Clase 3 - kavalos.cl · Clase 3: El tiburón debe nadar constantemente para no hundirse en el fondo...

Clase3:

karina Avalos Vargas

MecánicaFluidos

¿Qué realizaremos hoy?

•  Estadosdelamateria•  DefinicióndeFluidos•  Densidad•  Presiónyprofundidad

Clase3:

Eltiburóndebenadarconstantementeparanohundirseenel fondo del océano; sin embargo, los peces tropicales anaranjados puedenpermanecerenelmismoniveldelaguaconpocoesfuerzo.¿Porquécreesqueexisteestadiferencia?

Recordemos… ¿Qué Son Los Estados De La Materia?

Corresponde una sustancia o mezcla, que se hamodificandolascondicionesdetemperaturaopresión,detal formaque se obtienen estados o fases, denominadosestadosdeagregaciónde lamateria, en relacióncon lasfuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos oiones)quelaconstituyen.

Todos los estados de agregación poseen propiedades ycaracterísticas diferentes; los más conocidos y observablescotidianamente son cuatro, llamados fases sólida, líquida,gaseosayplasmática.

¿Qué Estados Existen?

Diagramamuestralanomenclaturaparalasdiferentestransicionesdefasesureversibilidadyrelaciónconlavariacióndelaentalpía.

30-05-20

Hay otros estados que no se producende forma natural, por ejemplo:condensado de Bose- E inste in ,condensado fermiónico y estrellas deneutrones. Se cree que también sonposibles otros, como el plasma dequark-gluón.

¿Qué estados existen?

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•  Esnecesarioentregarocederenergíacaloricadelsistemaparaqueocurraelcambiodeestado.

•  Loscambiosdeestadosocurrenadeterminadastemperaturasquedependendelapresión(ej:temperaturadefusión,temperaturadevaporización).

•  Loscambiosdeestadoocurrenatemperaturaconstante,peroimplicancambiosenlaenergíainterna.

¿Qué se necesita para cambiar de estado?

Sedenominanfluidosalassustanciasqueseencuentranenestadolíquidoogaseoso,esdecirquetienenunafuerzadeatraccióndébilentresusmoléculas.

¿Qué son los fluidos?

Propiedadesdelosfluidos

oCOMPRESIBILIDAD

EstáticadefluidosEstática de fluidos o hidroestática , es estudio defluidos en reposo en situaciones de equilibrio. Al igualqueotrassituacionesdeequili-brio,éstasebasaen laprimeraylaterceraleyesdeNewton.(presión,densidadyflotación)

DinámicadeFluidos

La dinámica de fluidos el estudio de fluidos enmovimiento, es una de las ramas más complejas de lamecánica. Se analizar situaciones importantes usandomodelos idealizados sencillos y los principios como lasleyesdeNewtonylaconservacióndelaenergía.

Densidad

.Eslasumasaporunidaddevolumen.

ρ = m

VLaunidaddedensidadenelSIeselkilogramopormetrocúbico(1kg/m3).Gramoporcentímetrocúbico(1g/cm3):1 g/cm3 = 1000 kg/m3

DensidadalgunasustanciasSustancia Densidad( )3/kg m Sustancia Densidad

( )3/kg m Agua 31 10∗ Madera 30.42 10∗

Aire 1.29 Mercurio 313.6 10∗

Alcohol 30.81 10∗ Nitrógenomolecular

1.25

Aluminio 32.7 10∗ Oro 319.3 10∗

Cobre 38.9 10∗ Oxígenomolecular

1.43

Hielo 30.92 10∗ Plomo 311.3 10∗

Nota:ladensidaddelagua,valorutilizadoesρ=1000[kg/m3],valormedidoaunatemperaturade4[οC],temperaturaalacualelaguatienesumáximadensidad

ANOMALIADELAGUA

Alos4oCelvolumendelagua,elcualnohacambiadosumasa,tomaelmenorvolumen,enconsecuenciasumayordensidad

