación ante el colectivo áulico.

Actividad 6

TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

1. Para esta actividad debes predecir, observar y explicar.

Momento 1 experimental

Observa los siguientes objetos: vaso con agua, alfiler y aguja. Luego, que sucedería cuando se ponga con cuidado el alfiler o la aguja sobre la superficie del agua. Es decir, el siguiente interrogante:

• ¿Será que la aguja o alfiler se hunden al ser puesta sobre la superficie del agua, siendo que estos objetos tienen mayor densidad que el agua?


2. Analiza y observa con cuidado la demostración, para que compruebes tus predicciones, luego, soluciona las siguientes problemáticas argumentando a partir de la evidencia:

Materiales:Vaso, agua, alfiler aguja o clips.

1. Coloca con cuidado sobre la superficie del agua reservada en un platón o vaso desechable un alfiler o aguja o clips, tal que permanezcan a flote.Muestra la ilustración

2. Teniendo en cuenta que la densidad del acero y del agua son respectivamente 7.8 gr/cm3 y 1 gr/cm3,

• ¿por qué cuando la aguja de acero se ubica con cuidado sobre la superficie del agua, ésta no se hunde?

• ¿Esta característica es exclusiva del agua? Argumenta.

• ¿Cómo explicas el hecho de que ciertos mosquitos puedan caminar por la superficie del agua?


Tensión superficial es la fuerza de atracción intermolecular en la superficie, causada por las fuerzas cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, sobre todo entre los átomos vecinos. Las molé-culas de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes hacia los lados de la superficie.

1. Observa los siguientes objetos:

Momento 2 experimental

Vaso con agua, atado con una lana por el borde del vaso, el otro extremo del trozo de lana se coloca en el interior de otro vaso. Luego, que sucedería cuando se inclina el vaso con agua. Es decir, les solicita el siguiente interrogante:

• ¿Será que el agua se derrama o se desplaza a través de la lana hacia el otro vaso?


2. Ahora observa con cuidado y lleva a cabo la demostración.

Seguidamente soluciona a las siguientes problemáticas argumentando a partir de la evidencia:

Materiales:Dos vasos, trozo de lana (50 cm), agua.

c. ¿Porque cuando se derrama agua u otro líquido, rápidamente utilizamos un paño o toalla de cocina para secarlo y no otro objeto? Explica.

d. Mostrar imágenes de las microfibras.

a. ¿Por qué consideras que el agua se desliza por la lana y no se desprende? Argumenta.

b. ¿La propiedad anterior es debido a la contextura de la lana o es una característica del agua o de ambos?


f. ¿Por qué la superficie del agua en un tubo de ensayo es cóncava hacia arriba, mientras que si fuera mercurio la superficie es cóncava hacia abajo? Argumenta.

e. ¿Qué sucede si en vaso con agua se introduce un pitillo muy delgado? ¿Por qué?


g. ¿Qué papel desempeñan el xilema y el floema en la circulación de la planta? Explica.

h. ¿En qué parte de la circulación de las plantas se da en fenómeno de capilaridad de los fluidos? Argumenta.

i. ¿Qué otros factores se debe tener en cuenta en el sistema de circulación de la savia, para que llegue a todas las partes de la planta?

j. ¿En qué parte de la circulación de la sangre del cuerpo humano, se presenta el fenómeno de capilaridad?

k. ¿Qué otros factores contribuyen para que la irrigación sanguínea llegue a todo el cuerpo?


3. Tomando la temática de la animación introductoria sobre el derrame del petróleoEl análisis químico revela que el petróleo está casi exclusivamente constituido por hidrocarbu-ros, compuestos formados por dos elementos: carbono e hidrógeno. Es químicamente incorrecto referirse al "petróleo", en singular; existen muchos "petróleos", cada uno con su composición química y sus propiedades características.

