COLEGIO SAN BARTOLOMÉ LA MERCED. ÁREA DE FÍSICA- GRADO DÉCIMO 2013-2014

TALLER ESTÁTICA DE FLUIDOS- 4to PERÍODO PROFESOR JOHAN MICHEL RINCÓN

CORREDOR

Objetivo General: Utilizar de manera comprensiva los conceptos asociados con el estudio de los fluidos en estado de reposo. Objetivos específicos:

Reconocer la utilidad de los conceptos de densidad y gravedad específica para analizar situaciones donde no se trata con un volumen o masa fija de fluido.

Establecer el tipo de la relación entre la presión en un fluido en reposo y la fuerza que este ejerce sobre la superficie sólida en contacto.

Relacionar los conceptos de presión y profundidad para un líquido incomprensible.

Manejar las diferentes unidades de medida de la presión realizando las conversiones pertinentes con cada situación de estudio.

Manejar correctamente los conceptos de presión absoluta, presión atmosférica y presión manométrica.

Aplicar el principio de Pascal en el estudio de las prensas hidráulicas.

Utilizar correctamente los diagramas de fuerza para estudiar el principio de Arquímedes.

Reconocer las características del empuje que actúa sobre objetos parcialmente sumergidos y totalmente sumergidos.

Manejar apropiadamente las unidades de medida del S.I. correspondiente a cada cantidad física que se tiene en cuenta para el estudio de los fluidos.

EJERCICIOS SANTILLANA.

1. Una silla de 10Kg se apoya sobre el suelo. Si cada pata circular tiene 4cm2 de base. Calcular: a. la presión de la silla sobre el suelo. b. la presión de la silla sobre el suelo cuando en ella se sienta una persona de 80Kg.

FIGURA 1. SILLA CON PATAS CIRCULARES. TOMADO DE: http://cdnpremium.s3.amazonaws.com/i/135360507292622G

2. Una piscina mide 20m de largo, 12m de ancho y 2m de profundidad. Calcula la fuerza que ejerce el agua contra: a. el fondo de la piscina. b. las paredes laterales. ρagua =1 x 103 Kg/m3

FIGURA 2. PISCINA RECTANGULAR. TOMADO DE: http://www.systemsospiscinas.com/userFiles/ecommerce/contents/

piscina_entera.jpg

3. Un cubo de aluminio de 8cm de arista se apoya sobre una mesa. Determinar: a. ¿Qué presión ejerce el cubo sobre la mesa? B. ¿Qué altura debería tener un cilindro de 10cm de diámetro, también de aluminio para que ejerza sobre la mesa la misma presión? ρaluminio = 2.7 x 103 Kg/m3

FIGURA 3. CUBO DE ALUMINIO. TOMADO DE: http://www.shoptronica.com/images/Iman%20cubo%2010mm.jpg

4. Calcule la presión de una columna de mercurio de densidad igual a 13600Kg/m3, que tiene una altura de 3.4m y de área 1.5cm2?

FIGURA 4. BAROMETRO DE MERCURIO. TOMADO DE: http://ucientifico.ucoz.es/_fr/3/8851707.png

5. ¿Qué altura debe tener el tubo vertical de un manómetro lleno de agua para que en su extremo inferior indique 325KPA de presión? 6. En un tubo en U se sirve agua y mercurio, si la altura alcanzada por el mercurio es de 16cm ¿Qué altura alcanza el agua?

