I.1.4 Principios Fundamentales

Documentos relacionados
PROPIEDADES DE LA MATERIA

PRÁCTICA 3 PRESIÓN. Laboratorio de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo

Para no hundirte en la nieve es conveniente usar mayores superficies que la de los zapatos deportivos. Tampoco es recomendable usar tacones!

SOLUCIONARIO GUÍA ELECTIVO Fluidos I: el principio de Pascal y el principio de Arquímedes

PSI Física basada en Álgebra Fluidos Problemas Opción Múltiple

FLUIDOS Profesor: Robinson Pino Hernández

2 La densidad de una sustancia es ρ, el volumen es V, y la masa es m. Si el volumen se triplica y la densidad no cambia Cuál es la masa?

Presión F A. La unidad en el SI de la presión es el pascal (Pa), donde: 1 Pa =1 N/m 2

Guía de estudio y prueba de conocimientos sobre: CAPITULO 4: Fluidos Hidrostáticos

PRÁCTICA 1 PRESIÓN. Laboratorio de Termodinámica

La presión y sus efectos Presión en sólidos Actividad:

FUNDAMENTOS DE FÍSICA TEMA II GRADIENTE DE PRESIÓN

Problemas de Practica: Fluidos AP Física B de PSI. Preguntas de Multiopción

Mecánica II GONZALO GUTÍERREZ FRANCISCA GUZMÁN GIANINA MENESES. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias, Departamento de Física, Santiago, Chile

Saint Gaspar College MISIONEROS DE LA PRECIOSA SANGRE Formando Personas Integras

Mecánica de fluidos. Ejercicios propuestos

Mecánica de fluidos. Fis 018- Ref. Capitulo 10 Giancoli Vol II. 6ta ed. 23 de octubre de 2016

Las Fuerza y el equilibrio de los Fluidos.

Física FLUIDOS. Curso: Física General

PRESIÓN Y ESTÁTICA DE FLUIDOS

CUESTIONARIOS FÍSICA 4º ESO

Prof. Jorge Rojo Carrascosa

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE QUERÉTARO Plantel No. 7 El Marqués GUIA DE REGULARIZACIÓN DE FÍSICA II UNIDAD 1

Examen de Física y Química. 4º E.S.O.

PPT DE APOYO CCNN FÍSICA NIVEL: 8 BÁSICO PROFESORA: GUISLAINE LOAYZA TEMA: LA FUERZA Y LA PRESIÓN

PRESION MANOMETRICA Y PRINCIPIO DE ARQUIMEDES. ELABORADO POR: DANIELA ALEJANDRA BARRETO GOMEZ MARIA CAROLINA BENAVIDES MUÑOZ VALENTINA ROJAS MARTINEZ

Tópico: Fluidos Tema: Estática de Fluidos Unidad Básica: Variación de la presión en un fluido en reposo.

Física de fluidos. Densidad. kg/m. kg/m = S. kg/m. Principio de Arquímedes

Mecánica de Fluidos. Líquidos en reposo: hidrostática Líquidos en movimiento: hidrodinámica. Fases de la materia

FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN La Termodinámica es el estudio de las propiedades de la energia térmica y de sus propiedades.

Hidrostática Área Física

TEMA 2: PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS

Guía de Ejercicios de Estática de Fluidos

Sabemos que cuando sumergimos un cuerpo en un fluido, el volumen del sólido es igual al volumen de líquido que se desaloja. = = ,8 = 58800

MECANICA DE FLUIDOS [ ] kg m

ρ = P 12 B = Pa P C =

HIDRAULICA DE POTENCIA. Unidad 1. Bases físicas de la hidráulica

Solución de Examen Final Física I

GUÍA DE LABORATORIO PARA LA COMPROBACIÓN DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES 1. INTRODUCCIÓN

Las Fuerza y el equilibrio de los Fluidos.

TEMA II.2. Medición de Presiones. Dr. Juan Pablo Torres-Papaqui

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR ESCUELA DE FORMACIÓN BÁSICA. FÍSICA II PRÁCTICA 38 PRINCIPIO DE PASCAL. OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE:

Principios de hidrostática

La presión promedio se calcula al dividir la fuerza normal que empuja contra un área plana entre dicha área.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA

1 PRACTICA # 2 PRESIÓN

VII Congreso Nacional de Ciencias Exploraciones fuera y dentro del aula 26 y 27 de agosto, 2005 INBioparque, Santo Domingo de Heredia, Costa Rica

HIDRÁULICA Ingeniería en Acuicultura.

Capitulo 2: Estática de los Fluidos.

