Estado de agregación, Elasticidad, Hidrostatica, Presion, Presion Hidrostatica, Prensa Hidraulica, Densidad y Peso Especifico y Empuje


Estados de Agregación

En física para cualquier sustancia o mezcla, sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.



Solido

Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma definida. Se caracteriza por que las partículas que los componen están muy juntas y en posiciones fijas. Tienen forma y volumen constantes.





Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas y solo tienen la libertad para realizarpequeñas vibraciones. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.




Liquido

Si se incrementa la temperatura de un sólido, este va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido, no poseen forma definida, ni memoria de forma por lo que toman la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.






Los líquidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. Puede fluir con facilidad. 




Gaseoso 

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen definido. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene.





Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases.





Plasma

El plasma es un conjunto de partículas con portadores libres de carga eléctrica, el cual desarrolla comportamiento colectivo. Lo más importante es que en el plasma se encuentran portadores de carga eléctrica libres. Los átomos están al menos parcialmente ionizados. El plasma es conductivo y reacciona fuertemente a los campos eléctricos y magnéticos







 Elasticidad

El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.



Un cuerpo se deforma cuando al aplicarle fuerzas éste cambia de forma o de tamaño.
La Elasticidad estudia la relación entre las fuerzas aplicadas a los cuerpos y las correspondientes deformaciones.
El esfuerzo (o tensión) en un punto se define como el valor límite de la fuerza por unidad de área.



El esfuerzo es una medida de la fuerza por unidad de área (en la que se aplica) que causa la deformación.
Si la fuerza aplicada no es normal ni paralela a la superficie, siempre puede descomponerse en la suma vectorial de otras dos tal que siempre una sea normal y la otra paralela a la superficie considerada.

Módulo de Young

El módulo de Young viene representado por la tangente a la curva en cada punto. Para materiales como el acero resulta aproximadamente constante dentro del límite elástico.
El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young.




Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud.Los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan normalmente como σ(sigma) y se denominan como esfuerzo de tracción o tensión cuando apunta hacia afuera de la sección, tratando de estirar al elemento analizado, y como esfuerzo de compresión cuando apunta hacia la sección, tratando de aplastar al elemento analizado.

Ley de elasticidad de Hooke

En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada.




La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico.



HIDROSTÁTICA
La materia existe en diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Los líquidos y los gases tienen propiedades comunes tales como su capacidad de fluir y de adoptar la forma de recipientes que los contiene por lo que se le denomina conjuntamente fluidos.
Los líquidos son prácticamente incompresibles, por lo que podemos considerar que su volumen no se modifica. El gas, en cambio se expande y comprime con facilidad.
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica que estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
Aunque los fluidos obedecen a las mismas leyes físicas que los sólidos, la facilidad con la que cambian de forma hace que sea conveniente estudiar pequeñas porciones en un lugar de todo el fluido. Por eso se reemplazan las magnitudes extensivas (que dependen de la cantidad de materia) por las magnitudes intensivas (que dependen de la cantidad de materia) la masa se reemplaza por la densidad y el peso se reemplazara por el peso especifico
La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área o superficie (A) de la siguiente forma: P=F/A.
La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente:
dP = ρgdh
Siendo:
P: presión
ρ: densidad del fluido
g: la aceleración gravitatoria de la Tierra
h: altura

FUERZA Y PRESION
Cuando en una situación de equilibrio la fuerza la transmite un sólido, como por ejemplo una soga, el valor de la fuerza no cambia por efecto de transmisión. Consideremos, por ejemplo un cuerpo que cuelga de una polea y se mantienen en equilibrio utilizando una soga. La soga transmite la fuerza sin cambiar su valor: la intensidad de la fuerza que la mano hace sobre la soga es la misma que la que la soga hace sobre el cuerpo.

