Física de los fluidos

Transcripción

1 Física de los fluidos

2 Concepto de presión: P F S ( Pa N m 2) En el S.I. la presión tiene una unidad propia, el Pascal (Pa). Un Pascal es la presión que ejerce una fuerza de 1 N aplicada en una superficie de 1 m 2 Dibuja las fuerzas que, debido a la presión, actúan sobre una persona Dibuja las fuerzas que, debido a la presión, actúan sobre un balón de fútbol

3 Dibuja las fuerzas que, debido a la presión, nos permiten explicar que los caballos no pudieran separar las semiesferas: por qué no sentimos la presión atmosférica? puedo tomar un Din A4 cualquiera, ejercer sobre su superficie, con mi dedo índice, una fuerza de 1000 N y no romperlo?

4 Truck Tank vacuum implosion in russia This happens when you don't properly vent a storage tank

5 Las fuerzas debidas a la presión son siempre perpendiculares a las superficies de los objetos Leer act resuelta, hacer E1 y E2

6 Concepto de fluidos: líquidos y gases Deben conocer la información de la pág 73 (leer en casa). Se repasa en clase lo más destacado: Líquidos: Las fuerzas de cohesión entre sus partículas son débiles. Pese a someterlos a una gran presión, prácticamente no se comprimen. Gases: No hay fuerzas de cohesión entre sus partículas. Al someterlos a una presión se comprimen. Comentarios sobre la imagen B: La estela que sigue a cada partícula representa su movimiento qué representa la flecha negra?

7 Concepto de densidad d m V ( kg m 3) (en los gases se mide en Los valores numéricos coinciden en ambos casos) ( g L) Hacer E3 y E4 (E4 para la densidad del agua) Calcula el tamaño que debe tener un globo para que te eleve

8 Hidrostática Parte de la Física que estudia los líquidos en equilibrio Presión hidrostática: Es la producida por el propio peso del líquido Es fácil deducir que la presión hidrostática, p, viene dada por la expresión: p B p A =d g Δ h p=d g h y que la diferencia de presión hidrostática entre dos puntos viene dada por: (deducción en página 74 y 75) (h es la profundidad) ( Δ h es la diferencia de profundidad entre esos puntos)

9 presión hidrostática: p=d g h Observar que esa presión es razonable si pensamos en los casos límite donde la densidad es cero, la gravedad es cero y, por último, la profundidad (h) es cero. Conclusión: La presión hidrostática aumenta con la profundidad Botella con tres agujeros

10 presión hidrostática: p=d g h Ésto permite entender, en parte, por qué las paredes de una presa aumentan de grosor con la profundidad:

11 presión hidrostática: p=d g h Experimento del barril de Pascal, Cómo romper un barril con una pequeña cantidad de agua

12 La presión total, en el seno de un fluido es: p total = p hidrostática + p atmosférica E5, E6, E7 y E8

13 Consecuencia de la presión hidrostática: En vasos comunicantes el líquido llegará en todos ellos a la misma altura. consequencias-lei-stevin.htm Si son dos líquidos inmiscibles de diferente densidad las alturas sí pueden ser distintas.

14 Aplicaciones Pozos artesianos y suministro de agua en viviendas.

15 Pozo artesiano

16 Presión atmosférica la atmósfera tiene 1000 km de altura? La presión atmosférica, debida al peso del aire, no se constató hasta el siglo XVII Pruebas de la presión atmosférica: vaso boca abajo botella invertida con la boca bajo el agua cisterna aplastada beber un refresco con una pajilla pantano embrujado anuncio

17 Experiencia de Torricelli En el siglo XVII Torricelli consiguió medir la presión atmosférica por primera vez utilizando mercurio y un tubo invertido según muestra la imagen

18 Experiencia de Torricelli ''Vivimos en un fondo de mar de aire'' Evangelista Torricelli Explica con un dibujo en el que aparezcan fuerzas, por qué no cae la columna de mercurio.

