Download 1. Explica por qué: a) Al intentar clavar un clavo en

FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE E.S.O.
TEMA 4: LAS FUERZAS EN LOS FLUIDOS
1.
Explica por qué:
a) Al intentar clavar un clavo en la pared, colocas éste con la
punta sobre la pared y no al revés.
b) Un alfiler no pincha igual por la punta que por la parte de la
cabeza.
c) Se afilan los cuchillos.
d) Una persona se hunde en la nieve si no lleva esquís.
e) El oso, animal más pesado que el jabalí, camina con mayor
facilidad por la nieve.
f) Es más doloroso un pisotón producido por un zapato de
tacón fino, que por un zapato plano.
g) Cierto tipo de tractores poseen cadenas en vez de ruedas
(al igual que los tanques).
h) Cuando una persona se hunde en un lago cuya superficie
está helada, los que acuden a su rescate avanzan tumbados
y no andando.
2.
Calcula la presión que ejercería sobre el suelo el peso del elefante si se
apoyase en una única pata, y la que ejercería el peso de la chica si sólo
se apoyase en uno de sus tacones.
ELEFANTE
CHICA
PESO
60 000 N
600 N
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SUPERFICIE
De una pata 1 000 cm2
Del tacón
1 cm2
3.
La punta de un clavo tiene una sección de 0,1 mm2, mientras que la cabeza es de 30 mm2. Utilizando un
martillo golpeamos con una fuerza de 100 N. Calcula la presión que hace el clavo sobre la pared según
queramos introducirlo por la punta o por la cabeza. Expresa el resultado en unidades del S.I.
4.
Un grupo de amigos realizan una marcha por una zona nevada y uno de ellos se queda retrasado. ¿Cómo
sabría este último cuál de sus compañeros, Elena, Ana o Pedro, transporta a hombros la mochila con la
tienda sin más que observar las huellas que deja cada uno sobre la nieve? ¿Por qué?
5.
Antonio tiene una masa de 72 kg y está encima de un lago helado calzando unos zapatos amplios que
tienen una superficie de 0,6 m2 cada uno. El hielo puede aguantar una presión de 5 000 Pa antes de
romperse. ¿Estará Antonio en un lugar seguro?
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6.
Gema, que tiene de masa 50 kg, está en una estación de esquí. Las
suelas de sus zapatos tienen una superficie de 2 dm2 y sus esquís, una
superficie de 20 dm2. ¿Qué presión ejerce Gema sobre la nieve al
llevar puestos los zapatos? ¿Y al llevar puestos los esquís?
7. Un ladrillo tiene de dimensiones 30 x 15 x 5 cm y un peso de 9 N.
a) Determina la presión que ejerce al apoyarlo sobre cada una de sus caras.
b) Suponiendo que la superficie sobre la que está apoyado sea deformable, indica en qué posición
se producirá la máxima deformación.
8. Si se llena una bolsa de plástico con agua y se agujerea en diferentes puntos con una aguja. El agua
sale a chorros de la bolsa por los agujeros, perpendicularmente a la superficie. Este hecho, ¿qué es lo
que pone de manifiesto?
9. Si sumergimos un tubo de vidrio con un obturador en un recipiente con agua, el obturador no cae,
independientemente de la posición del tubo. Este hecho, ¿qué es lo que pone de manifiesto?
10. Si realizamos varios agujeros a la misma altura en una botella de plástico llena de agua, ¿qué
observamos? Este hecho, ¿qué es lo que pone de manifiesto?
11. Si realizamos los agujeros a distinta altura, ¿qué observamos? Este hecho, ¿qué es lo que pone de
manifiesto?
12. ¿Por qué necesitan llevar los buzos trajes especiales?
13. ¿Por qué crees que la pared de una presa es mucho más ancha en la base?
14. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones,
referidas a los recipientes de la figura:
a) la presión ejercida sobre el fondo de los recipientes
es la misma, si contienen el mismo líquido.
b) La fuerza que actúa sobre el fondo de cada recipiente
es la misma.
15. ¿Qué líquido, agua o mercurio, ejerce mayor presión sobre el
fondo del recipiente?
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16. Calcula la presión que ejerce cada líquido sobre el fondo del recipiente. La densidad del mercurio es
aproximadamente 13 600 kg/m3, la densidad del agua 1 000 kg/m3 y la altura que alcanzan los líquidos
en ambos recipientes es 12 cm.
