Tercera semana del primer periodo grado undécimo

Dinámica de fluidos

Para el autor Gareth Williams se centra principal mente a determinar la fricción que ofrece el mismo dependiendo del grado de viscosidad del mismo. Los fluidos cuya viscosidad es nula o despreciable, en su comportamiento no se observa esfuerzos de corte y por lo tanto no existen fuerzas de fricción con las paredes de los sólidos.

Hidrodinámica

 

Etimológicamente, la hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros fluidos. Para ello se consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.

 

El gasto o caudal es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido ΔV que fluye por unidad de tiempo Δt. Sus unidades en el Sistema Internacional son los m³/s y su expresión matemática:

 

G=ΔV/Δt

 

Esta fórmula nos permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en cierto intervalo de tiempo o determinar el tiempo que tardará en pasar cierta cantidad de líquido.

Dentro de la Hidrodinamica también se encuentran los llamados flujos incomprensibles y sin rozamiento que cumplen el teorema de Bernoulli el cual afirma que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido.  Hay que tener en cuenta que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye.

 

Aplicaciones y ramas de la mecánica de fluidos 

 

La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren diferentes aspectos de la ingeniería, la física, las matemáticas, etc. Están destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana así como para desarrollar nueva tecnología y descubrir nuevos campos de la ciencia es aquí donde nuestro grupo relaciona la física con la tecnología y la importancia de los artefactos que se han creado gracias a esta rama de la física.

 

Aerodinámica

Rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura o el funcionamiento de un molino de viento.

 

Supersónica

La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido generalmente en el aire que es el medio por el que se desplaza; muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 1,225 km/h

Ondas de choque

En la mecánica de fluidos, una onda de choque es una onda de presión abrupta producida por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del sonido . Una de sus características es que el aumento de presión en el medio se percibe como explosiones. 

 

entre los ejemplos relacionados con la tecnología están:

* Las bombas atómicas y sus ondas explosivas.

* Los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido.

* En la medicina se usan para destrozar los cálculos renales, técnica denomindada litroticia.

Actualmente su uso en medicina estética es conocido para el tratamiento de la celulitis y el efecto llamado "piel de naranja", mejorando a su vez notablemente la elasticidad de la piel y mejora del tono muscular.

Turbinas

Las turbinas son unas maquinas por las cuales pasa un fluido de forma continua y dicho fluido le entrega su energía a través de un rodete con paletas.

Existen muchos tipos de turbinas pero entre las principales se encuentran: Las turbinas hidráulicas, turbinas térmicas, turbinas eólicas y turbinas submarinas.

 

Compresores

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores.  

Segunda semana del primer periodo grado undécimo

Estática de fluidos

Según el investigador Jhon Miller La estática de los fluidos estudia las condiciones bajo las cuales un fluido está en reposo, es decir que por tanto no halla escurrimiento, entonces el fluido estará estático o se moverá como un cuerpo rígido, por tanto no habrá corte ; entonces como no hay fuerzas externas no importara si el fluido no tiene forma definida.

 

Hidrostática

La hidrostática estudia los fluidos en reposo. entre los fluidos se incluyen a los líquidos y a los gases. Los fluidos que se presentan en la naturaleza presentan una viscosidad que dependiendo de las sustancias es alta o es baja, como por ejemplo la del agua y el aire es baja mientras que la miel y la glicerina poseen una viscosidad elevada.

Pero en la hidrostática no se tiene en cuenta la viscosidad porque esta se ocupa de los fluidos en reposo. Y la viscosidad únicamente se manifiesta cuando se mueven las sustancias.

Para estudiar la hidrostática se debe tener en cuenta la presión y densidad.

 

Presión

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa es decir:

P = F/A

 
Por la definición de presión vemos que su unidad debe estar dada por la relación entre una unidad de fuerza y una unidad de área. En el SI la unidad de fuerza es 1 N  y la del área, 1m². Entonces en este sistema la unidad de presión será 1 N/m².

 

Densidad o masa específica

La densidad de un cuerpo se denomina por la letra ρ (ro) y se define de la siguiente manera:

 

la densidad o (masa específica) de un cuerpo es la relación entre su masa y su volumen, o sea:

ρ = m/V


Por la definición de densidad, ρ = m/V, observamos que la unidad de la densidad debe ser la relación entre una unidad de masa y una unidad de volumen. Por tanto, en el SI la unidad de ρ será 1kg/m³. En la practica es muy común el uso de otra unidad: 1g/cm³. Entonces demostramos que:

 1g/cm³ = 10³ kg/m³


Ya sabido esto encontramos el principio de Arquimedes quien afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza que tiende a  impedir que el liquido se hunda ,esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote. a esto se le llama empuje hidrostático ascendente. 

Primera semana del primer periodo grado undécimo

Mecánica de fluidos 

La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una forma definida.

La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química , e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía. 

 

Entre las diversas funciones de la mecánica de fluidos esta la aeronáutica, la ingeniería química, meteorología y la oceanografía. La mecánica de fluidos puede dividirse en dos aspectos importantes que son:

 

Estática de fluidos: Que se ocupa de los fluidos que se encuentran en reposo, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su posición.

 

Dinámica de fluidos: Que se ocupa de los fluidos que se encuentran en movimiento, es decir, que están bajo fuerzas que alteran su posición.

También está la hidrodinámica, esté término se aplica al flujo de líquidos o al flujo de gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible, La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.

 

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas.

