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ESTUDIANTE: GERARDO GARZON AREA: FISIC A TALLER : FLUIDOS

Diapositivas de fisica fluidos

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ESTUDIANTE: GERARDO GARZON

AREA: FISICATALLER: FLUIDOS

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DEFINICIÓN: • UN FLUIDO ES :

TODO CUERPO QUE TIENE LA PROPIEDAD DE FLUIR, Y CARECE DE RIGIDEZ Y ELASTICIDAD, Y EN CONSECUENCIA CEDE INMEDIATAMENTE A CUALQUIER FUERZA TENDENTE A ALTERAR SU FORMA Y ADOPTANDO ASÍ LA FORMA DEL RECIPIENTE QUE LO CONTIENE. LOS FLUIDOS PUEDEN SER LÍQUIDOS O GASES SEGÚN LA DIFERENTE INTENSIDAD DE LAS FUERZAS DE COHESIÓN EXISTENTES ENTRE SUS MOLÉCULAS.

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LA DENSIDAD

Es la magnitud que refleja el vÌnculo que existe entre la masa de un cuerpo y su volumen también se puede decir La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia. Cuanto mayor sea la densidad de cuerpo, mas pesado nos parecera.

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EJERCICIOS DE DENSIDAD:

1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?Solución:

Sabemos que: De los datos del problema sabemos que: •m = 600 gr.•V = 30 cm3

Entonces reemplazando en la formula:ρ = m / Vρ = 600 gr / 30 cm3

ρ = 20 gr / cm3

1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?Solución:

Sabemos que: De los datos del problema sabemos que: •m = 600 gr.•V = 30 cEntonces reemplazando en la formula:ρ = m / Vρ = 600 gr / 30 cmρ = 20 gr / cm

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EJEMPLOS DE DENSIDAD:

AGUA + ACEITE AGUA SAL Y HUEVO AGUA + SAL

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PESO ESPECIFICO

• EL PESO ESPECÍFICO DE UN CUERPO O SUSTANCIA, ES LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE EL PESO Y EL VOLUMEN QUE OCUPA UNA SUSTANCIA YA SEA EN ESTADO SOLIDO, LÍQUIDO O GASEOSO.

PESO ESPECIFICO

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EJEMPLOS DE PESO• EJEMPLO PRÁCTICO

A JUANCITO, SU MAMA LO ALIMENTA BIEN Y ES POR ESO JUANCITO VIAJA A LA LUNA

QUE A SUS 12 AÑOS DE EDAD TIENE UNA MASA DE 75 KG

Se considera que en la Tierra, la gravedad es de 10 m/s2 aproximadamente, entonces: En la Luna la gravedad es de 1,6 m/s2

  aproximadamente, entonces:

Entonces concluimos que la masa es independiente de la gravedad, siempre será la misma. El peso depende de la gravedad del lugar en que se encuentre.

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EJERCICIOS DE PESO ESPECIFICO

•  CALCULA EL PESO ESPECÍFICO DE UN CUBO DE MADERA DE 5 CM DE LADO QUE PESA 160 GRAMOS.

EL VOLUMEN DE UN CUBO COMO SABEMOS ES LADO X LADO X LADO O LADO ELEVADO AL CUBO.V = 5 CM X 5 CM X 5 CM = 125 CM³PE = 160 GRS/125 CM³PE = 1.28 GRS/CM³COMO OBSERVAMOS, LAS UNIDADES DE PESO ESPECÍFICO SON UNIDADES DE PESO DIVIDIDAS POR UNIDADES DE VOLUMEN. LAS MAS COMUNES SERÁN GRS/CM³ O KGS/DM³.

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g =Peso

=masa.gravedad

= r.gVolumen Volumen

Formula de peso especifico

Peso = m.g

Peso = r.Volumen.gPeso específico = g

 Peso de un cuerpo = g.Volumen

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PRESION EN UN FLUIDO

• LA PRESIÓN EN UN FLUIDO ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA QUE INTERVIENE EN LA ECUACIÓN CONSTITUTIVA Y EN LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO DEL FLUIDO, EN ALGUNOS CASOS ESPECIALES ESTA PRESIÓN COINCIDE CON LA PRESIÓN MEDIA O INCLUSO CON LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA.

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FORMULA DE PRESIÓN EN FLUIDOS

Definición: Presión es la fuerza normal por unidad de área, y está dada por: Donde P es la fuerza de presión, F es la fuerza normal es decir perpendicular a la superficie y A es el área donde se aplica la fuerza.Las unidades de presión son:

En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que equivale a la fuerza normal de un newton cuando se aplica en un área de metro cuadrado. 1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es el kilopascal (Kpa.) que equivale a 100 N/m 2 o 1000 pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb./in 2 .

