Módulo 1. Física de ondas y fluidos

TEMA 1. Fluidos en reposo
1. Principio de Pascal
  1. ρ = m/v ρ=Densidad m=Masa v=Volumen
  2. La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas partes del fluido y las paredes del recipiente.
    1. P = F1 / A1 = F2 / A2 F=Fuerza A=Área P=Presión
    2. P = ρgh ρ=Densidad g=Gravedad h=Altura P=Presión
    3. P = Dh
  3. P = F/A P=Presión F=Fuerza A=Área
    1. Unidad de presión es el Pascal 1Pascal = 1Pa = 1 N/m^2
      1. La masa de aire de la atmósfera ejerce una presión, conocida como presión atmosférica, la cual puede variar con la altitud y el tiempo y que al nivel del mar es de una atmósfera.
        1 atm = 1.013 x 10^5 Pa
2. Flotación y principio de Arquímedes
  1. Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.
    1. A la fuerza hacia arriba de la que habla Arquímedes le llamaremos fuerza de flotación, la cual se puede calcular como la masa del objeto por la gravedad
      1. B = mg = ρVg B=Fuerza de flotación m=Masa del fluido desplazado ρ=Densidad del fluido V=Volumen g=Gravedad
3. Tensión superficial
  1. La superficie del líquido se comporta como si fuera una membrana en tensión, logrando que algunos insectos puedan “caminar” sobre el agua. Se debe a que todas las moléculas de un líquido ejercen fuerzas de atracción entre sí.
  2. La fuerza neta sobre una molécula dentro del volumen del líquido es cero, pero una molécula en la superficie es atraída hacia el volumen. Por esa razón, el líquido tiende a reducir al mínimo su área superficial, tal como lo hace una membrana estirada.
    1. h = 2σ/prg
4. Un fluido que no se desplaza y que está contenido en un recipiente, por lo tanto no fluye.
TEMA 2. Dinámica de fluidos
1. Ecuación de continuidad
  1. Flujo laminar es el movimiento de un fluido en el que cada partícula del fluido sigue la misma trayectoria que la seguida por las partículas que la precedieron.
    1. Q = V/t Q=Flujo o caudal V=Volumen t=Tiempo
    2. Q = vA Q=Caudal v=Velocidad A=Área
      1. Q1 = Q2
  2. v1A1 = v2A2
2. Son todos los fluidos en movimiento, puede ser un fluido incomprensible y por esto se vuelve rama de la física por la cual estudiar,.
3. Ecuación de Bernoulli
  1. El trabajo neto realizado sobre un elemento de fluido por la presión del fluido circundante es igual al cambio en la energía cinética más el cambio en la energía potencial gravitacional
    1. p1+ρgy1+1/2ρv^2 = p2+ρgy2+1/2 simplificado tendríamos, que ρgy1+1/2ρv^2 = ρgy2
4. Teorema de Torricelli
  1. Este puede aplicar en situaciones físicas donde la velocidad, la altura o la presión de un fluido sean constantes.
    1. v1 = √2g(y2-y1)
5. Fluidos no ideales
  1. La viscosidad es fricción interna en un fluido. Las fuerzas viscosas se oponen al movimiento de una porción de un fluido en relación con otra. Otro concepto importante de los fluidos no ideales, es la turbulencia.
  2. Para saber si el flujo es laminar o turbulento se emplea un parámetro adimensional que depende de la velocidad que lleva el fluido, del diámetro de la tubería, de la viscosidad del fluido, el número de Reynolds, que se expresa como Re.
    1. Re < 2300 Flujo laminar. 2300 < Re < 4000 Zona de transición entre el flujo laminar y el flujo turbulento Re > 4000 Flujo turbulento
TEMA 3. Vibración
1. Una repetición de la deformación que sufre el cuerpo cuando la repetición se realiza dentro del nivel auditivo, nuestros oídos captan estas vibraciones.