 

Propiedades de los fluidos

Existen dos tipos de propiedades en los fluidos que pueden ser primarias y secundarias:

Propiedades primarias

Propiedades primarias o termodinámicas:
*Presión
*Densidad
*Temperatura
*Energía interna
*Entelapia
*Entropia
*Calores específicos
*Viscocidad

Propiedades secundarias

Caracterizan el comportamiento especifico de los fluidos.
*Viscocidad
*Conductividad térmica
*Tensión Superficial 

* Compresión

 

Para conocer la mecánica de fluidos debemos primero saber que es un fluido.

Un fluido es una es una sustancia que se deforma constantemente en el tiempo, esto quiere decir que es muy sensible a fuerzas externas y no tiene una forma definida: entre los fluidos se encuentran los líquidos y los gases.

 

Tercera semana del cuarto periodo grado undécimo

Circuitos de CD y potencia eléctrica

 

Ecuaciones

¿Hay otras formas de escribir una ecuación para la potencia?

 

¡Sí! Podemos hacer sustituciones usando la ley de Ohm, $I = \dfrac{\Delta V}{R}$I, equals, start fraction, delta, V, divided by, R, end fraction:

Podemos sustituir $I$I y obtener:

 

$\begin{aligned}P &= I\Delta V\\\\ &=\dfrac{\Delta V}{R} \cdot \Delta V\\\\ &=\dfrac{\Delta V^2}{R}\end{aligned}$

Podemos sustituir $\Delta V$delta, V y obtener:

 

$\begin{aligned} P&=I\Delta V \\\\ &= I \cdot IR\\\\ &=I^2R\end{aligned}$

 

Definiciones y símbolos de los componentes de los circuitos

 

Resistor ($R$R)

Los resistores son componentes eléctricos que resisten la corriente y gastan voltaje dentro de un circuito.

 

Figura 1. El símbolo de un resitor

 

Batería ($\epsilon$\epsilon)

Las baterías son componentes eléctricos que proporcionan energía eléctrica.

 

Figura 2. El símbolo de la batería. El extremo corto es la terminal negativa y el extremo largo es la terminal positiva

 

Las baterías tienen terminales positivas y negativas. La terminal negativa se dibuja con una línea corta y la terminal positiva se muestra como una línea larga.

 

Interruptor ($S$S)

Los interruptores activan y desactivan el flujo de corriente a través de un camino del circuito. Cuando el interruptor está abierto no fluye corriente porque hay un hueco en el circuito (Figura 3).

 

Figura 3. El símbolo de un interruptor abierto. Ninguna corriente fluye por esta ubicación porque el camino del conductor tiene un hueco

 

Cuando el interruptor está cerrado, la corriente puede fluir porque el circuito es continuo (Figura 4).

 

Figura 4. El símbolo de un interruptor cerrado. La corriente pasa a través de esta ubicación porque el circuito es continuo

 

Nodo

Un nodo (o unión) es un lugar donde dos o más elementos del circuito se unen. La Figura 5 a continuación muestra un solo nodo (el punto negro) formado por la unión de cinco componentes eléctricos (representados de forma abstracta por rectángulos anaranjados). 

 

Figura 5. Un nodo (resaltado en verde) entre 5 componentes eléctricos diferentes 

 

Tipos de circuitos de CD

 

Circuito simple

Un circuito simple contiene la cantidad mínima de componentes que le permite ser un circuito eléctrico funcional: una fuente de voltaje $\epsilon$ (batería), un resistor $R$ y un lazo de alambre en el que la corriente $I$ fluye alrededor (consulta la Figura 6 a continuación). Por lo general, ignoramos cualquier resistencia de los cables.

Figura 6. Diagrama de un circuito simple

 

En un circuito simple, la tensión suministrada por la batería $\epsilon$ε es el voltaje gastado por el resistor $R$R, y hay solo una corriente $I$I en el circuito.

 

Circuito cerrado

Un circuito cerrado tiene un camino continuo por el que fluye la corriente. En otras palabras, no hay huecos en el circuito.

Figura 7. Diagrama de un circuito cerrado

 

Circuito abierto

Un circuito abierto tiene un hueco en el circuito que no permite que la corriente fluya. El hueco puede deberse a un interruptor abierto, un componente roto o un alambre roto.

 

Figura 8. Diagrama de un circuito abierto

 

Cortocircuito

Un cortocircuito es un camino de resistencia cero dentro de un circuito (ve el alambre azul en la Figura 9). Cuando hay un cortocircuito, toda la corriente fluye a través de este porque la corriente prefiere la ruta de menor resistencia.

Figura 9. El cable azul no tiene resistencia y hace un cortocircuito. Como no hay resistencia, toda la corriente $I$ fluye a través del cable azul en lugar de pasar por el resistor $R$R

 

La figura 10 a continuación muestra cómo al cerrar un interruptor $S$ se puede desviar toda la corriente del resistor $R_2$R, start subscript, 2, end subscript. Cuando el interruptor $S$S está abierto (ver Figura 10A), la corriente $I$I fluye desde la terminal positiva de la batería hacia el nodo $N$N. Como el interruptor está abierto, no fluye corriente a través de él y toda la corriente pasa por el resistor $R_2$R, start subscript, 2, end subscript. Cuando el interruptor está cerrado (ver Figura 10B), se forma un cortocircuito alrededor del resistor $R_2$R, start subscript, 2, end subscript. Ahora, una vez que la corriente $I$ llega a $N$N, pasa por $R_2$R, start subscript, 2, end subscript y fluye a través del interruptor.

 

Figura 10. Cuando el interruptor $S$S cambia de abierto (diagrama $A$A) a cerrado (diagrama $B$B), el resistor $R_2$R, start subscript, 2, end subscript hace cortocircuito y la corriente $I$I se desvía por el interruptor