Presion Y Fluidos
-
Upload
mauricio-alegria -
Category
Business
-
view
15.976 -
download
2
Transcript of Presion Y Fluidos
Física para Arquitectura
S6-S2
Estática de fluidos
Densidad y presión. Presión atmosférica. Principio de pascal. Aplicaciones. Principio de Arquímedes.
Profesor Mauricio Alegria 2
Estados de la materia• Sólido: Tiene volumen
definido y forma definida. Las moléculas mantienen Las fuerzas de cohesión (eléctricas) son mayores que las fuerzas de repulsión (térmicas)
• Líquido: Tiene un volumen definido pero no tiene forma definida. Las moléculas se mueven a través del líquido en forma aleatoria.las fuerzas de cohesión son del mismo orden que las fuerzas de repulsión.
Modelo del estado sólido
Modelo del estado líquido
Profesor Mauricio Alegria 3
Estados de la materia• Gas: No tiene volumen
definido y no tiene forma definida.
• Las fuerzas de cohesión con menores que las fuerzas de repulsión.
Modelo de gas
Profesor Mauricio Alegria 4
Fluidos• Son fluidos los líquidos y
gases. Éstos se caracterizan por tener densidad y presión.
• Densidad• La densidad define como “la
masa por unidad de volumen”.
• La unidad de medida de la densidad en el SI es el kg/m3.
1 kg/m3 = 103 g/cm3
V
m
Sustancia Densidad (kg/m3)
Aire 1,20
Helio 0,18
Hidrógeno 0,09
Agua dulce 1 000
Hielo 917
Agua salada 1 030
Alcohol 806
Madera 373
Aluminio 2 700
Cobre 8 920
Hierro, Acero
7 800
Plomo 11 300
Oro 19 300
Mercurio 13 600
Tabla 1. Densidades de algunas sustancias
comunes
Profesor Mauricio Alegria 5
Ejercicios• En un trabajo de medio
tiempo, un supervisor le pide traer del almacén una varilla cilíndrica de acero de 85,78 cm de longitud y 2,85 cm de diámetro. ¿Necesitará usted un carrito? (Para contestar calcule el peso de la varilla) Densidad del acero = 7,8103 kg/m3.
• Solución:
• No necesita un carrito.
• Imagine que compra una pieza rectangular de metal de 5,0 mm 15,0 mm 30,0 mm y masa de 0,0158 kg . El vendedor le dice que es de oro. Para verificarlo, usted calcula la densidad media de la pieza. ¿Qué valor obtiene? ¿Fue una estafa?
• Solución:
• Comparando con la tabla de densidades, no es oro.
W V g
W 41,9 N
6 3
3
m/ V 0,0158/ 2,25 10 kg/ m
7022 kg/ m
Profesor Mauricio Alegria 6
Presión• La fuerza ejercida por unidad
de superficie es la presión. La presión es una cantidad escalar que cuantifica la fuerza perpendicular a una superficie.
• Si una fuerza perpendicular F actúa sobre una superficie A, la presión en ese punto es:1 atm = 760 torr1 mm de Hg = 1 torr1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa
1 bar = 105 Pa
• La unidad en el SI de la presión es el pascal (Pa), donde:
1 Pa =1 N/m2
• Otras unidades de presión: 1 atm = 1,013 x 105 Pa
Fp
A
FF
A
Profesor Mauricio Alegria 7
Presión atmosférica• La presión atmosférica es la
presión ejercida por la masa de aire que se encuentra directamente encima del área en consideración.
• La presión de una atmósfera es igual al peso que una columna de mercurio de 76 cm de altura que ejerce sobre un cm² .
• La presión atmosférica al nivel de mar es:
1,013 x 105 Pa = 1 atmósfera = 17,7 psi
• La presión atmosférica varía con el clima y con la altura.
Efecto de la presión atmosférica
Profesor Mauricio Alegria 8
Ejercicios1. Durante el vuelo de un avión,
un pasajero experimenta dolor de oído. Suponiendo que la presión en las trompas de Eustaquio permanece a 1,00 atm (como en el nivel del mar) y que la presión en la cabina se mantiene a 0,900 atm, determine la fuerza de la presión del aire sobre el tímpano, suponiendo que éste tiene un diámetro de 0,800 cm .
2. La presión manométrica en los dos neumáticos de una bicicleta es de 690 kPa. Si la bicicleta y el ciclista tienen una masa combinada de 90,0 kg, calcule el área de contacto de cada neumático con el suelo. (Suponga que cada neumático sostiene la mitad del peso total de la bicicleta).
Profesor Mauricio Alegria 9
Presión en un fluidoo Un líquido en reposo con
densidad uniforme y ubicado en una región con g constante.