2. Ecuaciones de movimiento
  1. La posición de un punto en el movimiento armónico simple, cuyo símbolo es la letra x
    1. x = Xsinxωt Xsin2πft X=Amplitud del desplazamiento
  2. La velocidad de cualquier punto cuyo símbolo es la letra v, se define como la rapidez con la que varía la posición x
    1. v = ωXcosωt = Vcosωt v = Vcosπft V=ωx es la amplitud de la velocidad
  3. La aceleración de cualquier punto cuyo símbolo es la letra a, se define como la rapidez con la que varía la velocidad v.
    1. a = -aω^2Rsinωt a = -Asin2πft A = -ω^2X es la amplitud de aceleración
3. Movimiento armónico simple
  1. Un cuerpo tiene movimiento periódico cuando sus propiedades, se mueve de un lado a otro, la trayectoria del movimiento es fija, regresa a cada posició, regresa a cada velocidad, en un intervalo de tiempo definido.
    1. Un cuerpo tiene movimiento armónico simple cuando sus propiedades, el movimiento es periódico, en ausencia de fricción, producido por una fuerza de restitución, fuerza directamente proporcional al desplazamiento, fuerza en dirección opuesta al desplazamiento
      1. Periodo T Segundo s Frecuencia F Hertz Hz Ángulo Radián rad Frecuencia angular Radián/segundo rad/s
        1Hz = 1/s
        f = 1/T
        ω = 2πf
        T = 1/f
4. Fenómenos de onda
  1. f = 1/2π √-A/X
  2. Un resorte se especifica por una constante llamada k, que nos define el desplazamiento que puede llegar a tener al aplicarle una fuerza a uno de sus extremos.
    1. FMáxima = -KXMáxima FMáxima = mA (ecuación B) A = -kx/m juntándolas obtendríamos f = 1/2π √k/m
5. Péndulo
  1. Consiste en una cuerda de longitud L, y de un cuerpo de masa m. Como se estableció en la sección anterior F = -kx. La longitud del arco x que recorre el cuerpo desde su posición entre el centro y un extremo está dada por x = Lθ , por lo que la fuerza queda como F = -kLθ
    1. f = 1/2π √g/L = .4985√1/L Hz
TEMA 4. Ondas
1. Una onda mecánica es una perturbación física en un medio elástico.
2. Ondas en reposos y resonancia
  1. La perturbación se puede propagar en dirección transversal a la vibración de cada partícula del cuerpo como en el caso de una cuerda. Y en dirección longitudinal a la vibración de cada partícula del cuerpo como en el caso de un resorte.
    1. μ = m/L kg/m
    2. v = √F/μ m/s
    3. Velocidad de propagación de onda
      1. v = λ/T
3. Los sismos y su relación con las ondas
  1. Cuando se produce una perturbación por el movimiento de las placas tectónicas de la tierra, produce una propagación de onda a través del casquete terrestre en diversos lugares del planeta tiene diferentes densidades: longitudinales, transversales, ondas rayleigh, ondas love la velocidad de propagación de ondas dependen de: contenido en minerales, estado de compacidad, porosidad, relleno de poros, textura y estructura de roca, temperatura y presión.
4. Ondas sonoras
  1. El sonido es de una onda mecánica longitudinal que se propaga a través del medio elástico para que subsista un sistema de sonido deben existir fuente de vibración mecánica y medio elástico.
    1. L = λ/2
    2. f1 = v/λ = v/2L
    3. f2 = 2f1
    4. Tubo cerrado f1 = 1/4 v/L
    5. f2 = v/λ = 3/4 v/L
      1. f2 = 3f1
    6. v = d/t
    7. L = λ/2
    8. L = λ/4
TEMA 5. Sonido
1. Fenómeno producido en el oído por un conjunto de vibraciones que se propagan por un medio elástico, como el aire.
2. La velocidad del sonido depende del medio, en el aire a 0°C y a nivel del mar es v = 331 m/s
  1. Efecto Doppler
    1. Se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente.
      1. f' = f (vm-vo/vm-vf)
      2. λ = v/f

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	Created by Jordi Alejandro about 9 years ago