Hidrostática: Densidad Presión Peso Específico Principio de Arquímedes…. Hidrodinámica: Viscosidad Flujo Gasto….
I.E. “NUESTRA SEÑORA DEL ROSARIO” Hermanas Dominicas de la Inmaculada Concepción Chiclayo- Perú
MÓDULO INTERACTIVO DE APRENDIZAJE ´´ HIDROSTÁTICA E HIDRODINÁMICA´´ I.E. NUESTRA SEÑORA DEL ROSARIO Integrantes: Blanca Portales Chavarría Karen Rimarachin Vásquez Yuliana Rodríguez Seclen Mildred Quiroga Dávila Gleydi Muñoz Dávila Saraí Toro Ipanaqué Docente: Lic. Shirley Córdova García
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PRESENTACION El presente Módulo de Aprendizaje pretende proporcionarte un material que permita asimilar, con mayor efectividad, las explicaciones brindadas en las sesiones de clase y te guíe en una serie de actividades a desarrollar dentro y fuera del aula, generando una metodología de trabajo que te permita apropiarse del conocimiento del contenido temático del curso de Física II y construir modelos mentales útiles para explicar diferentes fenómenos físicos que se presentan en la naturaleza. Lo anterior se realiza utilizando un lenguaje accesible en el desarrollo de contenidos del tema de hidrostática.
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Introducción El grupo 01 de la institución educativa “Nuestra Señora del Rosario” del área de Física, conformado por las alumnas con N° de orden 01-10-13-23-26-30; ha venido realizando la elaboración del material didáctico de apoyo para nuestros compañeras, con el fin de establecer en ellas los contenidos académicos a desarrollar día a día en aula. Es por ello, que actualmente, se cuenta con el módulo y guía de aprendizaje del tema de “HIDROSTATICA E HIDRODINAMICA”
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HIDROSTÁTICA HIDROSTÁTICA
HIDRODINÁMICA
Presión
Gasto
Flujo de Masa
Principio de Pascal
Ecuación de Continuidad
Principio de Arquímedes
Ecuación de Bernoulli
Adhesión y Cohesión
Ecuación de Continuidad Tensión Superficial y Capilaridad
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HIDROSTÁTICA La Hidrostática es una rama de la física que se encarga del estudio de los líquidos en reposo.
Densidad (Masa Específica) La densidad es el concepto físico que nos indica qué tan concentrada o compacta está la masa en determinado material. De seguro habrás notado que un trozo de madera es más ligero que un trozo de plomo del mismo tamaño, pero el mismo trozo de madera es más pesado que un trozo de algodón de las mismas dimensiones. Esto se debe a que la materia tiene diferentes concentraciones en los distintos materiales La densidad se define así: Densidad (ρ), también llamada masa específica, es el cociente de la masa (m) de un objeto y el volumen (V) que ocupa.
ρ=mv
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PESO ESPECÍFICO.
De modo similar a la densidad (o masa específica), el peso específico (Pe) mide el peso por unidad de volumen que tiene un objeto o sustancia, esto es: El peso específico es la razón del peso W de un objeto o sustancia y el volumen V que ocupa Pe=V w La unidad del peso específico en el Sistema Internacional de Unidades es 1 N/m3 a)Utiliza la definición de densidad y de peso específico para determinar la relación de ambos.
PRESIÓN La presión es la fuerza normal por unidad de área, por que la eficiencia de una fuerza depende de la magnitud de la fuerza y del área sobre la cual se aplique. Al concepto que mide la eficiencia de una fuerza se le da el nombre de presión. Por ejemplo, si te pinchas un dedo con la punta de tu lápiz, no sientes el mismo dolor que cuando lo haces con el extremo donde está el borrador, sobre todo si al lápiz le acabas de sacar punta (fig. 1.2). Se define así: Presión (P) es el cociente de la fuerza normal o perpendicular (F) aplicada a una superficie y el área (A) sobre la cual se aplica. P=F A
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¡INFÓRMATE MÁS!
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Ingresa a las siguientes animaciones donde podrás comprender más significativamente información sobre el concepto de presión:
URL:http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.swf
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PRESIÓN HIDROSTÁTICA Es la presión que ejerce el agua sobre un cuerpo que esté sumergido en ella. Depende de la profundidad a la que se encuentre el cuerpo y la densidad del líquido. La presión hidrostática (p) que soporta un punto de un líquido es directamente proporcional al valor de la gravedad (g), a la densidad (d) del líquido y a la profundidad (h) a la que se encuentra
p=DL.g . h
Para la medición de un fluido se utiliza el manómetro
PRESIÓN ATMOSFÉRICA Presión atmosférica es la presión debida al peso del aire atmosférico sobre cualquier superficie en contacto con él. para la medición de la presión atmosférica se utiliza el barómetro, el mas utilizado es el de mercurio, inventado por Torricelli, es un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacio, de la manera que la presión en la parte mas elevada de esta es nula.
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Principio de Pascal. El principio de Pascal afirma que cualquier aumento de presión en la superficie de un fluido se transmite a cualquier punto del fluido. Una aplicación de este principio es la prensa hidráulica.
Prensa
Hidráulica
La prensa hidráulica es una máquina que se basa en el principio de Pascal para transmitir una fuerza. Aprovechando que la presión es la misma, una pequeña fuerza sobre una superficie chica es equivalente a una fuerza grande sobre una superficie también grande, proporcionalmente iguales.
ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA 01 •
Ingresa a la siguiente URL, escucha y observa con atención la información, pues será el complemento que necesitas par iniciar a comprender los conceptos de los Principios de Pascal.