17. Calcula la presión hidrostática que existe a 3 metros por debajo de la
superficie del mar, si la densidad del agua del mar es 1 050 kg/m3.
18. Sabemos que el “Titanic” se hundió cerca de las costas de Terranova, y
que reposa a 4 000 metros de profundidad. A pesar de los múltiples
intentos de penetrar en su interior, apenas unos pocos seres humanos
han podido llegar a sus proximidades. ¿Cuál es la causa de tal
dificultad?
19. Calcula la presión que soportaría un buzo si accediese al “Titanic”. Considerar la densidad del agua del
mar = 1 025 kg/m3.
20. Un submarino se encuentra a 40 metros de profundidad en el mar.
Sabiendo que la densidad del agua del mar es 1,1 g/cm3, calcula:
a) La presión que está soportando el submarino.
b) La fuerza que habría que realizar para abrir una escotilla de
60 dm2 de superficie.
h = 40 m
21. El tapón que cierra el sumidero de un depósito tiene forma circular
de 5 cm de radio y se encuentra a una profundidad de 3,5 m.
Calcula:
a) La presión ejercida por el agua que tiene que soportar el
tapón.
b) La fuerza con la que habría que tirar de él para lograr abrir
el desagüe del depósito, si el peso del tapón es de 2 N.
22. El obturador de una bañera tiene 5 cm de diámetro. La altura del agua que contiene es 40 cm. ¿Qué
fuerza hay que ejercer para vaciar la bañera? ¿Qué fuerza habría que hacer si la bañera contuviese
mercurio? La densidad del mercurio es aproximadamente 13 600 kg/m3.
23. Enuncia el Principio de Pascal.
24. Cita casos reales que pongan de manifiesto el Principio de Pascal.
25. En un sistema como el de la figura, empujamos al émbolo
pequeño con una fuerza de 200 N.
a) ¿Qué presión hacemos sobre el líquido?
b) ¿Qué presión existirá en el punto B del líquido?
c)
¿Qué presión existirá en el punto C?
d) Calcula la fuerza que ejerce el líquido sobre el
émbolo grande.
e) Compara esta fuerza con la inicial de 200 N y analiza
el resultado.
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26. En el Principio de Pascal se fundamentan numerosas aplicaciones tecnológicas de uso corriente. Cita
algunas de ellas.
27. Los émbolos de una prensa hidráulica tienen una superficie de 10 y 300 cm2 respectivamente. Aplica el
principio de Pascal para calcular la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande, al aplicar sobre el
pequeño una fuerza de 100 N.
28. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son 200 y 500 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño
se ejerce una fuerza de 5 kp:
a) ¿Cuál será la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande?
b) ¿Qué presión soporta cada émbolo?
c) ¿Qué fuerza habría que aplicar en el émbolo menor para poder prensar una partida de aceitunas
con una fuerza neta de 1 000 N.
29. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son 1 800 y 40 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño
realizamos una fuerza de 15 kp, ¿cuál será la fuerza que se realiza sobre el otro? ¿Qué presión
soporta cada émbolo?
30. Con un gato hidráulico se quiere elevar un coche de 1 500 kg haciendo una
fuerza de 100 N. ¿Qué superficie deberá tener el pistón donde se realiza
esta fuerza si la plataforma donde está situado el coche tiene una
superficie de 1,8 m2.
31. ¿Qué sección debe tener el émbolo grande de una prensa hidráulica, para
que ejerciendo sobre el pequeño una presión de 20 000 Pa, se origine una
fuerza de 100 000 N?
32. Otra de las muchas aplicaciones que tiene la “transmisión de presiones del principio de Pascal” son
los frenos hidráulicos. Observa el esquema del freno hidráulico anterior. Si la fuerza que se ejerce en
el pedal de freno es de 6 kp, indica la fuerza que se ejerce sobre las pastillas de freno. Analiza el
resultado.
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PRESIONES EN EL INTERIOR DE LOS GASES
33. Vivimos en un océano de aire y, sin embargo, no sentimos ninguna presión especial sobre nosotros, ¿cuál
es el motivo?
34. La presión atmosférica se pone de manifiesto y se aprovecha en muchas situaciones de la vida
cotidiana. Cita alguna de ellas. Nota: utiliza los apuntes del laboratorio.
35. El físico italiano Evangelista Torricelli realizó en el siglo XVII la primera experiencia histórica que se
conoce sobre la medida de la presión atmosférica. Descríbela y calcula el valor de la misma al nivel
del mar.