ANOMALÍADELAGUA

DensidadEspecíficaoRelativaElcuocienteentreladensidaddeunasustanciayladensidaddeotrasustanciaquesetomacomoreferencia.Elpesoespecíficodelasustanciasedefinecomoelpesoporunidaddevolumen,esdecir

Ejemplo:Ladensidadespecídicadelaluminioes2.7,locualsignificaqueelvolumendelaluminotiene2.7veceslamasadeunvolumendeagua

D = mg

V= ρg

EnelSIelpesoespecíficosemideen[kg/m2s2]

PresiónenunFluidoDefinimos la presión P en un punto como la fuerzanormalporunidaddeárea,esdecir,larazónentre dF⊥ y dA

Lapresiónesunescalarysusunidadessonnewtonspormetrocuadrado.

P =

dF⊥

dA

PresiónenunFluido•  LaunidaddelSIparalapresióneselpascal,donde1Pascal=1Pa=1N︎/m2

•  Dosunidadesrelacionadas,queseempleansobre

todoenmeteorología,sonelbar,iguala105[Pa],yelmilibar,iguala100[Pa]

¿Porquépodemosrealizarestasactividades?

PresiónAtmósfericaPaEslapresiónqueejerceunacolumnadeairesobrelasuperficieterrestre,varíaconlaaltitudylatemperatura.Presiónaniveldelmar(unvalormedio)es:1Atmósfera(atm)=101325[Pa]

LosCodosdeTorricelli“Vivimosenelfondodeunocéanodeaire”(1644)

PresiónAtmósfericaPaExperimentodeTorricelli

Barometrodetorricelli

1atm=760mmHg

PresiónyAltitud

Presiónenunfluido

PresiónyProfundidadF

F = mg

Lacolumnadelíquidoqueseencuentradirectamenteporencimadelasecciónejercesobreéstaunafuerzaigualalpesodelacolumnadelíquido,

Lamasamdelacolumnadelíquidoes

m = ρV = ρhA

V = hA

(1)

(2)

(3)

ElVolumenVdelacolumnadelíquidoes

PresiónyProfundidad

P = FA

de (1),(2)y (3) tenemos :

P = ρghAA

= ρgh

Lapresiónaumentacuandoaumentalaprofundidad,asícomolapresióndebidoaunacolumnadeairedisminuyealaumentarlaaltitud.LapresiónAbsolutaPsobrecualquierpuntoubicadoaunaprofundidadhcorrespondealasumadelapresiónexteriorconlapresiónatmosférica

P = P0 + ρhg

P − P0 PresiónManómetrica

Presiónaunaprofundidad

LaPresióndeunlíquidoenReposocumpleque:

•  Entodopuntointerioraunlíquidoexistepresión;•  Lapresión esproporcionalalaprofundidadbajolasuperficiedel

líquido;•  Entodopuntodeun líquido lamagnitudde la fuerzadebidaa la

presión que se ejerce sobre una superficie es la mismaindependientementedelaorientacióndelasuperficie.

LaPresióndeunlíquidoenReposocumpleque:

•  Lapresiónes lamismaentodos lospuntosqueseencuentranalmismonivelenelinteriordeunlíquido;

•  La fuerza sobre las superficies del recipiente que contiene allíquidodebidaalapresiónessiemprenormalaesassuperficies;y

•  Lapresiónsólodependede laprofundidaddel líquidoynode laformadelrecipientequelocontiene.

Lacarnedeltiburóncomodelpeztropicalesmásdensaqueelaguademar,porloque,porsísolos,sehundirían.Sinembargo,unpeztropicaltieneunacavidadllenadegasen su cuerpo llamadavejiganatatoria,demaneraque ladensidadmediadelcuerpodelpezesigualaladelaguademaryelpeznisehundeniseeleva.Lostiburonesnocuentanconesacavidad.Porconsiguiente,debennadarconstantemente para evitar hundirse usando sus aletas pectorales para darsustentación