Video: Principio de Pascal Subido por: Carlitosfop Fecha de publicación: 04/05/2010 Duración: 2:31 Enlace: http://www.youtube.com/watch?v=rNv1Q0LkMlQ
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PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del líquido que desaloja Empuje = Peso del líquido desalojado E = mLg , como m = ρ V E = ρL VL g Donde mLes la masa del líquido desalojado, ρLes la densidad de ese líquido y VL el volumen del mismo líquido. Aquí es importante observar que el volumen del líquido desalojado es igual al volumen del cuerpo (Vc) que se introduce en él. En realidad el Principio de Arquímedes es consecuencia de la presión hidrostática que experimenta cualquier objeto sumergido en un fluido.
ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA 02 Ingresa a la siguiente URL, escucha y observa con atención la información, pues será el complemento para comprender los conceptos de Flotabilidad y Principios de Arquímedes. Video: Flotabilidad y Principio de Arquímedes Subido por: euyintube Fecha de publicación: 01/04/2008 Duración: 1:06 Enlace: http://www.youtube.com/watch?v=n3A5MK6lDpg
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Ingresa a la siguiente URL, escucha y observa con atención la información, pues será el complemento para comprender los conceptos de los Principios de Arquímedes. Video: Principio de Arquímedes Subido por: mikedrecreo Fecha de publicación: 31/03/2011 Duración: 0:50 Enlace:http://www.youtube.com/watch?v=i2OZipp2wlQ&list=UUN_Pg_vtssw2yWPzZH8sXNA &index=3&feature=plcp
HIDRODINÁMICA La hidrodinámica es el estudio de las propiedades mecánicas y los fenómenos que presentan los
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VISCOSIDAD La viscosidad es la resistencia que presenta un líquido al fluir. En un líquido en movimiento, la viscosidad depende de la velocidad relativa entre las diferentes capas del líquido y su principal efecto es la creación de remolinos y turbulencias cuando el líquido tiene que sortear un obstáculo sólido Si queremos facilitar el estudio de los líquidos en movimiento, con el fin de obtener resultados que permitan explicar las aplicaciones prácticas en el diseño de canales, presas, barcos, hélices, aviones, turbinas y tuberías en general, se hacen ciertas suposiciones que nos acercan al comportamiento de un líquido real y que a la vez nos permiten hacer cálculos más sencillos. A los fluidos que cumplen estas suposiciones se les llama fluidos ideales. Los fluidos ideales pueden ser:
Flujo laminar o estacionario
Flujo incompresible Flujo ideal o no viscoso
Movimiento de un fluido se describe en función de variables como la presión, la densidad y la velocidad. Si estas cantidades se mantienen constantes al transcurrir el tiempo, entonces el flujo es estacionario. Esto se cumple para velocidades de flujo pequeñas Cuando la densidad del fluido no cambia en ningún punto. Como sabemos los líquidos son incompresibles, pero cuando la velocidad de flujo de un gas es pequeña su compresión es insignificante de modo que puede considerarse incompresible. La viscosidad equivale a la fricción en el movimiento relativo de dos superficies sólidas. A mayor viscosidad es necesaria mayor fuerza o presión para mantener al fluido en movimiento. En la realidad no hay fluidos ideales, todos tienen cierto grado de Viscosidad. Pero al igual que en la mecánica en algunas ocasiones se puede despreciar la fricción ya que en estos casos sus efectos son insignificantes.Podemos no considerar la viscosidad en aquellos casos que sus efectos no sean significativos.
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Flujo Irrotacional
Flujo irrotacional: Si al colocar un objeto en el interior de un fluido en movimiento, el objeto no rota o gira sobre su propio eje, el flujo es irrotacional. Un ejemplo de giro irrotacional se presenta al quitar el tapón a la tina de baño. Cualquier objeto colocado ahí, acompaña al fluido en su movimiento, pero no gira sobre su propio eje.
Recuerda que: .
A un flujo que no tenga estas características, es decir, a un flujo que sea no estacionario, compresible, viscoso y rotacional se llama flujo turbulento.
LINEAS DE FLUJO Se llaman líneas de flujo o líneas de corriente a una representación gráfica de la trayectoria que siguen las partículas de dicho fluido en el transcurso del tiempo. Las líneas de flujo nos dan una idea de cómo es el movimiento del fluido (estacionario o turbulento) y también de cómo es la velocidad. Mientras más juntas están las líneas de flujo, indican un fluido de mayor rapidez (Fig 1.2.)
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GASTO El Gasto es el cociente del volumen (V) de un líquido que fluye por un conducto y el tiempo (t) que tarda en fluir.
G=V/T
El flujo de masa es la cantidad de masa de un líquido que pasa por un conducto en la unidad de tiempo. F=m/t; De la definición de densidad: P=m/v despejamos “m” tenemos: m=p/V Si sustituimos en la definición de flujo tenemos: F=Pg
como G=V/t; entonces:
El flujo de masa se obtiene multiplicando el gasto por la densidad del líquido
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ECUACION DE CONTINUIDAD Consideremos un fluido, que atraviesa dos superficies S1 y S2, las cuales, son perpendiculares a las direcciones de las líneas de corriente del fluido. Como entre ambas superficies no existe ninguna fuente ni sumidero de fluido, la masa que atraviesa las superficies tiene que ser igual, por tanto: M1 = M2 La masa puede expresarse en función del volumen que ocupa, así: m = ρV = ρ A d, donde “d” es la distancia recorrida por el líquido en el tiempo “t”, por lo que
O bien:
Debido a la incompresibilidad del líquido, P 1= P 2, por lo que: A esta ecuación se le conoce como la de ecuación de continuidad Es decir, Av = constante.
ECUACION DE BERNOULLI
La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido bajo condiciones variantes y tiene la forma siguiente
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ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA 02
Ingresa a la siguiente URL, escucha y observa con atención la información, pues será el complemento para comprender y Principios de la hidrodinámica. Video: introducción a la Hidrodinámica Subido por: educatina.com Fecha de publicación: 17/08/2011 Duración: 14:16 Enlace:http://www.youtube.com/watch?v=ZzN3BDxqVRM&feat ure=related
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PRESION HIDROSTATICA APRENDIZAJE ESPERADO: Demostrar la presión que ejerce un liquido Analiza experimentalmente el aumento de Presión Hidrostática Investigar la presión de un líquido en diferentes profundidades.