36. El valor de la presión atmosférica, ¿con qué magnitud varía? ¿cuál es la causa?
37. Si en lugar de realizar la experiencia de Torricelli al nivel del mar, se realiza a una altura de 10 metros
sobre el nivel del mar ¿qué altura alcanzará el mercurio en la cubeta?
38. Calcula de forma aproximada el valor de la presión atmosférica existente en la cima del peñón de
Zahara de la Sierra, sabiendo que está situado a 541 m de altitud.
39. Expresa en milibares el valor de la presión atmosférica al nivel del mar.
40. ¿Qué son los anticiclones? ¿qué son las borrascas? ¿Cómo se le denominan a los puntos de igual
presión?
5. EL TEOREMA DE ARQUÍMEDES
41. Enuncia el Teorema de Arquímedes y deduce la expresión:
E = D. V. g
42. La relación entre el peso y el empuje determina el comportamiento de un objeto en un fluido. Analiza
las distintas situaciones que se pueden producir, e indica las condiciones necesarias para que:
a) El cuerpo quede en equilibrio en el interior del fluido.
b) El cuerpo flote en la superficie del fluido.
c) El cuerpo se hunda en el interior del fluido.
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43. Completa las siguientes frases:
Un cuerpo flota en un líquido
cuando la densidad del sólido es
________________________
que la densidad del líquido.
Un cuerpo está en equilibrio
cuando la densidad del sólido es
_______________________
que la densidad del líquido.
Un cuerpo se hunde cuando la
densidad
del
sólido
es
_______________________
que la densidad del líquido.
44. Calcula el empuje que experimenta un cuerpo de 1,5 dm3 de volumen al sumergirlo en:
a) Alcohol; (densidad = 0,8 g/cm3)
b) Agua; (densidad = 1 g/cm3)
c) Agua salada; (densidad = 1,1 g/cm3)
45. ¿Dónde se flota mejor, en la piscina o en el
agua del mar? Razona tu respuesta.
46. ¿Por qué un buque experimenta una elevación
en su línea de flotación cuando pasa del río
Amazonas al océano Atlántico?
47. Calcula el peso aparente en el agua de un bloque de 0,5 dm3, sabiendo que su peso real es de 12 N.
48. Un taco de madera de dimensiones 4 cm x 10 cm x 20 cm, pesa en el aire 20 N. Calcula lo que pesará
sumergido en agua (d = 1000 kg/m3) y en parafina (d = 800 Kg/m3).
49. Un objeto tiene un peso fuera del agua de 80 N y dentro del agua de 60 N. Calcula su masa, su volumen
y su densidad.
50.
Calcula el empuje que experimenta, sumergida en agua, una esfera maciza de
aluminio de 12 cm de radio y densidad 2,69 g/cm3. ¿Cuál será su peso aparente
en el interior del líquido?
51. Sabemos que es posible hacer ascender un globo al que se llena de aire caliente o
con gas hidrógeno o helio. ¿Qué explicación tienen estos fenómenos?
LECTURA COMPLEMENTARIA
Un caso extremo de alta densidad del agua salada se da en el
mar Muerto. El mar Muerto es, en realidad, un lago salado de
unos 80 km de largo por 17 km de ancho, situado entre Israel y
Jordania. Su profundidad es escasa, unos 40 m de promedio, y
además varía mucho en las diferentes estaciones. La escasa
profundidad y el hecho de que su superficie esté situada unos
390 m por debajo de la de los océanos y mares ha favorecido la
evaporación de sus aguas durante milenios, produciendo una
concentración de sales mucho mayor que en cualquier mar.
La densidad de sus aguas es muy elevada, por lo cual
resulta muy fácil flotar en ellas. En realidad lo difícil en este
mar es hundirse, pero al mismo tiempo esto ha producido la
desaparición de cualquier tipo de vida vegetal o animal en él.
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repaso
52. Resuelve el ejercicio 5 del libro, página 83.
53. Calcula la presión que se ejerce al empujar una aguja de 0,5 mm2 de sección con una fuerza de 1 N.
54. Calcula la presión que ejerce una persona de 70 kg cuando está:
a) De pie sobre sus zapatos.
b) De pie sobre unos esquís de 3 000 cm2 de superficie total.
c) ¿Qué presión podemos ejercer cuando empujamos con una fuerza de 10 N sobre una aguja cuya
punta tiene una superficie de 10-1 mm2?