Unidad: Principios de Arquímedes y de Pascal

TAREA FÍSICA DE FLUIDOS

HIDROMECÁNICA. HIDROSTÁTICA: Estudia el comportamiento de los fluidos considerados en reposo o equilibrio

Unidad I - Hidráulica

Hidraúlica. Elaborado por: Ing. Enriqueta Del Ángel Hernández. Noviembre, 2014

8. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO

Slide 1 / Cuál es la densidad de un bloque de aluminio que tiene una masa de 4050 kg y su volumen es 1.5 m 3?

Tema 4. Fluidos. 1. Establecer los conceptos de densidad y presión. 2. Calcular presión y densidad, en sólidos, líquidos y gases.

V B. g (1) V B ) g, (2) +ρ B. =( m H. m H (3) ρ 1. ρ B. Aplicando al aire la ecuación de estado de los gases perfectos, en la forma.

APUNTES DE FÍSICA II Profesor: José Fernando Pinto Parra UNIDAD 1 ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

Aplicaciones de la integral

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE CIENCIAS-ESCUELA DE FÍSICA FÍSICA MECÁNICA MÓDULO #10: HIDROSTÁTICA.

Tiro horizontal. Fuerza de rozamiento. Transformación de la energía. Centro de gravedad. Presión. Fuente de Herón. Copa de Arquímedes.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Profesora: Rocío Fuenzalida Díaz CURSO: 7 Básico FECHA PRUEBA: 22 /06/ NOMBRE APELLIDO PATERNO APELLIDO MATERNO

Propiedades de la materia que nos rodea

HIDROSTÁTICA PRESIÓN. Unidades:

PRÁCTICA Nº 1: MEDIDA EXPERIMENTAL DE DENSIDADES

Fenómeno de la hidráulica : Parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y

HIDROSTATICA. Adopta la forma del recipiente que lo contiene. Adopta la forma del recipiente que lo contiene

Física II MOVIMIENTO ONDULATORIO INGENIERIA DE SONIDO

UNIDAD DIDÁCTICA 2. EL MODELO DE PARTÍCULAS DE LA MATERIA PROPUESTA DIDÁCTICA. LA MATERIA Y EL MODELO DOCUMENTO PARA EL ALUMNO

Fluidos Módulo 1. Estática de los Fluidos

TEMA 2. Dinámica, Trabajo, Energía y Presión

Guía del docente. 1. Descripción curricular:

t = Vf Vi Vi= Vf - a t Aceleración : Se le llama así al cambio de velocidad y cuánto más rápido se realice el cambio, mayor será la aceleración.

Mecánica y fluidos. Webpage: Departamento de FísicaF Universidad de Sonora. Estática tica de Fluidos

OLEOHIDRÁULICA BÁSICA 2014

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA

Clase 2. Estructura de la Atmósfera

1. Introducción. Estática de Fluidos. Estudio de los Fluidos. Dinámica de Fluidos

Instituto Nacional Física

Física ESTATICA DE LOS FLUIDOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES. Departamento de Física y Química 3º ESO

3. Física del Buceo. Séptima Compañía de Bomberos Acción y Disciplina Tome Dichato Fundada el 24 de Octubre de 1975 GERSA

1) Es la masa de hierro mayor que, menor que, o igual a la masa de aluminio?

TERCERA PRÁCTICA: Natación. Por qué flotamos? En qué principio está basada la Fuerza de Flotación? 3 Influye el centro de gravedad en la flotación?

HIDRODINAMICA. Asignatura: Física Biomecánica. Profesor: Fernando Vega. Autores: Angie Johana Torres Pedraza. Andrea Viviana Rodríguez Archila

F A. 2. Medición de Presión. Generalización:

SILABO I. DATOS GENERALES

ecuación que facilita la definición de r y también su significado físico.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

GONZALO GUTÍERREZ FRANCISCA GUZMÁN GIANINA MENESES. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias, Departamento de Física, Santiago, Chile

Principios de Medida - Presión. James Robles Departamento de Instrumentación Huertas Junior College

1 PRACTICA # 1 PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS

El plasma es el estado de la materia a temperaturas muy altas comportándose como un gas ionizado con igual número de cargas positivas que negativas.

DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO

12. Mecánica de fluidos

CARÁCTERÍSTICAS DE LOS GASES

Demostraciones de presión. Bogotá D.C., 11 de mayo de 2014

El objetivo de nuestro trabajo es construir una clepsidra. Para ello se tuvo que:

Transcripción:

I.1.4 Principios Fundamentales Principios? (...dos enunciados.tres hombres una línea en el tiempo.) S. III a. c. 1623-1662 1643-1727 t Arquímedes Blaise Pascal Isaac Newton

Algunas aportaciones. Tornillo de Arquímedes Bombas Pascalina Computadoras A proposito.viene al caso!! The quantity of matter is that which arises conjointly from its density and magnitude. A body twice as dense in double the space is quadruple in quantity. This quantity I designate by the name of body or of mass. Los Principia (1686)