FOCALIZACIÓN: • •
¿Qué entiendes por presión? ¿Cuál crees que será la función que cumple la presión atmosférica en nuestra vida?
HIPÓTESIS: Todo fluido ejerce una presión sobre el fondo del recipiente que lo contiene lo que origina compresión o extensión, salida de los fluidos perpendicularmente.
EXPLORACIÓN EXPERIENCIA 1 MATERIALES: Bolsa plástica grande, Alfiler y Agua PROCEDIMIENTO: Se llena la bolsa plástica con agua y se cierra, de tal manera que no quede aire dentro de ella. Luego se agujerea la bolsa con la aguja o alfiler en distintas posiciones y direcciones. Observamos. EXPERIENCIA 2 MATERIALES: Un envase de vidrio, Un globo y Agua PROCEDIMIENTO: Se llena de agua el envase de vidrio que contiene en su interior un globo inflado y se cierra Se ejerce presión sobre el fluido. EXPERIENCIA 3 MATERIALES: Frasco y Agua PROCEDIMIENTO: Se tiene un frasco con dos orificios en su tapa que contiene agua. Se dejan abiertos cuando los dos orificios, luego se tapan.
EXPERIENCIA 4 MATERIAL: Una botella de vidrio, Un globo y Agua del grifo.
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PROCEDIMIENTO: Llenamos la botella con un poco de agua caliente. Agitamos bien y esperamos unos segundos. Luego colocamos el globo en la boca de la botella, abrimos el grifo del agua fría y ponemos la botella debajo. EXPERIENCIA 5 MATERIALES: Una botella de vidrio, Un vaso con agua, Un embudo, Plastilina y Un palito (puede ser del chupetín) PROCEDIMIENTO: Introducimos el embudo sobre la botella. Alrededor de la unión llenamos con plastilina. Agregamos el agua. Luego: introducimos el palito hasta que pase la salida del embudo EXPERIENCIA 6 MATERIALES: Envase de vidrio, Globo, Vela, Recipiente con agua, Agua y Fuego PROCEDIMIENTO: Inflamos el globo de aire, encendemos la vela y luego colocamos el vaso boca abajo sobre la llama de la vela, durante unos 30 segundos, le damos la vuelta y colocamos encima el globo. Apretamos ligeramente el globo sobre el vaso y luego metemos el vaso en el recipiente con agua. EXPERIMENTO 7 MATERIALES: Agua caliente, Recipiente con agua fría y Una botella PROCEDIMIENTO Agregamos agua caliente a la botella, la tapamos. Sumergimos la botella en el recipiente. EXPERIMENTO 8 MATERIALES: Un vaso de vidrio transparente, pañuelo pequeño o servilleta de papel y recipiente hondo con agua. PROCEDIMIENTO: Meta el pañuelo en el fondo del vaso bien apretado de modo que no se caiga. Introduzca el vaso, boca abajo, en el recipiente con agua y sosténgalo ahí. Saque el vaso e investigue que cambios sufrió el pañuelo. EXPERIENCIA 9: MATERIALES: Un bote de cristal con tapa, Dos cañitas de refresco, Un clavo y un martillo, Pegamento y cinta aislante, Agua con colorante (opcional) y Un vaso. PROCEDIMIENTO: Con el clavo y el martillo realizamos dos agujeros en la tapa del bote de cristal. Cuidado con el martillo. Metemos las cañitas por los agujeros. Llenamos de agua el tarro y colocamos la tapa.(Es importante que no entre aire en el tarro) Página 19
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Ponemos pegamento en la unión de las cañitas con los agujeros de la tapa y, si es necesario, podemos sellar la tapa del bote con cinta aislante. Le damos la vuelta al bote metiendo la cañita que sobresale menos en un vaso con agua. EXPERIENCIA 10 MATERIALES: Botella grande Plastilina Agua PROCEDIMIENTO: Se hacen dos agujeros a diferente altura en una botella grande de refresco y se tapan con plastilina. Se llena la botella de agua. Al quitar la plastilina se producen dos chorros. El alcance del que está a mayor profundidad es mayor debido a la mayor presión hidrostática que hay a la salida.
REFLEXIÓN 1. 2. 3. 4.
Según las experiencias mostradas ¿Cuál ejerce más presión el agua o el aire? ¿Sobre qué actúa la presión? ¿Qué es presión atmosférica? Realiza una tabla donde establezcas diferencias entre la presión atmosférica y la hidrostática. 5. ¿Por qué crees que los chorros de agua salen perpendicularmente a la base? (exp.1-3) 6. ¿Por qué cuando se tapa uno de los dos huequitos del pote el flujo se detiene? (exp.1-3) 7. ¿En un recipiente con agua, menciona cual es la parte que presenta mayor presión hidrostática? (exp. 6-7)
APLICACIÓN 1. ¿Cómo se llama la presión que ejerce el aire para arrastrar los ríos? 2. ¿Por qué las personas que practican alpinismo deben tener un buen entrenamiento? 3. Para el buen rendimiento físico de los alpinistas ¿Qué tipos de alimentos deben de consumir? 4. ¿Cuáles son los efectos que la presión ejerce a un buceador? 5. ¿Qué tipo de equipo deben utilizar los buceadores? 6. ¿Cómo funcionan los tanques de agua? 7. ¿Porque las ollas a presión cocinan más rápido? 8. ¿Cómo influye la presión atmosférica en la temperatura de nuestra serranía? 9. ¿Por qué los astronautas entrenan para ir al espacio? 10. ¿Cómo afecta la presión atmosférica a los seres vivos, especialmente a los humanos? 11. ¿Por qué algunas personas no deben vivir en zonas altas?