 

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EJEMPLOS DE PRESIÓN EN FLUIDOS

:

A = 20 . l0 = 200cm2= 2 10-2m2P = F / S = 20 N = l.000 Pa2 ·10-2

m2

Área de la cara b:2 A =20 . 8 =160cm2= l,6·l0-2m2P = F/S =20N=l.250Pa1,6·l0-2m2Área de la cara c: A= 10.8 = 80cm2= 8· 10-3m2P = F / S = 20N = 2.500 Pa8·10-3m2 2.-Vamos a hacernos una idea de cómo es de grande un Pascal. Calcula la presiónque aplica un esquiador, de 70 kg de masa, sobre la nieve cuando calza unas botascuyas dimensiones son 30 x 10 cm y cuando se pone unos esquís de dimensiones 190x 12 cm.En los dos casos la fuerza que actúa sobre el suelo es la misma, el peso del esquiador:P = m . g = 70 kg . 10 m/s2= 700 NEn el caso de calzar botas, el peso se reparte entre la superficie de las dos botas:S = 2 . 30 cm . 10 cm = 600 cm2= 0,06 m2con lo que la presión que actúa sobre el suelo, cuando está de pie es: p = F/S = 700N / 0,06 m2= 11.667 PaEn el caso de calzar esquíes, la fuerza se reparte entre una superficie mayor:S = 2 . 190cm . 12 cm = 4.560cm2= 0,456 m2con lo que la presión que actúa sobre el suelo, cuando está de pie es: p = F/ S = 700N / 0,456 m2= l.535 Pa1

                                                                                                                                                                          

 

IES VICTORIA KENTDepartamento de Física y Química4º ESOCOLECCIÓN DE PROBLEAMAS RESUELTOS DE PRESIÓN A- Cálculo de presión1.- Calcula la presión sobre cada una de las caras de un ladrillo sabiendo que elpeso total es de 20 newton y sus dimensiones son 20cm, 10cm y 8 cmSolución:Área de la cara a:A = 20 . l0 = 200cm2= 2 10-2m2P = F / S = 20 N = l.000 Pa2 ·10-2

m2

Área de la cara b:2 A =20 . 8 =160cm2= l,6·l0-2m2P = F/S =20N=l.250Pa1,6·l0-2m2Área de la cara c: A= 10.8 = 80cm2= 8· 10-3m2P = F / S = 20N = 2.500 Pa8·10-3m2 2.-Vamos a hacernos una idea de cómo es de grande un Pascal. Calcula la presiónque aplica un esquiador, de 70 kg de masa, sobre la nieve cuando calza unas botascuyas dimensiones son 30 x 10 cm y cuando se pone unos esquís de dimensiones 190x 12 cm.En los dos casos la fuerza que actúa sobre el suelo es la misma, el peso del esquiador:P = m . g = 70 kg . 10 m/s2= 700 NEn el caso de calzar botas, el peso se reparte entre la superficie de las dos botas:S = 2 . 30 cm . 10 cm = 600 cm2= 0,06 m2con lo que la presión que actúa sobre el suelo, cuando está de pie es: p = F/S = 700N / 0,06 m2= 11.667 PaEn el caso de calzar esquíes, la fuerza se reparte entre una superficie mayor:S = 2 . 190cm . 12 cm = 4.560cm2= 0,456 m2con lo que la presión que actúa sobre el suelo, cuando está de pie es: p = F/ S = 700N / 0,456 m2= l.535 Pa1

                                                                                                                 

Fluidos en reposo (Hidrostática): Son todos aquellos cuerpos que tienen la característica de ser líquidos o gaseosos, tener la forma del recipiente que los contiene y tener viscosidad.Presión absoluta: Es la fuerza ejercida sobre la superficie en todas direcciones.Presión relativa: Es la fuerza aplicada sobre una superficie en una o más direcciones sin llegar a ser total.Presión atmosférica: Es la presión ejercida sobre todos los objetos de la tierra por la capa de varios kilómetros de altura, que envuelve nuestro planeta.

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EJERCICIOS DE PRESION EN FLUIDOS• EN UNA PRENSA HIDRÁULICA EXISTE UNA PRESIÓN DE 2.5 PA EN UNA ÁREA DE 3 M2 EN EL

ÉMBOLO DE MAYOR TAMAÑO, ¿CUÁL SERÁ LA FUERZA QUE EXISTE EN EL ÉMBOLO DE MENOR TAMAÑO, SI SU TAMAÑO ES 3 VECES MENOR?PRIMERO SE DETERMINA LA FUERZA QUE EXISTE EN EL PRIMER ÉMBOLO.

