La hidrostática o estática de fluidos es la parte de la física que estudia los fluidos en reposo.
Se denominan fluidos los cuerpos que no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma de la vasija que los contiene, son líquidos o gases.
Los líquidos tiene forma variable, volumen constante, son poco compresibles, y ejercen, a causa de su peso, presiones sobre las paredes del recipiente que los contienen.Se deforman con facilidad y su superficie libre tiene forma definida. Los gases no tienen volumen constante y son fácilmente compresibles.
Khan Academy
https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids
Actividad
A partir del siguiente link: http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.html
estudiaran diversos conceptos: presión en sólidos, presión en fluidos, Principio de Pascal, prensa hidráulica y presión atmosférica.
Presión en sólidos:
Ingresa al link y trabaja con la pestaña: "concepto de presión"
1- Imagina que colocas una tachuela entre el pulgar y el dedo índice, aprietas la tachuela y el extremo agudo de la misma, causa dolor, no así el extremo plano. De acuerdo al principio de acción-reacción, ¿ cómo son las fuerzas que se ejercen sobre el pulgar y sobre el dedo índice? Sin embargo, la presión en el extremo agudo de la tachuela es mucho mayor que la presión en el extremo plano, ¿ a qué se debe? Defiende tu respuesta.
2- El concepto de fuerza es uno y el de presión, otro muy distinto,¿ cuál es la diferencia?
3-a) ¿ Es lo mismo área y superficie?
b) Anota la ecuación para hallar el área de un cuadrado, de un rectángulo, de un círculo.
4- Realiza la actividad propuesta en el link, comprueba si el valor es correcto.
5- ¿Cuánto vale la presión ejercida por la nieve sobre los esquíes de un esquiador de 80 kg que se desliza por una pendiente de 20 °? En primer lugar realiza un esquema y determina la componente de la fuerza de gravedad perpendicular a la pendiente. El área de los dos esquís juntos es de 0,30 m2. Rta: 2460 Pa
6- A continuación es importante que recuerdes el concepto de densidad, para ello realiza las actividades propuestas en el siguiente link: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/temperatura.htm
( trabajar con las pestañas: masa, problema, volumen y densidad)
6-b) La densidad del agua en el SI es 1000 kg/m3, exprésalo en g/cm3
c) La masa de 3 L de etanol es 2367 g. ¿ Cuál es la densidad del etanol?¿ Cuál es la masa de 5 cm3 de etanol?
d- Averigua a qué se denomina densidad relativa.
Proyecto G
https://www.youtube.com/watch?v=SFcLbAe1P1w
Presión hidrostática
7- Ahora trabaja nuevamente con el primer link, segunda pestaña: "P. fun damental de la estática de los fluidos"
8- Interpreta y desarrolla la ecuación de presión hidrostática (en los fluidos): Ph= d g h
9- En dónde es mayor la presión hidrostática, en una jarra a 5 cm de profundidad o en un lago a la misma profundidad. Justifica
10- ¿ La presión en el interior de un líquido, depende de la cantidad de líquido que hay en el recipiente, depende de la forma del recipiente?
11- Dos recipientes contienen respectivamente 5000 L y 100 L de agua. En ambos se sumerge un cuerpo a una profundidad de 1 m. ¿ Soportan igual a distinta presión? Justifica.
Unicoos
https://www.youtube.com/watch?v=zCznNbqadio
Principio de Pascal
12- ¿Qué expresa el principio de Pascal?
13- En un tubo en forma de U (vasos comunicantes) permite hallar, por ejemplo la densidad de uno de los líquidos inmiscibles, conociendo la del otro, interpreta y anota la ecuación correspondiente.
14- Una de las aplicaciones del Principio de Pascal es la prensa hidráulica, analiza y anata su ecuación.
b) Realiza la actividad propuesta en el link para elevar el elefante.
15- Una prensa hidráulica posee émbolos de 6 cm y 20 cm de diámetro respectivamente. Realiza un esquema de la prensa hidráulica. a) ¿ Qué fuerza debe realizarse sobre el émbolo menor para mantener el sistema en equilibrio , cuando sobre el émbolo mayor se ubica un cuerpo que pesa 15000 N? b)Si el émbolo menor se hace descender 50 cm, ¿ qué volumen de agua desplaza? (recuerda la ecuación de volumen de un cilindro) c) Sabiendo que el volumen de agua calculado en el punto anterior, ocupa el tubo del émbolo mayor, ¿qué altura se eleva el émbolo mayor?
15-b) Visita el siguiente link: http://www.librosvivos.net/smtc/PagPorFormulario.asp?TemaClave=1193&est=3
¿ Qué características tienen las palancas de 1 er, 2 do y 3 er, género? Anota la condición de equilibrio.