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TENSION SUPERFICIAL Chiclayo- Perú
APRENDIZAJE ESPERADO: Dentro de un liquido ,las moléculas experimentan atracciones entre si casi simétricas en la superficie ,lo que origina una resistencia a la penetración de la superficie
FOCALIZACIÓN: • •
A partir de los términos tensión superficial, forma un concepto. ¿La tensión superficial es propiedad de los fluidos? ¿Por qué?
HIPÓTESIS: Dentro de un líquido, las moléculas experimentan atracciones entre sí casi simétricas en la superficie, lo que origina una resistencia a la penetración de la superficie.
EXPLORACIÓN: •
EXPERIENCIA 1 MATERIALES: Una copa, Cuchara, Coca cola y Sal PROCEDIEMIENTO Vaciamos la Coca-Cola a la copa, llenamos aproximadamente ¾ de la copa. Agregamos una cucharada de sal.
•
EXPERIENCIA 2 MATERIALES: Pincel, Envase de vidrio y Agua PROCEDIEMIENTO Llenamos el envase de vidrio con agua. Observamos las cerdas del pincel sumergidas en el agua. Observamos las cerdas del pincel, ya mojado.
♣ EXPERIENCIA 3 MATERIALES: Vaso con agua, Aceite y Detergente PROCEDIEMIENTO Dejamos caer unas gotas de aceite en un vaso con agua. Luego dejamos caer una gota de detergente en el vaso. ♣ EXPERIENCIA 4 MATERIALES: Gotero, Moneda, Agua y Detergente PROCEDIEMIENTO Carga agua limpia en el gotero. Descárgalo gota a gota sobre la moneda, despacito hasta que rebalse. Cuenta el número máximo de gotas que pudiste poner hasta que se derramó. ♣ EXPERIENCIA 5 MATERIAL: Un trozo de alambre delgado, cera de una vela, un recipiente con agua y detergente.
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PROCEDIMIENTO Doblamos un trozo de alambre en forma de espiral, la engrasamos con cera de una vela. Engrasamos la espiral con cera de una vela. Se deja caer una gota de detergente en el centro de la espiral. ♣ EXPERIENCIA 6 MATERIAL: Vaso con agua y Alfiler. PROCEDIMIENTO: Se llena el vaso con agua. Se coloca sobre la superficie del agua, sin dejarlo caer, el alfiler. Es importante colocar el alfiler horizontalmente. ♣ EXPERIENCIA 7 MATERIAL: Un recipiente con agua, Talco y Jabón. PROCEDIMIENTO: Llenamos el recipiente con agua. Espolvoreamos con talco la superficie. Metemos un dedo en el agua. Al sacar el dedo la capa de talco sobre el agua se cierra tapando el agujero practicado con el dedo. Metemos un dedo enjabonado en el agua. ♣ EXPERIENCIA 8 MATERIALES Un recipiente, una jeringa, agua, jabón líquido y clips. PROCEDIMIENTO: Llenamos con agua el recipiente, después ponemos sobre la superficie del agua los clips al agua y vamos a ver que van a flotar. Después llenamos la jeringa con agua y jabón y empezamos a llenar al recipiente con los clips y observemos lo que sucede.
REFLEXIÓN 1. ¿Qué es tensión superficial? 2. Explica el fenómeno ocurrido en la exp.4 ¿Por qué la moneda logra mantener las gotas de agua en su superficie? 3. ¿La tensión superficial se puede dar en todos los fluidos? 4. ¿Cómo es que el jabón puede romper la tensión superficial del agua? (exp.7-8) 5. En la experiencia 7: ¿Por qué al introducir el dedo limpio y el dedo enjabonado ocurren cambios? 6. Explique la relación entre capilaridad y tensión superficial en los líquidos. 7. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan dentro de un líquido?
APLICACIÓN • • •
¿Crees que es también la tensión superficial la que ocasiona que una gaseosa movida, al ser abierta se derrame? Sabías que la tensión superficial también es responsable de la formación de las gotas de lluvia. ¿Cómo crees que es este proceso? ¿Porque algunos insectos pueden caminar por el agua?
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• • •
¿Explica cómo algo tan pesado como los grandes barcos pueden flotar en el mar? ¿Por qué la tensión superficial del agua es mayor a comparación de otros líquidos? ¿Para que utilizan las plantas el fenómeno de la capilaridad?
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DENSIDAD Y REACCION EN LOS FLUIDOS Chiclayo- Perú
APRENDIZAJE ESPERADO:
♣ Demostrar la variación de densidad en fluidos (agua y aire). ♣ Demostrar como actúa la densidad en los cuerpos en las diferentes experiencias. ♣ Observar las reacciones atreves de diferentes sustancias. ♣ Observar el comportamiento de los fluidos mediante las siguientes experiencias
FOCALIZACIÓN: • • • • •
¿Qué conocimientos previos tienes sobre densidad? ¿Cuál crees que sea más denso el agua o el aire? ¿Por qué? ¿Sabes qué densidad tiene el mar en el planeta Tierra? ¿Qué entiendes por reacción? Tienes idea de cómo se mueven los fluidos?