Principio de Pascal. La presión aplicada a un fluido encerrado se trasmite sin disminución a cada punto del fluido y de las paredes del recipiente P P 1 0 De la Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos Pistón de área A P2 P1 gh Coloquemos un pistón sobre la superficie libre del fluido y con este aplicamos una fuerza F hacia abajo (ver figura): F P2 P0 gh F P ' P1 P0 P' A De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P P gh ( P P') gh 2 1 0 P 2 P0 gh P' Figura 9. Principio de Pascal se transmite sin disminución

Checando datos: Material Didactico: Principio de Pascal

Principio de Arquímedes. Un cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba con una fuerza igual al peso del fluido desplazado. Fuerzas ejercidas por el fluido sobre el cuerpo en dirección vertical Figura 10. Principio de Arquímedes Fluido de densidad Cuerpo sumergido de densidad C De la figura 8 y de la definición de presión: F F k P Ak 1 1 1 F F k P Ak 2 2 2 De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P P gy P P g y h 1 0 2 0 Fuerza Neta ejercida por el fluido sobre el cuerpo: F F F 1 2 F P 2 1 2 1 F k P Ak

Sustituyendo las presiones en las cara superior e inferior del cuerpo tenemos que: F P gy gh P gy 0 0 ghak gvc k V gk C Ak Densidad del fluido Volumen del cuerpo V C m fd Masa del fluido desplazado por el cuerpo fd fd C F V gk m gk W k Fuerza neta que ejerce el fluido sobre el cuerpo Fuerza vertical hacia arriba Su magnitud igual al peso del fluido desplazado F E Empuje

Principio de Arquímedes. Enciclopedia de Experimentos de Física. Disco 12.

No perdamos de vista que se ha hecho un análisis parcial del cuerpo sumergido, en efecto, hemos omitido la influencia de la tierra sobre él, es decir, el peso del cuerpo. Cómo es el Empuje en relación al Peso del cuerpo? E Si W E Se desplaza hacia el fondo del recipiente W EW E W Suspendido en el seno del fluido Se desplaza hacia la superficie libre del fluido

Qué nos dice sobre el cuerpo y el fluido? Como: E VC g W C C V g Si Se desplaza hacia el fondo del recipiente C Suspendido en el seno del fluido C Se desplaza hacia la superficie libre del fluido C

Ejercicio: Haciendo uso de las Leyes de Newton y de la Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos, justificar el comportamiento del cuerpo en cada uno de las ilustraciones anteriores.

Barco en flotación. Enciclopedia de Experimentos de Física. Disco 12.

Globo con Helio. Enciclopedia de Experimentos de Física. Disco 12.

Ludión. Enciclopedia de Experimentos de Física. Disco 12.

I.1.5 Aplicaciones Manómetros Manómetros. Dispositivos diversos utilizados para medir la presión en un fluido. Notación. Antes de iniciarnos en los manómetros dejemos claros algunos términos muy empleados en la literatura sobre manometría y que se derivan de la Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos (EFEF): p p 0 gh A p se le conoce como presión absoluta mientras que a la presión medida respecto a la atmosférica, es decir p - p 0 se le conoce como presión relativa o manométrica, p r. De esta forma en ocasiones se estila escribir la EFEF, como: p p p 0 r presión absoluta presión atmosférica presión relativa

Tipos. Existen de diferentes materiales y mecanismos. La razón de ello se debe a los diferentes diseños para cubrir las necesidades de medición tanto en la investigación académica como en la industria. Manómetro de Bourdon MECANICO Manómetro abiertos de liquido DE LIQUIDOS Manómetro diferenciales de Liquido

Manómetro de liquido en U cerrados Manómetro de liquido en U inclinados Barómetro de Torricelli Evangelista Torricelli (Italia, 1608-1647)

A continuación veremos la aplicación de la Ecuación fundamental de la estática de fluidos en la determinación de la presión en medidores que utilizan liquido como sustancia manométrica o barométrica (manómetros de liquido). Barómetro de Torricelli*. Diseñado por Torricelli para medir la presión que ejerce la atmósfera. Cómo se construye? Mercurio * También se le conoce como Barómetro de Cubeta.

Cómo y porque mide la presión atmosférica? Sabemos que: p 0 1 0 V P P2 P0 De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P2 P1 hg gh donde: hg Densidad del mercurio (Hg) P1 P2 Sustituyendo y tenemos: P 0 hg gh Se mide!! parámetros conocidos: g hg 13.6 Torricelli midió 3 cm aproximadamente 76 cm

Ejercicio: Haciendo uso de los parámetros para la densidad del mercurio, la aceleración de la gravedad y el valor de la altura h en el barómetro de Torricelli, cuantifique el valor correspondiente de la presión atmosférica. Ejercicio: Es muy común que la presión atmosférica se indique en centímetros de mercurio. Discurra en relación al significado de esta expresión y a las unidades de presión que deberemos entender. Ejercicio: Cuál es la presión atmosférica en centímetros de agua?. Justifique su significado en el contexto de un barómetro tipo Torricelli.

