Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Viscosidad y la Ley de Poiseuille


Introducción

La mecánica de fluidos es una parte importante de la física que trata el comportamiento de los fluidos en movimiento y en reposo. Un concepto importante en la mecánica de fluidos es la viscosidad, que es esencialmente una medida de la resistencia de un fluido al flujo. La viscosidad explica por qué la miel fluye más lentamente que el agua. Además de comprender la viscosidad, la ley de Poiseuille ayuda a describir cómo los fluidos fluyen a través de tubos. Esta ley es importante para comprender muchos procesos biológicos y de ingeniería, como el flujo sanguíneo en las venas y el funcionamiento de los sistemas de suministro de agua.

Entendiendo la viscosidad

La viscosidad se conoce a menudo como el "grosor" de un fluido. Cuando hablamos de la viscosidad de un fluido, nos referimos a lo pegajoso o viscosa que es. Por ejemplo, el jarabe de arce es mucho más viscoso que la limonada. La viscosidad es causada por la fricción entre capas de fluido que se desplazan unas sobre otras. Depende de las fuerzas intermoleculares dentro del fluido, como el enlace de hidrógeno, las fuerzas de van der Waals u otros tipos de cohesión.

Unidades y medidas de viscosidad

La viscosidad de un fluido se mide en el Sistema Internacional de Unidades (SI) utilizando la unidad "pascal-segundo" (Pa s). A veces también verás expresar la viscosidad en poise, donde 1 poise = 0.1 Pa s.

Ejemplo de viscosidad

Consideremos cuán viscosos son diferentes líquidos en comparación entre sí:

- Agua: aproximadamente 0.001 Pa s
- Miel: aproximadamente 10 Pa s
- Leche: aproximadamente 0.003 Pa s

La importancia de la viscosidad

Entender la viscosidad es fundamental en una variedad de campos porque afecta el flujo de fluidos en diversas situaciones. En medicina, los científicos necesitan comprender la viscosidad de la sangre porque afecta el flujo de sangre a través del sistema circulatorio. En ingeniería, la viscosidad es importante en el diseño de sistemas para transportar petróleo o agua. La viscosidad de los fluidos que interactúan dentro de estos sistemas puede afectar el consumo de energía y la eficiencia.

La Ley de Poiseuille

La ley de Poiseuille es una relación empírica que nos da una idea clara del flujo de fluidos a través de un tubo cilíndrico largo. Desarrollada por Jean Leonard Marie Poiseuille en 1840, esta ley se aplica principalmente al flujo laminar. El flujo laminar es un flujo suave y regular en el que las capas de fluido se deslizan suavemente unas sobre otras sin mezclarse.

Ecuación de la Ley de Poiseuille

La ley de Poiseuille se expresa mediante la siguiente ecuación:

Q = (πΔPr^4) / (8ηl)

Donde:

  • Q es la tasa de flujo volumétrico.
  • ΔP es la diferencia de presión entre los dos extremos del tubo.
  • r es el radio del tubo.
  • η (eta) es la viscosidad dinámica del fluido.
  • l es la longitud del tubo.

Ejemplo visual del flujo de Poiseuille

Un ejemplo visual:

Flujo laminar a través de un tubo

Una aplicación en la vida real

Imagina los vasos sanguíneos en el cuerpo humano. La sangre fluye a través de estos vasos, que son similares a una red de tubos. El flujo sanguíneo puede describirse usando la Ley de Poiseuille. En una situación donde el diámetro de un vaso sanguíneo se reduce debido a la acumulación de placa, la Ley de Poiseuille nos dice que la tasa de flujo disminuirá significativamente ya que el radio en la ecuación se eleva a la cuarta potencia.

Factores que afectan el flujo según la ley de Poiseuille

La ley de Poiseuille ayuda a ilustrar que la tasa de flujo de un fluido depende en gran medida del radio del tubo (o tubo). Incluso un pequeño cambio en el radio marca una gran diferencia. Vamos a explorar esto con algunos ejemplos:

Ejemplo 1: Cambio del radio

Si el radio del tubo se duplica, la tasa de flujo aumenta en un factor de 2^4 = 16, siempre que todo lo demás permanezca constante.

Radio Inicial = r, Radio Nuevo = 2r Tasa de Flujo Inicial = Q Tasa de Flujo Nueva = 16Q

Ejemplo 2: Efecto de la viscosidad

Considera una situación donde la viscosidad se duplica, como cuando baja la temperatura y el fluido se espesa:

Viscosidad Inicial = η, Viscosidad Nueva = 2η Tasa de Flujo Inicial = Q Tasa de Flujo Nueva = Q/2

Ejemplo 3: Longitud del tubo

Si la longitud del tubo se duplica, la tasa de flujo se reduce a la mitad, suponiendo que la diferencia de presión y todos los demás factores se mantengan constantes:

Longitud Inicial = l, Longitud Nueva = 2l Tasa de Flujo Inicial = Q Tasa de Flujo Nueva = Q/2

Importancia de la Ley de Poiseuille en Ingeniería

Los ingenieros usan ampliamente la Ley de Poiseuille en el diseño de sistemas que involucran el flujo de fluidos a través de tubos. Esta ley les ayuda a estimar las presiones necesarias, determinar el tamaño correcto de las tuberías y elegir los materiales apropiados teniendo en cuenta la viscosidad de los fluidos con los que trabajan.

Ejemplo: sistemas de suministro de agua

Al diseñar sistemas de suministro de agua para ciudades, los ingenieros deben calcular la tasa de flujo de agua necesaria para llegar eficazmente a todos los hogares. La ley de Poiseuille ayuda a determinar el diámetro correcto de las tuberías para asegurar un flujo de agua eficiente bajo restricciones de presión dadas.

Consideraciones adicionales

Es importante señalar que la ley de Poiseuille solo se aplica en ciertas situaciones, como el flujo suave, constante y laminar. El flujo turbulento, que ocurre a altas velocidades o en tubos de gran diámetro, no sigue esta ley de manera uniforme. En tales casos, los ingenieros buscan otras teorías y ecuaciones para predecir y manejar mejor el flujo de fluidos.

Conclusión

La viscosidad es una propiedad fundamental de los fluidos que refleja su resistencia a la deformación y el flujo. Ya sea que seas un ingeniero diseñando tuberías o un médico comprendiendo la dinámica de la circulación sanguínea en el cuerpo humano, la viscosidad juega un papel intrínseco en el comportamiento de los fluidos. A través de la ley de Poiseuille, obtenemos información sobre cómo diversos factores como la presión, las dimensiones del tubo y la viscosidad del fluido afectan la tasa de flujo de un fluido. Estos conceptos revelan el complejo equilibrio de fuerzas y variables que determinan el comportamiento de los fluidos en una variedad de aplicaciones científicas y prácticas.


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Viscosidad y la Ley de Poiseuille

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