HIPOTESIS: La densidad de un fluido está relacionada directamente con su masa. Lo que puede ayudar para su identificación. Las reacciones de los fluidos con un gas o un liquido se ponen en contacto con un sólido dan un producto
EXPLORACIÓN: ♣
EXPERIENCIA 1 MATERIALES: Un folio, Una regla, Un lápiz, Un compás, Una tijera, Una vela y Un trozo de hilo
PROCEDIMIENTO Dibujamos una espiral de papel sobre el folio. Luego recortamos la figura y la colgamos de un hilo. Ponemos debajo de la espiral la llama de una vela. En unos segundos la espiral gira Sobre su eje vertical. ♣ EXPERIENCIA 2 MATERIALES: Un vaso, Agua, Sal y Tinta líquida PROCEDIMIENTO Preparar la disolución saturada. Añadimos cucharadas de sal a un vaso con agua y removemos hasta su disolución (Cuando la sal no se disuelve, tenemos lista nuestra disolución saturada) Dejamos caer unas gotas de tinta en un vaso con agua. Repetimos el experimento en un vaso con la disolución saturada ♣ EXPERIENCIA 3 MATERIALES: Un huevo, Agua, Tres vasos descartables y Sal PROCEDIMIENTO: Llena dos vasos con agua. Añádele a uno de ellos sal poco a poco. Revolviendo con una cuchara, trata de disolver la mayor cantidad posible. Coloca el huevo en el vaso que tiene solo agua. Colócalo ahora en el vaso en el que has disuelto la sal: observarás como queda flotando. Pon el huevo y agua hasta que lo cubra y un poco más, en el tercer vaso. Añade agua con sal, de la que ya tienes, hasta que consigas que el huevo quede entre dos aguas. Página 24
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♣ EXPERIENCIA 4 MATERIALES: Plastilina, Agua, Canicas y Un recipiente PROCEDIMIENTO: Llena un cuenco con agua y coloca dentro el trozo de plastilina. Ahora modela la plastilina para que tenga forma de barca. Coloca con cuidado en el agua. Observa.
♣ EXPERIENCIA 5: MATERIALES: Tres velas (de diferentes tamaños) y Un frasco de cristal que sea de mayor tamaño de las velas. PROCEDIMIENTO Colocamos una vela sobre la tapa del frasco y al encendemos. Al cerrar el frasco, seguidamente se apagará la vela. ♣ EXPERIENCIA 6: MATERIALES: Un recipiente pequeño y un vaso mayor, Aceite, Pegamento y una moneda (opcional), Una cuchara, Agua y Alcohol. PROCEDIEMIENTO LLena de aceite hasta la mitad y se coloca en el fondo del vaso. En el vaso se echa, con precaución, la cantidad de alcohol que sea necesaria para cubrir el recipiente pequeño. Luego, con una cuchara, se va añadiendo, poco a poco, agua (de manera que escurra por la pared del vaso). La superficie del aceite del recipiente pequeño se irá haciendo cada vez más convexa. EXPERIENCIA 7 MATERIALES: Cuchara y Agua PROCEDIMIENTO Dejamos caer un chorro de agua sobre la superficie curva de una cuchara. Experiencia 8 MATERIALES: Una lata de gaseosa con un orificio en la parte superior, agua y un tapón para sellar la lata PROCEDIMIENTO: En una lata de refresco vacía se coloca un poco de líquido que se pone a hervir. Luego se retira del fuego y se sella herméticamente con un tapón. Se puede observar como el pote empieza poco a poco a comprimirse sin una fuerza visible que pueda producir dicho efecto.
REFLEXIÓN 1. 2. 3. 4. 5.
¿La densidad influye en la flotación de un cuerpo? ¿Qué reacciones se observaron en estas experiencias? ¿Por qué a las personas se les hace más fácil flotar en agua salada que en agua dulce? Se comprobó y verifico las reacciones en todas las experiencias. Pudiste observar la reacción de fluidos en diferentes sustancias. Página 25
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APLICACIÓN • • • • • • • • • •
¿Que pesa más; un kilo de plomo o un kilo de plumas? ¿Un bloque de hierro es más denso que una limadura de hierro; porque? ¿Por qué crees tú que los barcos flotan en el agua? ¿Y los molinos por qué crees que giran en su propio eje? ¿El agua y el aceite son sustancias que nunca se pueden diluir entre sí? ¿Sabias que aunque la mayoría de las maderas flotan, hay maderas que se hunden en el agua? ¿Crees que la densidad es propiedad de la materia? ¿El agua ocupa la mayor parte de la Tierra? Podrías mencionar sustancias de menor a mayor según su densidad... ¿Qué diferencia tienen las moléculas del agua y el aire?
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FLUJO LAMINAR
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Perú APRENDIZAJE ChiclayoESPERADO:
En esta sesión trabajaremos nuestra capacidad de aprendizaje visual ya que tendremos que tomar nota de cada un de los videos presentados.
FOCALIZACIÓN: • •
¿Qué entiendes por flujo? ¿Qué entiendes por flujo laminar?
HIPOTESIS: •
En un fluido en movimiento, las moléculas poseen una velocidad determinada, de forma que para conocer el movimiento del fluido, hace falta determinar a cada instante su correspondiente campo de velocidades.
EXPLORACIÓN: ♣ EXPERIENCIA 1 http://www.youtube.com/watch?v=7ILWdNlDi-k
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EXPERIENCIA 2 http://www.youtube.com/watch?v=n4T73ckCnC8
♣ EXPERIENCIA 3: http://www.youtube.com/watch?v=3g-8hldG6Vc
REFLEXIÓN 1. ¿Por qué crees que el agua y el vino no se mezclan? (Exp. 1) 2. ¿Cómo puedes explicarías cada una de las experiencias? 3. ¿Cuál crees que es la diferencia entre flujo laminar y flujo turbulento?
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APLICACIÓN 1. ¿Qué es flujo laminar y turbulento? 2. ¿Qué tipo de flujo (laminar o turbulento) existe en un sistema hidráulico que usa bombas centrifugas?
ECUACION DE BERNOULLI APRENDIZAJE ESPERADO: • •
En esta oca cición podremos conocer un nuevo tema que lo que es Ecuación de Bernoulli en el cual podremos tanto nuestra capacidad visual con analítica para poder entenderlo Al final del trabajo daremos un concepto preciso y muy determinado de lo que es una ECUACION DE BERNOULLI para la cual deberemos estar con mucha atención al trabajo realizado en clase.
FOCALIZACIÓN: • •
¿Qué idea tienes sobre ecuación de Bernoulli? ¿Sabes cuál es la importancia de ecuación de Bernoulli en mecánica de fluidos?