En efecto:Son líquidos insolubles en agua y de menor densidad que ella. Dicha densidad está comprendida entre 0,75 y 0,95 g/ml.Sus colores varían del amarillo pardusco hasta el negro.

a. ¿Qué puedes decir de las fuerzas de cohesión intermolecular y adhesión entre las moléculas?

b. ¿Crees que el petróleo facilita la capacidad del fenómeno de capilaridad?

c. ¿Qué tanto afecta un derrame de petróleo a las plantas?


LA CAPILARIDAD

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que le confiére la capacidad de subir o bajar por un tubo de diámetro muy pequeño del orden de la micras llamado capilar, la capilaridad depende de su tensión superficial, la adhesión o fuerza intermolecular del líquido y cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

CAPILARIDAD EN PLANTAS

Gracias a la capilaridad puede llevar la savia, nutrientes y energía a todas las partes de la planta, inclusive las más lejanas de la raíz a pesar de la fuerza de gravedad. Ya que por ósmosis, penetran hacia el interior de la raíz, donde se producen nuevos procesos osmóticos que contribuyen al ascenso de savia por los vasos leñosos del tallo.

4. Finalmente, el profesor para cerrar esta actividad recoge en el tablero las principales temas que están alineadas con las ideas científicas, las cuales se han producido a lo largo del proceso de socialización de la serie de tareas abordadas hasta el momento, solicita a los estudiantes que realicen una descripción de la aplicación de la capilaridad en un sistema de riego o como es el proceso de humedad en las paredes y proponer una estrategia de solución.


Para realizar un resumen, en pequeños grupos de estudiantes, diseñan un juego de concéntrese, tal que se debe destapar una ternas para obtener puntos.Las ternas estarán formadas por los términos, conceptos, formulas y aplicaciones, de tal manera que, los participantes encontraran la relación respectiva a cada concepto.

Fórmula AplicaciónPalabra Definición

Presión

Presión atmosférica

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa.

P= F/A

Pa= d g h

Pa: presión atmosférica

d:densidad del mercurio

h:altura de la columna de mercurio

(0.76m al nivel del mar)

La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el aire sobre la superficie terrestre.

Afilado de un cuchillo

Cámara de vacío* *

Presión hidrostática

La presión hidrostática es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido.

BuzosPh= d g h

densidad(d)

la gravedad(g)

y la profundidad(h)

*

*

Principio Pascal

La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

Gato hidráulico

F1/A1= F2/A2


Fórmula AplicaciónPalabra Definición

Principio de Arquímedes

Teorema de Bernoulli

Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja.

Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua.

Barco

Vuelo de un aviónV2

P

P= presión estática del fluido

V= velocidad de flujo del fluido

g= aceleración de la gravedad

h= altura sobre un nivel de referencia

=Densidad del fluido

�gh+ + =constante�

�

E= fluido g Vsumergidoδ

E = empujeδ = densidad del fluido

V = volumen del cuerposumergido

�

�* *

Tensión superficial

Capilaridad

Es la fuerza de atracción intermolecular en la superficie, causada por las fuerzas cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, sobre todo entre los átomos vecinos. Las moléculas de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes hacia los lados de la superficie.

Es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo muy delgado.

Bomba de jabón

Circulación de savia en los árboles


1. En una piscina el agua llega hasta 3 metros de altura y en el fondo hay una tapa circular de

10 cm de radio.

• ¿Qué fuerza hay que realizar para abrir dicha tapa?

2. Un alpinista ha medido la presión atmosférica al pie de una montaña y en la cima, marcando, 800 mm y 400 mm respectivamente.

• ¿Qué altura tiene la montaña?

3. ¿ Cuántos globos de helio de aproximadamente de 30 cm de radio son necesarios para alzar una niña de 40 kg de masa?

4. Un barco carguero madera (δ = 0.6 gr/cm3 densidad de la madera) transporta mercancía en contenedores de masa aproximada de 50 kg cada uno. El barco tiene las siguientes dimensiones, de longitud 18 m, ancho 8 m y 0.5 m de alto. ¿Cuántos contenedores se pueden cargar en el barco?

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Lista de referencias

ciencias naturales unidad 3...

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