Unicoos
https://www.youtube.com/watch?v=QV0Iw0fdIWY
Presión atmosférica
16- A continuación trabaja con la tercer pestaña: "midiendo la presión"
17- ¿Aproximadamente, cuántos kg de aire hay en un salón de clases cuyo piso tiene un área de 200 m cuadrados y cuyo techo está a 4 m de altura? Sabiendo que la densidad del aire es 1,2 kg/m3. ¿Cuánto pesa ese volumen de aire?
18- ¿A qué se debe la presión atmosférica?
19- ¿Por qué la presión de la atmósfera no rompe los vidrios de la ventana?
20- Define presión atmosférica normal.
21- Torricelli, ¿cómo determinó el valor de la presión atmosférica normal? Analiza como se obtiene la unidad de presión.
22- Si existiese un líquido dos veces más denso que el mercurio y se utilizase para construir un barómetro, ¿ qué altura tendría la columna?
23- ¿Cómo funciona un barómetro?
24-¿ Es constante el valor de la presión atmosférica?
Proyecto G
https://www.youtube.com/watch?v=d7xvPQMrMdo
Principio de Arquímedes
1) Trabajar con el siguiente link: http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/eureka.html ( índice de contenidos se ubica en el lateral izquierdo)
2) ¿Qué expresa el principio de Arquímedes? ¿ Cómo se obtiene la ecuación de empuje? ( interpreta y deduce la ecuación de dos formas diferentes)
3) Clic en EMPUJE, realiza la experiencia y anota como se determina el peso aparente de un cuerpo sumergido en un fluido.
4) Anota cuando un cuerpo flota o se hunde, comparando peso del cuerpo y el empuje.
5) Clik en EXPERIENCIAS y realiza desde la 1 a la 5, extrae una conclusión en cada una de ellas.
6)Se tiene un cubo de aluminio cuya densidad es de 2700 kg/m3, de 2 cm de arista. calcular:
a) su volumen, b) el empuje que recibe cuando se lo sumerge en aceite, densidad 900 kg/m3, c) el peso del cuerpo en el aire, d) el peso del cuerpo sumergido en aceite.
Unicoos
https://www.youtube.com/watch?v=scO9JARtW4s
http://labovirtual.blogspot.com.ar/p/fisica.html
http://biofisica-ual.blogspot.com.ar/p/unidad03.html
Hidrodinámica
Ecuación de continuidad 1
https://www.youtube.com/watch?v=u-sucYLGQ1Q
https://www.youtube.com/watch?v=OssYc5xN4pM
Principio de Bernoulli: Proyecto G
https://www.youtube.com/watch?v=BW0UmTEMMAc
Funcionamiento de un atomizador, spray
https://www.youtube.com/watch?v=lKi-KC3LD20
Tubo de Venturi
Medición de la presión con un manómetro de agua
https://www.youtube.com/watch?v=LWmmXk6aYaU
Manómetro de mercurio
https://www.youtube.com/watch?v=k8hxL07T3Gg
Teorema de Torricelli
https://www.youtube.com/watch?v=i0cAYX0VmS8
Viscosidad
https://www.youtube.com/watch?v=STgnJ_iKvKs
Viscosidad, ley de poiseuille: Khan Academy
https://www.youtube.com/watch?v=VQSAsaco5Fg
Caudal: Unicoos
https://www.youtube.com/watch?v=YCfwQeLkh0I
Universidad de Concepción del Uruguay
Ingeniería Agronómica
Física
Práctica:
Ciclo lectivo:
2016
1) ¿Qué volumen de un recipiente se requiere para almacenar 20 toneladas
de peso de una sustancia cuya densidad relativa es 13,6. Rta: 1,471 m3
2) Sabiendo que al nivel del mar, la presión de la atmósfera equivale a una
columna hidrostática de 760 mmHg (cuya densidad relativa es 13,6). Si la
sustancia manométrica fuera el benceno líquido cuya densidad relativa es 1,5. ¿Cuánto
sería la columna hidrostática? Rta: 6,8 m
3) Calcula la fuerza mínima necesaria para elevar un automóvil que pesa
1500 kgf, por medio de una prensa hidráulica que tiene su émbolo menor de 12 cm
de diámetro y el otro émbolo de 1,13 m. Rta: 16,456 kgf
4) Las secciones de los émbolos de un gato hidráulico son circulares y
de radio Rb = 5 cm y Ra = 50 cm. La longitud total de la palanca que acciona el
émbolo pequeño es de 1m y, la distancia entre el punto de aplicación de la
potencia al de la resistencia es 75 cm. Aplicando a la palanca una fuerza de un
kgf, ¿ qué fuerza se transmite al émbolo mayor? a) Si el émbolo está al mismo
nivel, b) Si el pistón grande se encuentra a 1 m por debajo del pequeño. El
líquido en el gato es agua.