HIPOTESIS: El comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente y la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo del recorrido expresado en el principio de Bernoulli.
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EXPLORACIÓN: a) Al soplar por encima de una hoja de papel dispuesto horizontalmente bajo la boca, como se indica en la figura 2, el papel se levanta. Una variante de este experimento consiste en soplar por el espacio que hay entre dos globos ligeramente separados. Como lo indica la figura 82, los globos se juntan.
b) Si se sopla por una pajilla doblada sobre una abertura de modo que funcione como atomizador, tal como se ilustra en la figura 83, el agua asciende por la pajilla vertical inmersa en ella.
c) Si se afirma con un dedo una pelota de pimpón en un embudo (preferiblemente transparente) y justo cuando soples fuertemente por el vástago del embudo se saca el dedo, la pelotita, en vez de caer, se mantiene dentro del embudo, como muestra la figura 84.
d) Con un secador de pelo se puede mantener flotando en el aire una pelotita de pimpón del modo que se ilustra en la figura 85. Cuando la pelota está en equilibrio, al mover el chorro de aire de un lado a otro, la pelota sigue al chorro y continúa en equilibrio. Si se inclina un poco el chorro de aire, constatarás que tampoco cae.
e) Cuando uno camina por la orilla de una carretera y pasa un bus o un camión muy grande y muy rápido, ¿qué se siente? Una fuerza empujará hacia la carretera y uno puede caer sobre ella, especialmente si se va en bicicleta.
f) Al acercar una pelota que cuelga de un hilo al chorro de agua que sale de una llave se observa que la pelota puede mantenerse en equilibrio en la posición que se indica en la figura 86; es decir, parece que el flujo de agua y la pelota se atraen.
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EXPERIENCIA 1
http://www.youtube.com/watch?v=WO2DHX12YMM&feature=related
EXPERIENCIA 2
http://www.youtube.com/watch?v=_U7HQUGTaoo
REFLEXIÓN Todas estas situaciones tienen algo en común: fluidos en rápido movimiento. ¿Qué ocurre con la velocidad de un fluido que se mueve por un tubo en que cambia su sección, por ejemplo, al pasar de una cañería gruesa a otra más delgada? La figura 87 ilustra bien esta idea. Si presionamos de igual manera el pistón de dos jeringas idénticas, una sin aguja y otra con aguja, podremos apreciar que el líquido sale mucho más veloz en el segundo caso; es decir, cuando la sección del conducto es menor. En realidad, la rapidez v con que se mueve el fluido es inversamente proporcional a la sección A de la cañería. Ello ocurre igual con el agua que fluye por un río o canal, que se mueve más rápido en los lugares en que éste es más angosto o menos profundo. Este fue el primer descubrimiento de Bernoulli.
APLICACIÓN •
¿Explica la aplicación de Bernoulli? • ¿Cuándo se abre una llave que tiene que ver con la ecuación de Bernoulli? • ¿Por qué se utiliza la ecuación de Bernoulli si el aire es compresible? • Menciona 3 aplicaciones de la Ecuación de Bernoulli • Investigar la formulación de la Ecuación de Bernoulli
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EXPERIENCIAS DE AMPLIACION – REFORZAMIENTO
TEMA PRESION :
EXPERIMENTO1 MATERIALES
Medio kg de harina, agua, un plato, un libro, dos vasos iguales, un rollo de cocina o una botella.
PROCEDIMIENTO
Hecha la harina al plato, y prepara una masa añadiendo el agua que admita .Amásalo un par de minutos, hasta obtener un material deforme (puedes sustituirlo por un bloque grande de plastilina o barro de alfarero, pero resulta mas caro).Divide la masa en 3 partes aproximadamente iguales .Coloca un trozo de plástico sobre la mesa, extiende las porciones de masa sobre el alisándolas con un rollo de cocina o una botella, hasta que tengan unos 2 cm de espesor. Coloca un vaso encima de un trozo de masa ,déjalo sobre ella un par de minutos ,y luego retíralo cuidando no estropear la huella que ha dejado .Sitúalo ahora sobre la otra porción ,pero poniendo encima de el un libro. Experimenta nuevamente colocando el vaso boca abajo y encima de él, el mismo libro utilizado anteriormente .Compara la marca con las anteriores.
TEMA PRESION ATMOSFERICA:
EXPERIMENTO1
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MATERIALES
1 GLOBO Y 20 CHINCHES
PROCEDIMIENTO
Se juntan los 20 chinches en una superficie y se coloca el globo encima de ellos aplicándole un poco de fuerza. La segunda parte es colocar 1 chinche y sobre este el globo.
EXPERIMENTO 2 MATERIALES
Un vaso de vidrio, una servilleta de papel, una jarra o cualquier recipiente mas grande que el vaso.
PROCEDIMIENTO
Primero harás una bola con la servilleta e introdúcela en el caso apretándola bien en el fondo, sin que sobresalgan picos de ella. Luego invierte el vaso comprobando que la servilleta este bien sujetada. Llena la jarra con agua e introduce en ella el vaso en vertical con la boca hacia abajo. Mantenlo en esta posición durante un par de minutos y luego retíralo del agua y saca la servilleta.
EXPERIMENTO 3 MATERIALES
Un vaso de vidrio, una tarjeta postal nueva, una paja de refresco, un alfiler, agua.
PROCEDIMIENTO
Llena completamente de agua un vaso y tápalo con la tarjeta de modo que quede en contacto con el agua la parte de menos brillo. Pon una mano encima de la tarjeta, para que no se mueva y con la mano en esta posición de la vuelta al vaso. Retira la mano que sujeta la tarjeta .Con el alfiler haz un agujero a unos 3 cm del extremo de la paja que vayas a poner en contacto con la boca. Introduce agua en el vaso y succiona a través de la paja .Tapa con un dedo el orificio que practicaste en ella, y vuelve a succionar .Comprueba en que caso sube el liquido mas fácilmente.