55. Un elefante pesa 40 000 N y tiene cuatro patas con una superficie de 10 dm2 cada una. ¿Qué presión
ejerce sobre el suelo? En un ejercicio de acrobacia, el elefante se sostiene con una única pata. ¿Qué
presión ejerce ahora sobre el suelo?
56. Una bailarina tiene de masa 40 kg. Al hacer una pirueta se pone de puntillas encima de uno de los pies.
La superficie de contacto con el suelo es de 4 cm 2. ¿Qué presión ejerce sobre el suelo? Compara el
resultado con el del ejercicio anterior.
57. *La densidad de un ladrillo es igual a 1 900 kg/m3 y sus dimensiones son 20 x 10 x 5 cm. Determina la
presión ejercida por éste al apoyarlo sobre cada una de sus caras.
58. * Un bloque de hormigón tiene forma de paralelepípedo cuyas dimensiones son de 80 x 40 x 30 cm. Si
la densidad del hormigón es de 2,4 g/cm3, calcula la presión que ejerce el bloque sobre el suelo al
apoyarse sobre cada una de sus tres caras distintas. ¿Qué conclusión puedes sacar?
59. *Resuelve el ejercicio 20 del libro, página 84.
60. En un depósito hay un metro cúbico de agua. Calcula:
a) El peso de un metro cúbico de agua.
b) La presión que ejerce este metro cúbico de agua sobre el fondo de un recipiente cuya
superficie es de un metro cuadrado y cuya altura es de 1 metro.
61.
7.
8
Un buceador dispone de un sensor que da el valor de la presión hidrostática a la profundidad en que se
encuentra. Al realizar el recorrido señalado por los puntos, ¿se apreciarán diferencias de presión?
Razona tu respuesta.
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62. Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son 200 y 500 cm 2. Si sobre el émbolo pequeño
se ejerce una fuerza de 5 kp:
a) ¿Cuál será la fuerza que se ejerce sobre el émbolo grande?
b) ¿Qué presión soporta cada émbolo?
¿Qué fuerza habría que aplicar en el émbolo menor para poder prensar una partida de aceitunas con una
fuerza neta de 1 000 N.
63. A diferencia de los sólidos, los líquidos ejercen fuerzas sobre las paredes del recipiente que los
contiene, fuerzas que son perpendiculares a dichas paredes
64. Los líquidos también ejercen fuerzas sobre la superficie de cuarquier objeto sumergido en ellos.
1. LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS
La típica pregunta capciosa “¿Qué pesa más, un kilo de paja o un kilo de plomo?” es realmente una tontería.
Pero si la modificamos ligeramente y preguntamos “¿Qué ocupa mayor volumen, un kilo de paja o un kilo de
plomo?”, estamos preguntándonos por una propiedad muy importante de la materia, la densidad, que sirve
para caracterizar materiales o sustancias distintas.
65. ¿Por qué se desequilibra una balanza si colocamos en uno de los platillos un
litro de agua y en el otro un litro de aceite?
66. ¿A qué se le denomina densidad?
67. Observa la fotografía e indica qué es mayor, ¿la densidad del agua o la
densidad del aceite?
68. Indica la unidad de la densidad en el Sistema Internacional.
69. La densidad del agua es 1 g/cm3, expresa esta densidad en el sistema internacional de unidades.
70. ¿Qué información te proporcionan los siguientes datos?
Sustancia
Aire
Aluminio
Plomo
Gas de la cola de un cometa Estrellas de neutrones
3
Densidad (kg/m )
1,3
2 700
11 400
<10-9
1017
9
71. Determina la densidad de un cuerpo, sabiendo que 10 cm3 del mismo tienen
una masa de 50 g. Expresa el resultado en el sistema internacional y en g/cm3.
72. Una sustancia líquida tiene una densidad de 0,79 g/cm3. Calcula cuál es la
masa que tendrá un volumen de 10 litros de esa misma sustancia.
73. Una sustancia sólida tiene una densidad de 2,7 g/cm3. Calcula el volumen que
ocuparán 3 kg de dicha sustancia.
74. Resuelve los ejercicios 1 y 2 del libro, página 74.
75. Dos cuerpos, el primero de doble volumen que el segundo, tienen la misma masa. Razona cómo serán las
densidades.
76. Determina la masa de aire contenida en el aula. Para ello utiliza la tabla de densidades.
77. Resuelve los ejercicios 1, 2, 3 y 4 del libro, página 83.
78. Resuelve los ejercicios 1 y 25 del
10
libro, página 85.