Física

Fuerza

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.
Formula:

Ejercicio:

Aquí un vídeo:

Gasto

El gasto másico, flujo másico o caudal másico (símbolo ) es la magnitud física que expresa la variación de la masa con respecto al tiempo en un área específica. En el Sistema Internacional se mide en unidades de kilogramos por segundo, mientras que en el sistema anglosajón se mide en libras por segundo.
Formula:

Ejercicio:

Calcular el gasto de agua que pasa a través de una tubería al fluir $\displaystyle 1.8{{m}^{3}}$ en medio minuto.

Solución: Lo primero que haremos será analizar nuestros datos:

G = ?

V = $\displaystyle 1.8{{m}^{3}}$

t = $\displaystyle 0.5\min \left( \frac{60s}{1\min } \right)=30s$

Aplicando la fórmula de Gasto:

$\displaystyle G=\frac{1.8{{m}^{3}}}{30s}=0.06\frac{{{m}^{3}}}{s}$

Aquí un vídeo:

Volumen

El volumen¹ es una magnitud métrica de tipo escalar² definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Matemáticamente el volumen es definible no sólo en cualquier espacio euclídeo, sino también en otro tipo de espacios métricos que incluyen por ejemplo a las variedades de Riemann.
Formula:

Ejercicio
1.-3,37 g de cloruro de calcio si la densidad es de 2,15 g/cm ³.
Respuesta: 1,57 cm ³

2.-40,5 g de silicato de cromo si la densidad es de 5,5 g/cm ³.
Respuesta: 7,36 cm ³

3.- 2,13 kg de estaño si la densidad es de 7,28 g/cm ³.
Respuesta: 292,58 cm ³
Aquí un vídeo:

Empuje

Todo cuerpo que se introduzca en un liquido, experimenta un ''empuje'' de abajo hacia arriba que es equivalente al peso del volumen del liquido desalojado. bajos en el agua cuando están muy cargados (ya que necesita desplazar mayor cantidad de agua para generar el empuje
Formula:
$E=Pe\;V=\rho _{\text{f}}\;g\;V\;$

Ejercicio

Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza resultante.

Solución:

El empuje viene dado por E = ρ_aguaV_sumergidog, la masa específica del agua es un valor conocido (1000 kg/m³), lo único que se debe calcular es el volumen sumergido, en este caso es el de la bola de acero. Se utiliza la fórmula del volumen de una esfera.

Volumen: 5,236 · 10^-4 m³

E = ρ_agua·V_sumergido·g = 1000 · 5,236 · 10^-4· 9,8 = 5,131 N

El empuje es una fuerza dirigida hacia arriba, y el peso de la bola hacia abajo. La fuerza resultante será la resta de las dos anteriores.

W= mg = ρvg

_ρacero = 7,9 g/cm³ = 7900 kg/m³

m = ρ_acero · V = 7900 · 5,234 · 10^-4 = 4,135 kg

P = m · g = 4,135 · 9,8 = 40,52 N

Fuerza Resultante: P - E = 35,39 N, hacia abajo, por lo que la bola tiende a bajar y sumergirse.

Aquí un vídeo:

Presión

La presión (símbolo p)¹² es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea.

Formula:

$p={\frac {F}{A}}$
¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?

Solución: Para ello vamos a tomar nuestros datos que el problema nos provee, por ejemplo nos da una fuerza de 120 N, y a su vez un área de 0.040 $\displaystyle {{m}^{2}}$ , por lo que tenemos:

$\displaystyle F=120N$

$\displaystyle A=0.040{{m}^{2}}$

$\displaystyle P=$ ?

Reemplazando estos datos en nuestra fórmula tenemos:

$\displaystyle P=\frac{F}{A}=\frac{120N}{0.040{{m}^{2}}}=3000Pa$

Por lo que obtenemos un total de 3000 pascales de presión ejercidas sobre la superficie.

Aquí un vídeo:

Elasticidad

En física 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.
Formula:
${\boldsymbol {\sigma }}(\mathbf {x} ,t)={\hat {T}}({\boldsymbol {\varepsilon }}(\mathbf {x} ,t);\mathbf {x} ),\qquad \qquad {\hat {T}}:{\mathcal {T}}_{2}(\mathbb {R} ^{3})\times \mathbb {R} ^{3}\to {\mathcal {T}}_{2}(\mathbb {R} ^{3})$
Ejercicio:
Entre dos columnas fue tendido un alambre de longitud 2 l . En el alambre, exactamente en el centro, fue colgado un farol de masa M. El área de la sección transversal del alambre es A, el módulo de elasticidad es Y. Determinar el Angulo α, de pandeo del alambre, considerándolo pequeño.

Aquí un vídeo:

Fluidos

Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y en consecuencia cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma y adoptando así la forma del recipiente que lo contiene. Los fluidos pueden ser líquidos o gases según la diferente intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas.

Formula:

Ejercicio:

Un tanque, que tiene una base cuadrada de 1 m de lado y una altura de 0,5 m, se encuentra lleno de aceite con una densidad de 0,9 gr/cm3.

¿Cuál es el peso total del aceite que se encuentra en el tanque?