FIGURA 5. TUBO EN U. TOMADO DE: http://cf.ydcdn.net/1.0.1.18/images/main/manometer.jpg

7. La cara superior de un cubo de densidad 1.2g/cm3 y de arista 2.5m se pone a una profundad de 11m en agua salada. Calcula a. La presión que ejerce el agua sobre la cara superior b. La presión ejercida sobre la cara inferior por parte del agua. c. ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre el bloque? ρ agua salada= 1.03 x 103 Kg/m3

FIGURA 6. CUBO SUMERGIDO EN AGUA SALADA. TOMADO DE: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/Forces_on_an_immersed_cube.png 8. Una prensa hidráulica tiene dos cilindros cuyos radios son de 10cm y 24cm, respectivamente. Si sobre el embolo de menor área se ejerce una fuerza de 30N, ¿Cuál es la fuerza que ejerce la prensa hidráulica sobre le embolo de mayor área? 9. Se tiene una prensa hidráulica para levantar un objeto con una masa de 1500Kg. Si los cilindros de la prensa hidráulica tienen radios de 5m y 20m ¿Qué fuerza se debe ejercer sobre el embolo de menor área?

FIGURA 7. PRENSA HIDRAULICA. TOMADO DE: http://e-

ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4918/ht

ml/tres_principios04a.jpg

10. Un cubo de hierro de 4cm de arista flota sobre mercurio. Suponiendo que la cara superior del cubo está en posición horizontal, calcula: a, el volumen de hierro que emerge. b. la longitud de la arista que sale de la superficie. ρ Fe = 7.86 x 103 Kg/m3 ρ Hg = 13.6 x 103 Kg/m3

EJERCICIOS GIANCOLI

11. Una botella tiene una masa de 35g cuando esta vacía y 98.44g cuando está llena de agua. Cuando se llena con otro fluido su masa es de 88.78g. ¿Cuál es la gravedad especifica del otro fluido? 12. Si 5L de solución anticongelante (gravedad especifica = 0.80) se añaden a 4L de agua para hacer 9L de mezcla. ¿Cuál es la gravedad especifica de esta última? 13. ¿Cuál es la diferencia de presión sanguínea (mmHg) entre la parte superior de la cabeza y la planta de los pies de una persona que mide 1.60m de altura y que está de pie? ρ sangre = 1.025 x103 Kg/m3

FIGURA 8. MEDICIÓN DE LA PRESIÓN SANGUINEA. TOMADO DE: http://4.bp.blogspot.com/-Tvk97zPuogA/UcW06GcHtdI/AAAAAAAAAXk/Chq6CtNbYY8/s1600/hypovolemia.jpg

14. a) Calcule la fuerza total de la atmosfera que actúa sobre la parte superior de la mesa que mide 1.6m x 2.9m. b) ¿Cuál es la fuerza total que actúa hacia arriba sobre el lado inferior de la mesa? Patm = 101.3KPa

FIGURA 9. PRESIÓN ATMOSFERICA. TOMADO DE: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/guides/mtr/fw/prs/gifs/def1.gif

15. La presión manométrica en cada una de las cuatro llantas de un automóvil es de 240KPa. Si cada llanta tiene una huella de 220cm2, estime la masa del automóvil.

FIGURA 10. MEDICÓN PRESIÓN MANOMÉTRICA. TOMADO DE: http://www.thetoolboxshop.com/user/products/42598-draper-expert-pcl-accura-1-digital-tyre-inflater-reads-psi-only-001[1].jpg

16. La máxima presión manométrica en un elevador hidráulico es de 17atm. ¿Cuál es la masa del vehículo que puede elevar si el diámetro de la línea exterior es de 28cm? 17. ¿A qué altura estaría el nivel en un barómetro de alcohol a presión atmosférica normal? ρ OH = 0.79 X 103 Kg/m3

18. ¿Cuál es la fuerza total y la presión absoluta en el fondo de una alberca llena de agua que tiene 22m largo por 8.5m de ancho y cuya profundidad es de 2m? ¿Cuál será la presión contra el lado de la alberca cerca del fondo? ρ H2O = 1 X 103 Kg/m3 19. En un tubo con forma de U abierto en ambos extremos se vierte agua y luego aceite que no se mezcla. Llegan al equilibrio como se indica en la figura. Con respecto a la interfase se determina que la columna de aceite mide 27.2cm siendo 9.41cm más alta que la columna de agua ¿Cuál es la densidad del aceite?