19 La presión a nivel del mar es: 1atm=760mm Hg= Pa 10 5 Pa Ejercicio: Sabiendo que la densidad del mercurio es Comprueba que 760 mm Hg = Pa kg m 3 Instrumentos de medida: El manómetro mide la presión de un gas encerrado en un recipiente El barómetro mide la presión atmosférica

20 Principio de Pascal La presión ejercida en un punto cualquiera de un líquido en equilibrio se transmite íntegramente a todos los puntos del líquido Experiencias donde se aprecia el Principio de Pascal: PRINCIPIO+DE+PASCAL

21 Experiencias donde se aprecia el Principio de Pascal: 008/05/magnetismo.html /06/principio-de-pascal.html

22 Aplicaciones del Principio de Pascal Toda una rama de la tecnología se basa en su uso maquinaria hidráulica

23 Aplicaciones del Principio de Pascal Frenos de disco

24 Aplicaciones del Principio de Pascal Prensa hidráulica m.es/2009/01/principio-depascal.html Vídeo

25 Prensa hidráulica propuesta _06_07_archive.html

26 Prensa hidráulica: funcionamiento Aplicamos una fuerza en el émbolo pequeño, que causa una presión en el líquido. P= F p S p Ésta presión se transmite por todo el líquido generando una fuerza en el émbolo grande F g =P S g A partir de las expresiones anteriores es fácil deducir: F g =F p S g S g S p La razón se llama factor multiplicador S p Ejemplo: si S g =3S p F g =3 F p

27 Prensa hidráulica Cooperativo 1-2: leer la actividad resuelta página minutos + preguntar dudas al compañero 1 minuto. E16 y E17 en casa

28 Principio de Arquímedes Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado. En consecuencia, P aparente =P E que, en términos de densidades, y para un cuerpo totalmente sumergido, se puede expresar como: P aparente =d C V g d F V g=(d C d F )V g

29 Cuál es el origen de la fuerza de empuje? Cooperativo (1-2 minutos+1-2 minutos minutos) Dibuja las fuerzas que, debido a la presión, actúan sobre la superficie de un submarino que se encuentra en reposo a cierta profundidad. Modelizar por un rectángulo. Cooperativo (1-2 minutos+1 minuto + 1 minuto) Dibuja las fuerzas que, debido a la presión, actúan sobre la superficie sumergida de dos barcos del mismo tamaño situados uno al lado del otro. El primero de 10 T y el segundo de 20 T. Modelizar cada barco por un rectángulo. E18 y E19 para casa

30 Qué pasa cuando se altera el equilibrio? Dibuja las fuerzas que actúan sobre este barco en reposo sobre el agua Cooperativo (1 minuto+1 minuto minutos) Si ahora una grúa quita el contenedor de arriba, dibuja cómo quedan las fuerzas y di qué va a pasar

31 Peso y Peso aparente Por el Principio de Arquímedes: P aparente =P E Es un error grave confundir el peso con el peso aparente. Para evitar estos errores hemos de tener en cuenta que: El peso siempre tiene la misma expresión (P=mg) y siempre se denota por P. La notación P queda reservada en exclusiva para el peso!! El peso aparente puede tener cualquier valor y que debe distinguirse de peso utilizando otra notación, por ejemplo, P aparente

32 Ejemplos En órbita, un astronauta experimenta un Peso aparente nulo, pero en realidad es atraído por la Tierra con una fuerza gravitatoria que suele ser el 90% del peso a nivel del suelo. Para ahorrar costes, parte del entrenamiento de los astronautas es en tanques de agua, en condiciones donde el peso aparente es cero. Pese a ello, el peso de un astronauta de 70 kg sería de unos 700 N (P=mg) El peso aparente nulo que se experimenta en órbita tiene similitudes con el peso aparente nulo que se puede conseguir en flotación, pero también tiene importantes diferencias.

33 Sesión de entrenamiento en un tanque de agua en el centro ruso Yuri Gagarin liquid gravity (2012), serie outer space, de Michael Najjar

34 Para pensar: Si se derrite un iceberg el nivel de agua sube o baja? Supongamos que vamos en un bote y éste lleva una roca como carga. Si tiramos por la borda la piedra el nivel del agua sube, baja o se queda igual? (para facilitar el razonamiento, asumiremos que el bote está en una piscina) Botella con bolas de aluminio

35 Tensión superficial experiencia: hagamos que una aguja flote Estos fenómenos son debidos a la tensión superficial En casa: E15, 16, 21, 23, 28, 29, 32 y 34