• Si determinamos el peso de la columna de fluido mostrada en la figura,
• Si se toma en cuenta que la presión x área es igual a la fuerza,
P=P0+ g h
F ghA
0p p gh
presión absoluta o total
Presión atmosférica
Presión solo del liquido (hidrostática)
Profesor Mauricio Alegria 10
• La presión manométrica, es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica.
• La presión que se mide con relación con el vacío perfecto se conoce con el nombre de presión absoluta.
p absoluta = p atmosférica + p manométrica
• Vasos comunicantes• La presión en la parte
superior de cada columna de fluido es igual a p0 (presión atmosférica).
• La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente.
Presión absoluta y manométrica• Todos los puntos a una misma
profundidad y mismo liquido se encuentran a la misma presión, sin importar la forma del recipiente:
p1= p2 = p3 = p4
1 2 3 4
Profesor Mauricio Alegria 11
Determinación de la línea de nivel
Cuando se quiere obtener un punto que esté a la misma que otro se recurre al principio de los vasos comunicantes.
Profesor Mauricio Alegria 12
• ¿Cómo funciona el bebedero para aves?
Ejercicio• ¿Por qué se coloca en alto las
bolsas de suero? ¿la altura depende de la edad del paciente?
Profesor Mauricio Alegria 13
Ejercicio• Un barril de roble cuya tapa
tiene un área de 0,20 m2 se llena con agua. Un tubo largo y delgado, con área transversal de 5,0 x 10-5 m2 se inserta en el agujero en el centro de la tapa y se vierte agua por el tubo. Cuando la altura alcanza los 12,0 m, la tapa del barril estalla. ¿Cuál es el peso del agua en el tubo? ¿Cuál es la fuerza neta del agua sobre la tapa del barril?
Profesor Mauricio Alegria 14
Medidores mecánicos de presión• Un medidor muy usado es el
medidor de presión de Bourdon.
• Al aumentar la presión dentro del tubo metálico, este desvía la aguja unida a él.
http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/media/manometro_tipo_bourdon_con_diafragma_man-r_l1-man-r.gif
Profesor Mauricio Alegria 15
Principio de Pascal• Todo cambio de presión en un
punto de un fluido incompresible dentro de un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene.
• Aplicaciones del principio de Pascal
• Prensa hidráulica• En el pistón pequeño se
aplica una fuerza F1, la presión producida se transmite a todos los puntos del líquido, por lo que en el pistón grande la fuerza que se ejerce hacia arriba es: F2.
22 1
1
AF F
A
Se aplica una pequeña fuerza en este lado
Presión p debida a F1 transmitida por todo el fluido
La presión en este lado actúa sobre un área mayor y produce mayor fuerza
Profesor Mauricio Alegria 16
Principio de funcionamiento de los frenos
Profesor Mauricio Alegria 17
Problemas • ¿Cuánto vale la fuerza
ejercida sobre la muestra de la figura en al prensa hidráulica mostrada?
• Un elevador hidráulico de un taller tiene dos pistones: uno pequeño con área transversal de 4,00 cm2 y otro grande de 250 cm2. Si el elevador se diseñó para levantar un auto de 3 500 kg, ¿qué fuerza mínima debe aplicarse al pistón pequeño?
Profesor Mauricio Alegria 18
Aplicación de la ley de Pascal
Profesor Mauricio Alegria 19
• El principio de Arquímedes establece que,
• “Cualquier cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”.
• Región del espacio ocupada por agua en equilibrio.
W fluido = Fempuje
Principio de Arquímedes
Profesor Mauricio Alegria 20
Fuerzas de flotación Para un objeto sumergido
totalmente: • f: fluido;• o: objeto;
• La fuerza neta sobre el objeto
Para un objeto flotando
• la fuerza neta sobre el objeto es cero
f oE V g
o oW V g
o f oE W V g
o f El objeto acelera hacia arriba
o f El objeto se hunde
W
E W
E
f d o oρ V g ρ V g
- 0E W
0
0
d
f
V
V
f dE V g
o oW V g
Profesor Mauricio Alegria 21
Principio de Arquímedes
Profesor Mauricio Alegria 22
3. Una plancha de hielo flota en el lago de agua dulce. ¿Qué volumen mínimo debe tener para que una mujer de 45,0 kg pueda pararse en ella sin mojarse los pies? hielo = 920 kg/m3.
• Solución.• h: hielo, m: mujer, a: agua; y
considerar que prácticamente la plancha está completamente sumergida.
• De donde,
Preguntas conceptuales1. Un recipiente de un litro está
completamente lleno de plomo. Su masa es de 10,0 kg . Se sumerge en el agua, entonces la fuerza de flotación sobre él es:
2. Se sumerge dos bloques de tamaño idéntico en agua. Uno es de plomo y el otro, de aluminio. ¿Qué puede afirmar respecto a la fuerza de flotación sobre ambos bloques?
h m
h h m a h
w w E
gV m g gV
3mh
a h
mV 0,563 m