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TEMA HIDRODINAMICA
EXPERIMENTO 1 MATERIALES
Una lata de refresco vacía, agua, unas pinzas de madera, fuego y un recipiente con agua.
PROCEDIMIENTO
En primer lugar se llena el recipiente con agua fría. Luego pon un poco de agua en la lata de refresco. Coge la lata con las pinzas de madera y calienta el agua hasta que hierva. Dejamos que el agua de la lata hierva un minuto y luego retiramos del fuego .Inmediatamente giramos la lata y la metemos boca abajo en el recipiente con agua .En cuestión de segundos vemos que la lata se aplasta.
EXPERIMENTO 2 MATERIALES
Una botella de vidrio, un globo y agua.
PROCEDIMIENTO
Primero llenamos la botella con un poco de agua caliente. Agitamos bien y esperamos unos segundos. Luego colocamos el globo en la boca de la botella, abrimos el grifo del agua fría y ponemos la botella debajo. En unos segundos el globo se mete en la botella.
EXPERIMENTO 3 MATERIALES
Una regla de plástico y una hoja de papel de periódico.
PROCEDIMIENTO
En primer lugar se coloca la regla sobre una mesa de manera que sobresalga un poco si dejamos caer un objeto pesado sobre el extremo que sobresale vemos que la regla cae de la mesa. Repetimos ahora el experimento colocando una hoja de papel de periódico extendida sobre la parte de la regla que está en la mesa. Si dejamos caer ahora el mismo objeto sobre la parte que sobresale vemos que la regla no llega a caer al suelo.
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EXPERIMENTO 4 MATERIALES
Necesitamos una media botella con agua y un vaso
PROCEDIMIENTO
Llenamos media botella con agua y la colocamos boca abajo en un vaso con agua. Al colocar la botella invertida una parte del agua sale y otra permanece en el interior de la botella. El nivel del agua en el interior de la botella es tal que la presión interna (ejercida por el agua y el aire atrapados en la botella) es igual a la presión externa (la presión atmosférica) Si apretamos la botella de plástico por debajo del nivel del agua no se altera el equilibrio de presiones y el nivel interno de agua se mantiene. La botella se deforma por lo que sale agua y aumenta el nivel en el vaso. Si apretamos por encima del nivel de agua, disminuye el volumen de la botella en la parte superior. Al disminuir el volumen en la parte superior aumenta la presión del aire atrapado en la botella, se rompe el equilibrio y para restablecerlo disminuye el nivel del agua en el interior de la botella.
EXPERIMENTO 5 MATERIALES: PROCEDIMIENTO: http://www.youtube.com/watch?v=MKbIDhLZsi0
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TEMA: DENSIDAD EXPERIMENTO 01 MATERIALES: PROCEDIMIENTO: http://www.youtube.com/watch?v=CEaKLMP8S-8
EXPERINCIAS 2 MATERIALES : PROCEDIMIENTO: http://www.youtube.com/watch?v=iShgnrEzn5A&feature=related
TEMA: DENSIDAD EXPERIENCIA 3 MATERIALES PROCEDIMIENTO: http://www.youtube.com/ watch?v=Eas6WTDZDNU&feature=related
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EXPERIENCIA 4 MATERIALES PROCEDIMIENTO: http://www.youtube. com/watch?v=kh2JTaVvhvI
TEMA: FLUJO EXPERIENCIA 01 MATERIALES PROCEDIMIENTO : http://www.youtube.com/watch?v=UJJ XE5rBmKw
EXPERIENCIA 02 METERIALES PROCEDIMIENTO: http://www.youtube.co m/watch?v=zp1eAsabwik&feature=related
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LABORATORIO VIRTUAL VIDEOS REALIZADOS DE DIFERENTES EXPERIENCIAS
LAS
URL:http://www.youtube.com/watch?v=QI6DeEI me2w&feature=plcp
URL: http://www.youtube.com/watch?v=DNuTiI36 Sw8&feature=plcp
http://www.youtube.com/watch?v=aSurT3lRUo 8&feature=youtu.be
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http://www.youtube.com/watch?v=KctZVzj0 CPg&feature=youtu.be 3-2
http://www.youtube.com/watch?v=5fM yB9HQN6A&feature=youtu.be
1-1
1-2
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http://www.youtube.com/watch?v=YRRh8g9Sn8&feature=youtu.be
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HORIZONTALES 3. mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre 5 dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación 12 medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo 13. es la presencia o incorporación al ambiente de sustancias o elementos tóxicos que son Perjudiciales para el hombre o los ecosistemas 14. es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas 15 el fluido es un líquido, que es capaz de transmitir presión a lo largo de un circuito cerrado
18 las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm
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20 es un conjunto de partículas de rocas disgregadas
VERTICALES 1 es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía 2 utilizan aire sometido a presión como medio para transmitir fuerza 4 es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie 6 (invertida) es un circuito en el cual se junta el principio y el final 7 dos de hidrogeno y un oxigeno 8 aparato que permite purificar agua por medio de materiales terrestres 9 vías artificiales de navegación 10 una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor 11 idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento 16 pueden transmitir grandes esfuerzos y ayudarnos a mover y levantar objetos pesados 17 es toda sustancia química que, administrada a un organismo vivo, tiene efectos nocivos 19 es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil
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Lectura:01 MEDICIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA El primero en medir la presión atmosférica fue el físico italiano Evangelista Torricelli, contemporáneo de Galileo, en 1644. Para hacerlo tomó un tubo de vidrio de un metro de largo, cerrado por uno de sus extremos. Dicho tubo lo llenó de mercurio. Con el extremo libre tapado, invirtió el tubo y lo sumergió en un recipiente que también contenía mercurio. Al destapar el extremo inferior, la columna de mercurio del tubo descendió hasta detenerse a una altura de 76 centímetros, medido desde la superficie del mercurio del recipiente; se detuvo debido a que la presión atmosférica sobre la superficie del mercurio que está en el recipiente, equilibra a la presión que ejerce la columna de mercurio del tubo. Torricelli concluyó que la presión atmosférica equivale a la presión hidrostática ejercida por una columna de mercurio de 76 cm de altura. Esta presión se dice que es 1 atmósfera (1 atm). 1 atm = 76 cm de Hg = 760 mm de Hg Como la presión atmosférica es igual a la presión hidrostática que ejerce una columna de mercurio de 76 cm de altura, entonces su valor es el Siguiente: Pat = ρ g h = (13600Kg/m3)(9.8 m/seg2)(0.76 m) =1.013 x 105 Pa El experimento de Torricelli se realizó al nivel del mar. Pero, así como la presión hidrostática depende de la altura, igualmente la presión atmosférica no tiene el mismo valor en lugares de la Tierra cuya elevación respecto al nivel del mar es diferente (ver tabla). Por ejemplo, en la ciudad de México, la presión es menor que en Hermosillo, ya que la primera se encuentra a casi 3000 metros sobre el nivel del mar, mientras Hermosillo se encuentra a sólo 170 metros del nivel del mar.