En física, la presión (símbolo P) es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
Presión: Magnitud que se define como la derivada de la fuerza con respecto al área.
P = dF/dA
Cuando la fuerza que se aplica es normal y uniformemente distribuida sobre una superficie, la magnitud de la presión se obtiene dividiendo la fuerza aplicada sobre el área correspondiente.
P = F/A
Donde:
P: es la presión en Pa.
F: es la fuerza en N
A: es el área en m²
Se expresa en unidades del sistema internacional de unidades (SI) mediante la unidad derivada denominada pascal (Pa) que corresponde a un newton por sobre metro cuadrado (N/m2), siendo el newton la fuerza aplicada a un cuerpo de masa igual a 1 kg que le produce una aceleración de 1 m/s2.
En la mayoría de los casos la presión se mide directamente por su equilibrio con otra presión conocida, que puede ser la de una columna liquida, un resorte, un pistón cargado con un peso conocido, un diafragma o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cuantitativa cuando se le aplica la presión.
Presión absoluta: Es la presión medida con referencia al vacío perfecto o “cero absoluto” que es un sistema cerrado hipotético en el cual no existe ninguna molécula en su interior.
Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra (barométrica) sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella (la presión atmosférica cambia con la altura sobre el nivel del mar y las condiciones atmosféricas).
Presión atmosférica normal (estándar): Presión atmosférica equivalente a una atmósfera igual a 101325 Pa (En base a la resolución 4 de la 10a. Conferencia general de Pesas y Medidas. CGPM 1954).
Presión relativa: Presión mayor o menor a la presión atmosférica, es la presión medida con referencia a la presión atmosférica.
Presión diferencial: Presión entre dos sistemas aislados (la presión relativa es una presión diferencial en que la presión de referencia es la atmosférica).
Vacío: Presión menor a la presión atmosférica, el vacío también puede medirse con respecto al "cero absoluto" como una presión absoluta menor a la presión atmosférica.
Manómetro: Es el nombre genérico de los instrumentos que miden presión. Generalmente se usa para designar a los instrumentos que miden presión arriba de la presión atmosférica.
Vacuómetro: Es el instrumento que mide presión por abajo de la presión atmosférica, ya sea presión negativa o presión absoluta.
Barómetro: Es un instrumento que mide presión atmosférica o barométrica.
Manovacuómetro: Son los instrumentos que pueden medir presión relativa negativa y presión relativa positiva.
Manómetro diferencial: Instrumento que se utiliza para medir la diferencia de presión entre dos sistemas.
La diseminación de la unidad de presión en nuestro país, se realiza a partir de los patrones nacionales cuya exactitud se transfiere a otros patrones de medición mediante calibraciones sucesivas en los que intervienen los laboratorios secundarios acreditados, hasta finalizar en la calibración de los instrumentos utilizados cotidianamente en todas las actividades que involucren una medición. Este eslabonamiento de mediciones sucesivas establece la cadena de trazabilidad y tiene la finalidad de que el instrumento proporcione resultados compatibles con el valor o los valores del patrón nacional, confiables y uniformes en sus diferentes niveles de incertidumbre. Cuando el instrumento se enlaza a los patrones nacionales, en la forma indicada anteriormente, se dice que el resultado de su medición tiene trazabilidad.
Para la magnitud de presión (absoluta y relativa) el Laboratorio de Presión de LACOMET cuenta con balanzas de peso muerto (maquinas de pistón giratorio basadas en el principio de equilibrio de fuerzas), tanto en presión neumática como en presión hidráulica. Estas balanzas permiten diseminar la trazabilidad a los manómetros digitales patrón, que a su vez brindan el soporte de trazabilidad a la red de laboratorios de calibración y ensayo y a la industria nacional, mediante los servicios de calibración de manómetros, barómetros, y otros transductores.
En presión neumática se brindan servicios en el alcance de de 35 kPa a 7000 kPa y en presión hidráulica en el alcance de de 100 kPa a 120 000 kPa.

Presión hidrostática

La presión hidrostática es un tipo de presión debida al peso de un fluido en reposo, en éste la única presión existente es la presión hidrostática. En un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica relacionada con la velocidad del fluido.
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies.

Prensa hidráulica


La prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistonesde diferentes áreas que, mediante una pequeña fuerza sobre el pistón de menor área, permite obtener una fuerza mayor en el pistón de mayor área. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

Antigua prensa hidráulica.
En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones.[1]​ Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.
El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen fuerzas mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.




DENSIDAD:
La densidad, es una de las propiedades más características de cada sustancia.
Es a masa de la unidad de volumen.
Se obtiene dividiendo una masa conocida de la sustancia entre el volumen que ocupa.
Llamando m a la masa, y v al volumen, la densidad, d, vale:
d= m/v.
Unidades.
En el Sistema Internacional la unidad de densidad es el kg (Unidad de masa) entre el m3 (unidad de volumen). Es decir, el kg/cm3
Sin embargo es muy frecuente expresar la densidad en g/cm3 (Unidad cegesimal).
PESO ESPECÍFICO.
El peso específico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.
Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.
Llamando p al peso y v al volumen, el peso específico, Pc, vale:
Pc= p/v
Unidades.
Sistema Internacional.
La unidad de peso específico es el N/m3; es decir, el newton (Unidad de fuerza y, por tanto, de peso) entre el m3 (Unidad de volumen).
Sistema Técnico.
Se emplean el kp/m3 y el kp/dm3.
Sistema Cegesimal.
Se utilizaría la dina/cm3, que corresponde a la unidad del sistema internacional.
RELACIÓN ENTRE EL PESO ESPECÍFICO Y LA DENSIDAD.
El peso específico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas como se ha podido comparar a través de las deficiniones que se dieron en la parte de arriba, pero entre ellas hay una íntima relación, que se va a describir a continuación.
Se recordará que el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleración de la gravedad:
P= m . g
Pues bien, sustituyendo esta expresión en la definición del peso específico y recordando que la densidad es la razon m/V, queda:
Pe= p/v= m.g /V = m/V . g = d.g
El peso específico de una sustancia es igual a su densidad por la aceleración de la gravedad.
Como hemos mencionado las unidades, la unidad clásica de densidad (g/cm3) tiene la ventaja de ser un número pequeño y fácil de utilizar.
Lo mismo puede decirse del kp/cm3 como unidad de peso específico, con la ventaja de que numéricamente, coinciden la densidad expresada en g/cm3 con el peso específico expresado en kp/dm3.
VALORES DE DENSIDADES.
Aluminio:
Densidad (kg/m3): 2698,4; (20 ºC)
Plástico:
Densidad (0,910 g/cc) plástico.
Polietileno:
El polietileno, un plástico más común, se recalienta a .160°C de los mas livianos con una densidad de 0,905 gr.
Vidrio:
Densidad= 650 °C (1200 °F).

El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria (reacción). Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleración a, experimentada por la masa:

EjemplosEditar


Fuerzas sobre un perfil alar.
Un avión genera empuje adelante cuando la héliceque gira, empuja el aire o expulsa los gases expansivos del reactor, hacia atrás del avión. El empuje adelante es proporcional a la masa del aire multiplicada por la velocidad media del flujo de aire.
Similarmente, un barco genera empuje adelante (o atrás) cuando la hélice empuja agua atrás (o adelante). El empuje resultante empuja al barco en dirección contraria a la suma del cambio de momento del agua que fluye a través de la hélice.

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