Cuaderno de Física General  Competencias Genéricas 5.- Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.  Competencias Disciplinares 3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. ANTECEDENTES: TEORIA CINETICA MOLECULAR Esta teoría describe el comportamiento y las propiedades de la materia en base a cuatro postulados: 1. La materia está constituida por partículas que pueden ser átomos o moléculas cuyo tamaño y forma característicos permanecen el estado sólido, líquido o gas. 2. Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio. En los sólidos y líquidos los movimientos están limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un sólido ó evaporar un líquido. 3. La energía depende de la temperatura. A mayor temperatura más movimiento y mayor energía cinética. 4. Las colisiones entre partículas son elásticas. En una colisión la energía cinética de una partícula se transfiere a otra sin pérdidas de la energía global. La teoría cinética molecular nos describe el comportamiento y las propiedades de los gases de manera teórica. Se basa en las siguientes generalizaciones. Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 1 Cuaderno de Física General 1. Todos los gases tienen átomos o moléculas en continuo movimiento rápido, rectilíneo y aleatorio. 2. Los átomos o moléculas de los gases están muy separados entre sí, y no ejercen fuerzas sobre otros átomos o moléculas salvo en las colisiones. Las colisiones entre ellos o con las paredes son igualmente elásticas. MOVIMIENTO BROWNIANO. El movimiento browniano es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hallan en un medio fluido (por ejemplo, polen en una gota de agua). Recibe su nombre en honor al escocés Robert Brown, biólogo y botánico que descubrió este fenómeno en 1827 y observó que pequeñas partículas de polen se desplazaban en movimientos aleatorios sin razón aparente. En 1785, el mismo fenómeno había sido descrito por Jan Ingenhousz sobre partículas de carbón en alcohol. 1. El movimiento aleatorio de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada incesantemente por las moléculas (átomos) del fluido sometido a una agitación térmica. 2. Este bombardeo a escala atómica no es siempre completamente uniforme y sufre variaciones estadísticas importantes. Así, la presión ejercida sobre los lados puede variar ligeramente con el tiempo, y así se genera el movimiento observado. 3. Tanto la difusión como la ósmosis se basan en el movimiento browniano. Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 2 Cuaderno de Física General TRANSICION DE FASE En termodinámica, una transición de fase es la transformación de un sistema termodinámico de una fase a otra. Un ejemplo son los cambios de estado (transiciones entre los estados de agregación de la materia) a) Estado sólido Se caracteriza por tener forma y volumen definido, debido a que la fuerza de atracción intermolecular es mayor que la fuerza de repulsión. b) Estado líquido Se caracteriza por tener volumen definido y forma variable según el recipiente que lo contenga, debido al equilibrio existente entre la fuerza de atracción y la de repulsión. c) Estado gaseoso Estos carecen de forma y volumen definido, ya que la fuerza de repulsión intermolecular es mayor que la fuerza de atracción. d) Estado Plasmático Es el cuarto estado de la materia, es energético y se considera al plasma, como un gas cargado eléctricamente (ionizado); conformado por moléculas, átomos, electrones y núcleos; estos últimos provenientes de átomos desintegrados. Se encuentra a elevadísimas temperaturas de 20000º C. Ejemplo, el núcleo del sol, de las estrellas, energía atómica e) Estado Condensado de Bose-Einstein Representan un quinto estado de la materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273 ° C o − 9, °F) Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 3 Cuaderno de Física General Cambios de estado de la materia La materia cambia de un estado a otro por efecto de la temperatura y presión, ya sea aumentando o disminuyendo la energía calórica. En la naturaleza es frecuente observar que la materia cambia de un estado a otro. Tal vez el ejemplo más conocido sea el caso del agua, que se puede encontrar en forma sólida, líquida y gaseosa. Se reconocen 2 tipos de cambios de estado: Progresivos y regresivos. Cambios de estado progresivos Los cambios de estado progresivos se producen cuando se aplica calor a los cuerpos y son: sublimación progresiva, fusión y evaporación. a) Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso directamente. Ejemplo: sublimación del yodo, sublimación de la naftalina. b) Fusión: Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor. La temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada sustancia. Por ejemplo, la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo es 0º C. La temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina Punto de Fusión. A esta temperatura existe un equilibrio entre el estado cristalino de alta ordenación y el estado líquido más desordenado. c) Evaporación: Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que aquellas que están más abajo seguirán en el estado inicial. Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado gaseoso. El cambio de estado así producido se llama Ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es característica de cada sustancia y se denomina Punto de Ebullición. Por ejemplo, el punto de ebullición del H2O a nivel del mar es 100º C. Observaciones: La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no varía aun cuando ésta continúe calentándose. Cambios de estado regresivos Los cambios de estado regresivos son aquellos que se producen cuando los cuerpos se enfrían. Se reconocen 3 tipos: Sublimación regresiva, solidificación y condensación. a) Sublimación regresiva: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido. Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 4 Cuaderno de Física General b) Solidificación: Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido. Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión. c) Condensación: Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a la que ocurre esta transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de ebullición. Punto de fusión.- Equilibrio térmico entre el estado sólido y el estado líquido. Punto de ebullición.- Equilibrio térmico entre el estado líquido y el estado gaseoso. Todas las sustancias tienen una energía interna, la cual está dada por la suma de la energía cinética y la energía potencial de cada una de las moléculas que la constituyen. Debido a su movimiento las moléculas tienen un (Ec) que tiende a separarlas y la fuerza de atracción que actúa sobre ellas (Ep) tiende a juntarlas ∴ Si la Ep >> Ec → Estado solido Si la Ep = Ec → Estado liquido Si la Ec >> Ep → Estado gas Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 5 Cuaderno de Física General HIDROSTATICA Fluidos en reposo. Unidad de competencia: Analiza las características fundamentales de los fluidos en reposo a través de las teorías, principios, teoremas o modelos matemáticos aplicándolo a situaciones cotidianas. Identifica los diferentes tipos de presión Utiliza los conceptos de la hidráulica para explicar los principios de Pascal y de Arquímedes en situaciones cotidianas. Actitudes y valores. Valora la importancia de ideas relacionadas con los diferentes estados de la materia en relación a los fluidos Respeta las opiniones de sus compañeros y fundamenta las propias FLUIDOS INTRODUCCION: La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos y se divide en:  Hidrostática.- estudia a los fluidos en reposo.  Hidrodinámica.- estudia a los fluidos en movimiento. Un fluido es una sustancia capaz de fluir, por lo que el término "fluido" engloba a líquidos y gases. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden considerar sólidos, como el vidrio o el asfalto. Una definición más formal: "un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea el esfuerzo aplicado". CLASIFICACION DE LOS FLUIDOS: Un fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo, El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante por ejemplo el pegamento, la miel o los geles Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 6 Cuaderno de Física General https://www.bing.com/videos/search?q=FLUIDOS&&view=detail&mid=A3FC7A3B062CC2DB94BF A3FC7A3B062CC2DB94BF&FORM=VRDGAR PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS COHESION VISCOSIDAD La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otros cuando un líquido fluye es decir La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. la unidad física de viscosidad dinámica es el pascal-segundo (Pa·s), que corresponde exactamente a 1 N·s/m² o 1 kg/(m·s). TENSIÓN SUPERFICIAL En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre las moléculas del líquido es decir cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas interiores se atraen entre si en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras, pero las moléculas de la superficie solo son atraídas por las inferiores y laterales más cercanas, por tanto la fuerza resultante se dirigen hacia el interior del liquido Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 7 Cuaderno de Física General CAPILARIDAD La capilaridad es una propiedad 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 capilar Menisco: Cóncavo convexo COHESION Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. La cohesión es la causa de que el agua forme gotas, la tensión superficial hace que se mantengan esféricas y la adhesión la mantiene en su sitio ADHERENCIA Es la fuerza de atracción que se Manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto por ejemplo una varilla de vidrio al introducirla en un recipiente con agua, al sacarla , esta se observa mojada , pero si la varilla se introduce en un recipiente con mercurio se observa completamente seca. https://www.youtube.com/watch?v=kT-B41dhWiU Quím. Oscar Castañeda Bedolla Página 8 Cuaderno de Física General Instrucciones: completa el siguiente esquema didáctico al escribir en los cuadros la letra que le corresponde A) TENSION SUPERFICIAL B) Existe contacto C) Un líquido y una pared solida D) Una misma sustancia E) ADHERENCIA F) Un líquido fluye G) Rozamiento de unas partículas con otras H) Fuerza que mantiene unidas a las moléculas . PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS. COHESION Se origina por Se presenta debido a la Es la La fuerza resultante de las moléculas Cuando En la Superficie del líquido Quím. Oscar Castañeda Bedolla CAPILARIDAD Es la Se presenta cuando Fuerza de atracción De la Entre Entre Dos sustancias diferentes en contacto Página 9 Cuaderno de Física General Por ejemplo Por ejemplo Quím. Oscar Castañeda Bedolla Por ejemplo Por ejemplo Por ejemplo Página 10