FIGURA 11. TUBO EN U- MEDICIÓN DE LA DENSIDAD. TOMADO DE: http://ucientifico.ucoz.es/_fr/3/8851707.png-u4MEdopGgc0/UYuFWaweVRI/AAAAAAAAADE/KK_uClSaxzw/s1600/fotos+353.jpg

20. Una casa en el fondo de una colina recibe suministro de agua mediante un tanque lleno de 5m de profundidad y que está conectado a la casa mediante una tubería que mide 110m de largo en un ángulo de 58 desde la horizontal. a. Determine la presión manométrica del agua en la casa. B. ¿A qué altura podría llegar el agua si saliera verticalmente desde una tubería rota enfrente a la casa?

FIGURA 12. PRESION DE AGUA ENTRANDO A UNA CASA. Tomada de: Figura 10-50 problema 17 Giancoli 6ta edición.

21. ¿Qué fracción de una pieza de aluminio estará sumergida cuando flote en mercurio? ρ Al = 2.7 x 103 Kg/m3 ρ Hg = 13.6 x 103 Kg/m3 22. Una grúa levanta fuera del agua el casco de acero de 18000Kg de un barco. a. Determine la tensión en el cable de la grúa cuando el casco está sumergido en el agua y b. la tensión cuando el casco está completamente fuera del agua. ρ Acero = 7.9 x 103 Kg/m3

FIGURA 12. GRÚA PARA LEVANTAR BARCOS. TOMADO DE: http://img.nauticexpo.es/images_ne/photo-g/gruas-manutencion-barco-23488-3777469.jpg

23. Un globo esférico tiene un radio de 7.35m y está lleno de Helio. ¿Qué tan grande puede ser la carga que levante, si se supone que el revestimiento y la estructura del globo tienen una masa de 930Kg? Desprecie la fuerza boyante sobre el volumen de carga. ρ aire = 1.29 Kg/m3 ρ globo = 0.179 Kg/m3

FIGURA 13. GLOBO. TOMADO DE: http://www.ibj.com/ext/resources/blog/propertylines/uploads/2009/05/balloon-ride.JPG

EJERCICIOS SERWAY

24. Presión y profundidad.

25. Medición de la presión manométrica.

FIGURA 13. DISPOSITIVO PARA MEDIR AL PRESIÓN. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- FIGURA 14.2-EJERCICIO 7.

FIGURA 14. TABLA DE DENSIDADES. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- TABLA 14.1

26. Experimento presión manométrica.

FIGURA 15. TUBOS EN U- AGUA Y MERCURIO. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- FIGURA 14.18-EJERCICIO 18

27. Experimento presión manométrica.

FIGURA 15. TUBOS EN U- AGUA Y MERCURIO. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- FIGURA 14.18-EJERCICIO 20.

28. EXPERIMENTO FLOTACIÓN

FIGURA 16. EXPERIMENTO FLOTACIÓN. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- FIGURA 14.25- EJERCICIOS 25 Y 27.

29. EXPERIMENTO FLOTACIÓN.

CARICATURA 1. BART SIMPSON FLOTANDO EN AGUA TOMADA DE:

http://artzthings.com/e-pins/images/large/bart2.jpg

30. EXPERIMENTO FLOTACIÓN

FIGURA 17. UNA RANA FLOTANDO DENTRO DE UN RECIPIENTE. TOMADO DE: SERWAY- CAPITULO 14- FIGURA 14.34- EJERCICIO 28

REFERENCIAS

Ejercicios tomados de:

Nueva Física Santillana 10. Oscar Iván Saavedra Sánchez (2008).

Física Giancoli. Sexta edición. Douglas C. Giancoli. (2006).

Physics for scientists and engineers. Sixth edition. Serway-Jeweet (2005)

Nota: Las figuras correspondientes a los textos de Santillana y Giancoli fueron tomadas de Internet.

CARICATURA 2. THE BEATLES EN SU SUBMARINO AMARILLO.

TOMADA DE: http://dibalter.files.wordpress.com/2012/01/yellow_submarine.jpg