5) Los dos pistones de una prensa hidráulica tienen por secciones A = 5
cm2 y A´= 2 dm2, la palanca de segundo género que sirve
para maniobrar la bomba tiene por brazos longitudes de 10 cm y 1 m. Se ejerce
en el extremo de la palanca una fuerza de 1 kgf. Se pide: a) ¿Qué peso podrá
levantar la prensa? b) ¿Cuál es el desplazamiento del pistón mayor cuando el
pequeño se baja 10 cm?Rta: 400 kgf; 0,25 cm
6) En un recipiente cúbico de 10 cm de lado se encuentra un gas a la
presión de 15 atm; si la presión exterior (atmosférica) es de 750 mm Hg. ¿Cuál
es la fuera total que soporta una pared del recipiente? Rta: 1,419 x 104N.
7) En unos vasos comunicantes hay agua y mercurio. La diferencia de
alturas de los niveles del Hg en los vasos es h= 1 cm. Calcular la altura de
aceite que se debe añadir por la rama del mercurio para que el nivel de éste en
los dos casos sea el mismo. Densidad del mercurio 13,6 g/cm3 y
del aceite 0,9 g/ cm3. Rta: 15,11 cm
8) ¿Qué fracción de volumen de un iceberg sobresale del agua? Densidad
del agua de mar: 1,03 g/cm3 del hielo 0,92 g/cm3.
Rta: 11%
9) Un trozo de madera de 1 kg de peso y densidad 0,6 se lanza
verticalmente hacia abajo con una velocidad de √2 m/s desde un punto situado a
5 m de altura sobre la superficie de un depósito de aceite de densidad 0,9. Si
se desprecian las resistencias del aire y del aceite, calcular: a) La velocidad
con que llega a la superficie del líquido. b) El empuje que sufre una vez
sumergido. c) La aceleración con que se mueve en el interior del líquido. d)La
profundidad a que desciende. Rta: 10m/s; 1,5 kgf; 4,9 m/s2; 10,2 m.
10) ¿ Qué fracción de volumen de una pieza sólida de metal de densidad
relativa al agua de 7,25 flotará sobre un Hg de densidad relativa de 13,57?
Rta: 53,4%
11) Un cuerpo homogéneo prismático de 20 cm de espesor, 20 cm de ancho y
40 cm de longitud se mantiene en reposo sumergido en agua a 50 cm de
profundidad, al aplicar sobre él una tensión de 50 N. ¿ Cuánto pesa en el aire
y cuál es su densidad relativa? Rta: 1312,5 kg/m3; 210 N
12) Responde y justifica tus respuestas:
a- ¿ Qué sucede si tapado el orificio de salida de una jeringa tratan de
empujar el émbolo cuando está llena de aire?¿ Qué sucedería si estuviera llena
de agua?¿ Por qué?
b- ¿Por qué las burbujas de aire aumentan su volumen al subir?
c- ¿Por qué no se puede extraer agua con una bomba aspirante desde una
napa más profunda que 10 m?
.
13) Una balanza está equilibrada con dos cuerpos de diferentes
volúmenes. ¿Seguiría equilibrada esta balanza si se sumergiera en agua? En caso
negativo, ¿hacia qué cuerpo se desequilibraría?¿Por qué?
14) Considere el sistema de la figura donde el tubo está lleno de aceite
de densidad igual a 0,85 g/cm3. Uno de los recipientes está abierto
a la atmósfera y el otro está cerrado y contiene aire. Determine la presión en
los puntos A y B si la presión atmosférica es 1 atm. Rta: 0,79449 atm; 0,95889
atm
15) Disponemos de una plancha de corcho de 1 dm de espesor, calcular la
superficie mínima que se debe emplear para que flote en agua, sosteniendo a un
náufrago de 70 kg. Densidad del corcho 0,24 g/cm3.Rta: 9210 cm2
Hidrodinámica
1) Considérese una manguera de sección circular de diámetro interior de
2 cm, por la que fluye agua a una tasa de 0,25 litros por cada segundo.¿ Cuál
es la velocidad del agua en la manguera? El orificio de la boquilla de la
manguera es de 1 cm de diámetro interior. ¿Cuál es la velocidad de salida del
agua? Rta: 79,6 cm/s; 316,5 cm/s
2) Por una tubería inclinada circula agua a razón de 9 m3/min.
En la parte superior el diámetro es 30 cm y la presión es de 1 kgf/cm2.