Checando datos: Material Didáctico: Barómetro de Torricelli

Manómetro en U cerrado. Conectado a un recipiente con gas: Cuál es la presión en el interior del recipiente con gas? 1 2 2 De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P1 P P2 P2' gh gh P2' 0 Como: P P 1 2 P gh

Conectado a un recipiente con liquido: Cuál es la presión en el interior del recipiente con liquido? 1 De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P2' 0 P P gh P P g h h g h h 1 L 2 2' ' ' Como: P P 1 2 P gh gh ' L

Manómetro en U abierto. Conectado a un recipiente con gas: Cuál es la presión en el interior del recipiente con gas? De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P1' P P1 P gh P2 P0 Como: P P 1 2 P P0 gh

Manómetro en U abierto. Conectado a un recipiente con liquido: Cuál es la presión en el interior del recipiente con liquido? 1 De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P1' P P1 P Lgh P P g h h 2 0 ' Como: P P 1 2 P P gh gh 0 L '

Prensa Hidráulica Prensa Hidráulica. La prensa hidráulica es una aplicación directa del principio de Pascal visto anteriormente. Las prensas hidráulicas son dispositivos muy comunes, las encontramos en los sistemas de dirección y frenos hidráulicos, elevadores de autos, sillones, entre muchas otras. De Ecuación Fundamental de la Estática de Fluidos P P 1 2 F A F 1 1 2 A2 Formula Multiplicación de Fuerzas A Como: 1 2 P 1 F A 1 1 P 2 A F 1 F 2 F A 2 2

Fuerzas sobre Superficies Hasta ahora básicamente nos hemos preguntado sobre: Por ejemplo: Fuerzas sobre superficies horizontales F Cuál es la fuerza que ejerce un fluido sobre el fondo del recipiente?, y la forma de abordar el problema ha sido la siguiente: A Calculamos la presión en el fondo del recipiente, haciendo uso de la EFEF: p p1 gh Usamos la definición de presión: F = pa F p gh A 1 problema resuelto!

Si ahora nos preguntamos, por ejemplo: Cuál es la fuerza que ejerce un fluido sobre la pared del recipiente? Fuerzas sobre superficies verticales En este caso, y como se ilustra en la figura, la fuerza varía con la altura y no podemos seguir directamente la metodología anterior Ahora tendremos que sumar fuerzas en función de la altura

Como? Para encontrar la fuerza total sobre la pared del recipiente, procedamos tomando un elemento de superficie sobre la superficie vertical de la pared del recipiente: Vista frontal La fuerza ejercida por el fluido sobre este elemento de superficie da será: df = p(y)da Fuerza normal ejercida por el fluido a la altura y de la pared Presión ejercida por el fluido a la altura y de la pared

Como a la altura y la presión es: p p0 g H y p( y) Entonces, al sustituir en la relación anterior para df, tendremos: df p 0 g H y da da Ldy Incorporando la expresión para da, obtenemos la siguiente ecuación diferencial: df p 0 g H y Ldy

Para calcular la fuerza total F sobre la superficie vertical: H 0 sumar integrar F p 0 g H y Ldy H H H p Ldy ghldy glydy 0 0 0 0 H H 1 p0ly ghly gly 0 0 2 1 p0lh glh glh 2 1 2 p0lh glh 2 1 p0 gh LH 2 2 2 2 H 0

Veamos, obtuvimos que: 1 F p0 gh LH 2 H g 2 Presión ejercida por la columna del fluido a la mitad de la profundidad del recipiente A Área total sobre la pared vertical, que moja el fluido contenido en el recipiente Finalmente podemos escribir: 1 F p0 gh A pyh 2A 2 Fuerza Total sobre la pared vertical del recipiente

Ejercicio: Muestre que la fuerza neta sobre la superficie vertical, debido al fluido que la rodea se puede expresar como: F N gha 2 Justifique su respuesta y discurra en relación a la importancia que esto puede tener en relación a la construcción de diques y presas.

Ejercicio: Siguiendo un procedimiento similar al seguido anteriormente, muestre que en el caso de una superficie plana inclinada (ver figura), la fuerza total ejercida por el fluido sobre ella, puede escribirse como: 1 F p0 gh A' pyh 2A' 2 Justifique su respuesta y discurra en relación a la dirección de las fuerzas laterales incluidas en la figura.

Ejercicio: Explorar como obtener la fuerza total sobre una superficie semiesférica siguiendo un procedimiento similar al seguido anteriormente. se obtendrá una expresión similar a las anteriores? R y para otras geometrías de la superficie???...etc.