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Lectura:02
Los objetos sólidos hechos de diferentes substancias, pueden tener distintas densidades y la densidad es una propiedad característica de una sustancia. Los objetos y las sustancias que tienen menos densidad que el agua, flotarán en el agua. Al utilizar líquidos en vez de objetos sólidos, el concepto de densidad se extiende de las propiedades de objetos sólidos a las propiedades de las sustancias en general. El aceite vegetal es insoluble en el agua. Los líquidos que son insolubles en otros líquidos se conocen como no miscibles. La no miscibilidad es una función de la estructura de las moléculas del líquido y no está relacionada con la densidad. El caramelo líquido es soluble en agua, pero se mezcla muy lentamente y para los propósitos de esta clase se tratará como un líquido inmiscible.
Al mezclar dos líquidos inmiscibles ellos se separarán para formar una columna de densidad. Los líquidos usados en este experimento se comportan de esta manera porque tienen diferente densidad. Las columnas de densidad también se pueden construir con soluciones que tienen un mismo soluto pero a una concentración distinta. Sin embrago, estas columnas son menos estables que las que se usan en esta actividad, porque las capas en estas columnas se mezclan más fácilmente. Las columnas de densidad existen en la naturaleza, por ejemplo, el agua dulce y el agua salada, se separan en el ambiente de un estuario debido a la diferencia en salinidad (el agua salada es más densa que el agua dulce) estas diferencias son suficientemente marcadas para reducir el movimiento de gases y nutrientes entre las capas y para concentrar agentes contaminantes dentro de las capas.
Los líquidos de la columna de densidad construida en esta actividad se ordenarán de la siguiente manera (de arriba para abajo): Aceite vegetal (densidad aproximada 0,9 g/cm3), Agua (1 g/cm3), Caramelo líquido (1.4 g/cm3). Las densidades precisas dependen de la fuente de origen del líquido. Se usa colorante de alimentos en el agua para mejorar la visibilidad entre las capas (El colorante no afecta significativamente la densidad del agua). El cilindro de cobre (densidad, 8,9 g/cm3) se hunde al fondo de la columna, pero el cilindro hueco de plástico (densidad aproximada 1,2 g/cm3) flota en la interfase del agua y el caramelo líquido porque su densidad es mayor que el agua pero menor a la del caramelo líquido.
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Errores Conceptuales
Esta actividad se dirige a los siguientes conceptos errados en relación a la densidad: Se puede pensar incorrectamente que todos los objetos que flotan son huecos o contienen aire. (El uso de líquidos en lugar de objetos sólidos ayuda a entender que el aire no siempre está involucrado en la flotación). Se puede pensar incorrectamente que la densidad es un indicador de espesor (por ejemplo, la densidad de un bosque). Comúnmente se emplea este término con un significado científico. Se puede confundir el concepto de densidad con el de viscosidad y considerar incorrectamente que los líquidos viscosos son más densos que los líquidos poco viscosos, a pesar de sus propias observaciones (como por ejemplo la crema flota sobre el café. A través de la medición y observación de las columnas de densidad se puede ver que la viscosidad y la densidad no están relacionadas. El caramelo líquido y el aceite vegetal son más viscosos que el agua, pero el aceite es menos denso y el caramelo es más denso que el agua.
Extraído y adaptado de www.escolar.com/ y http://museovirtual.csic.es
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http://books.google.com.pe/books?id=FgUjib89rtgC&pg=PA75&lpg=PA75&dq=experimentos+ de+hidrostatica&source=bl&ots=MqjBnVNU0&sig=x_QtXiJObzarPBM7B8PM7ps4TnM&hl=es&sa=X&ei=9LtjUKO9AYen0AHdo4CoD w&sqi=2&ved=0CE8Q6AEwBg#v=onepage&q=experimentos%20de%20hidrostatica&f=false http://www.buenastareas.com/ensayos/Experimento-De-Hidrodinamica-Fisica/2985447.html http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/ens_3/portafoli os/fisica/equipo1/practica2.htm http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=139432 http://www.slideshare.net/gobad/hidrodinamica-3405823 http://books.google.com.pe/books?id=FgUjib89rtgC&pg=PA75&lpg=PA75&dq=experimentos+ de+hidrostatica&source=bl&ots=MqjBnVNU0&sig=x_QtXiJObzarPBM7B8PM7ps4TnM&hl=es&sa=X&ei=9LtjUKO9AYen0AHdo4CoD w&sqi=2&ved=0CE8Q6AEwBg#v=onepage&q&f=false http://www.ojocientifico.com/2011/02/06/experimentos-de-densidad-de-liquidos http://html.rincondelvago.com/densidad-de-liquidos-y-solidos.html http://crazychemistry18.blogspot.com/2009/05/densidad-de-liquidos.html
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