¿Cuál es la presión en la parte inferior sabiendo que el diámetro es de 15 cm y
que el centro de la tubería se halla 50 cm más abajo considerado desde la parte
superior? Rta: 724953,5 dina/cm2
3) Un fluido incompresible fluye de
izquierda a derecha por un tubo cilíndrico. La densidad de la sustancia es de
105 utm/m3.Su velocidad en el extremo es v0= 1,5 m/s, y
la presión allí es de P0 = 1,75 Kgf /cm2 y el
radio de la sección es R0 = 20 cm. El extremo de salida está
4,5 m abajo del extremo de entrada y el radio de la sección allí es r1 =
7,5 cm. Encontrar la presión P1 en ese extremo. Rta: 1,62 kgf/
cm2
4) Expliquen las diferencias
fundamentales entre: flotar ( en un globo), planear ( en un planeador), volar
(en un avión).
5) Relacionen el concepto de
conservación de la energía con la ecuación de Bernoulli y con la viscosidad?
6) Justificar cada respuesta:
a)¿ Por qué cuando nos duchamos con
agua caliente a gran presión, la cortina se va hacia adentro como atraída por
nosotros?
b) ¿ Por qué a pesar de caer desde
tan alto el granizo no hace los destrozos esperables de tan vertiginosa caída?
c)¿ Por qué los
glóbulos rojos de la sangre viajan por el centro del vaso?
7) Un líquido de densidad de 1 kg/L
se mueve de 3 mm/s por un tubo horizontal de 2 cm de diámetro. En cierta parte,
el tubo reduce su diámetro a 0,5 cm. a) ¿ Cuál es la velocidad del líquido en
la parte angosta del tubo? B) ¿ Cuál es la diferencia de presión del
líquido a ambos lados del angostamiento? C) ¿ Bajo qué hipótesis son
válidas sus respuestas? Rta: 48 mm/seg; -1,15 Pa; a cargo del alumno.
8) Se llena una manguera con nafta y
se cierra por sus extremos. Se introduce un extremo en un depósito con nafta a
0,3 m por debajo de la superficie y el otro a 0,2 m por debajo del primer
extremo y se abren ambos extremos. El tubo tiene una sección transversal
interior de área 4 x 10-4 m2. La densidad de la
nafta es 680 kg m-3. a)¿ Cuál es la velocidad inicial de la nafta?
b)¿ Cuál es el caudal inicial del flujo? Rta: 3,16 m/s; 1,26 x 10-3 m3/s .Realiza el gráfico.
9) Un tubo que conduce un fluido
incompresible cuya densidad es 1,3 x 10 3 kg/m3 es
horizontal en h0 = 0 m. Para evitar un obstáculo, el tubo se
debe doblar hacia arriba, hasta alcanzar una altura de h1 = 1
m. El tubo tiene área transversal constante. Si la presión en la sección
inferior es P0 = 1,50 atm, calcule la presión P1 en
la parte superior. Rta: 1,38 atm
10) a) Explicar: a) coeficiente de
contracción, b) gasto teórico y práctico.
b)Un depósito de gran sección cerrado
contiene agua y sobre ella aire comprimido, ejerciendo una presión de 5 atm. A
una distancia vertical a 2 m bajo la superficie libre del líquido hay
practicado un orificio circular de 0,4 cm de diámetro situado a 1 m sobre el
suelo. Si la presión atmosférica es de 1 atm y el coeficiente de contracción de
la vena líquida es 0,61, calcular: 1)La velocidad de salida del agua, b) el gasto
teórico y práctico, 3) el alcance horizontal de la vena líquida, 4)la velocidad
del líquido al llegar al suelo, 5)el ángulo que forma tal velocidad con la
horizontal. Rta: 28,7m/s; 360,6 m3/s; 220 cm3/s, 13m; 29
m/s; 8° 46´
12) Un recipiente para
guardar agua, abierto a la atmósfera por su parte superior, tiene un pequeño
orificio en la parte inferior, a 6 m por debajo de la superficie del
líquido.(a) ¿Con qué rapidez sale agua por el orificio? (b) Si el área del
orificio 1.3 cm,¿cuál es el gasto de agua que sale por el recipiente?Rta: 10,8
m/s;1,4 x 10 -3m3/s
13) El agua fluye con un
gasto de 6 m3/min, a través de una pequeña abertura en el fondo de un gran
tanque cilíndrico, que está abierto a la atmósfera en la parte superior. El
agua del tanque tiene 10 m de profundidad. (a) ¿Con qué rapidez sale el chorro
de agua por la abertura? b ¿Cuál sería el gasto de agua de la fuga de agua, si se
aplica una presión adicional equivalente a ¾ de la presión atmosférica? Rta:
14m/s;8m3/min
0 comentarios:
Publicar un comentario