• P=F/AF=PA=(2,5 PA)(3M2)=7.5 N

• CON ESTOS VALORES SUSTITUIMOS EN LA FÓRMULA DEL PRINCIPIO DE PASCAL Y TENEMOS:

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• F= 7.5 NA=3 M2F=XA=1 M2

• F=FA/AF=FA/A=(7.5 N)(1 M2)/3 M2=2.5 N

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PRESION EN UN FLUIDO

• LA PRESIÓN EN UN FLUIDO ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA QUE INTERVIENE EN LA ECUACIÓN CONSTITUTIVA Y EN LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO DEL FLUIDO, EN ALGUNOS CASOS ESPECIALES ESTA PRESIÓN COINCIDE CON LA PRESIÓN MEDIA O INCLUSO CON LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA. TODAS LAS PRESIONES REPRESENTAN UNA MEDIDA DE LA ENERGÍA POTENCIAL POR UNIDAD DE VOLUMEN EN UN FLUIDO.

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FORMAS DE MEDIR LA PRESION• LA PRESIÓN MEDIA:, O PROMEDIO DE LAS PRESIONES SEGÚN DIFERENTES DIRECCIONES EN UN FLUIDO,

CUANDO EL FLUIDO ESTÁ EN REPOSO ESTA PRESIÓN MEDIA COINCIDE CON LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA.

• LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA: ES LA PARTE DE LA PRESIÓN DEBIDA AL PESO DE UN FLUIDO EN REPOSO. EN UN FLUIDO EN REPOSO LA ÚNICA PRESIÓN EXISTENTE ES LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA, EN UN FLUIDO EN MOVIMIENTO ADEMÁS PUEDE APARECER UNA PRESIÓN HIDRODINÁMICA ADICIONAL RELACIONADA CON LA VELOCIDAD DEL FLUIDO. ES LA PRESIÓN QUE SUFREN LOS CUERPOS SUMERGIDOS EN UN LÍQUIDO O FLUIDO POR EL SIMPLE Y SENCILLO HECHO DE SUMERGIRSE DENTRO DE ESTE. SE DEFINE POR LA FÓRMULA {\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE P_{H}=\GAMMA H\,} DONDE {\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE P_{H}\,} ES LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA, {\DISPLAYSTYLE \GAMMA =\RHO G\,} ES EL PESO ESPECÍFICO Y {\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE H} PROFUNDIDAD BAJO LA SUPERFICIE DEL FLUIDO.

• LA PRESIÓN HIDRODINÁMICA: ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA DEPENDIENTE DE LA DIRECCIÓN CONSIDERADA ALREDEDOR DE UN PUNTO QUE DEPENDERÁ ADEMÁS DEL PESO DEL FLUIDO, EL ESTADO DE MOVIMIENTO DEL MISMO.

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HIDROESTATICA PRINCIPIO DE PASCAL,PRINCIPIO DE ARQUIMEDEZ

• Una importante propiedad de una sustancia es la densidad, que la definiremos como el cociente de la masa y el volumen

• Cuando un cuerpo se sumergen un fluido, este ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie. Definiremos presión del fluido como esta fuerza por unidad de área

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• La unidad en el SI es el newton por el metro cuadrado, que recibe el nombre de pascal

• Un fluido que presiona contra un cuerpo, tiende a comprimirlo.

• El cociente entre el cambio de presión y la disminución relativa al volumen se denomina modulo de comprensibilidad

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PRINCIPIO DE PASCAL • En física, el principio de pascal o ley de pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático

francés blaise pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

El principio de pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

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APLICACIÓN DE PRINCIPIO DE PASCAL• EL PRINCIPIO DE PASCAL PUEDE SER INTERPRETADO COMO UNA CONSECUENCIA DE LA ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA

HIDROSTÁTICA Y DEL CARÁCTER ALTAMENTE INCOMPRESIBLE DE LOS LIQUIDOS. EN ESTA CLASE DE FLUIDOS LA DENSIDAD ES PRÁCTICAMENTE CONSTANTE, DE MODO QUE DE ACUERDO CON LA ECUACIÓN:

P = P_0 + RHO G H 

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PRENSA HIDRÁULICA La prensa hidráulica es una máquina que se basa en el principio de pascal para transmitir una fuerza. aprovechando que la presión es la misma, una pequeña fuerza sobre una superficie chica es equivalente a una fuerza grande sobre una superficie también grande, proporcionalmente iguales.

1 = P2

P1, P2 = Presiones en 1 y en 2

F1, F2 = Fuerzas 1 y 2

S1, S2 = Superficies 1 y 2

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Con lo que, las fuerzas fueron siendo, siendo S1 < S2 :

y por tanto, la relación entre las fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones:

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PRINCIPIO DE ARQUIMEDEZ• EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES ES UN PRINCIPIO FÍSICO QUE AFIRMA QUE: «UN CUERPO TOTAL

O PARCIALMENTE SUMERGIDO EN UN FLUIDO EN REPOSO, RECIBE UN EMPUJE DE ABAJO HACIA ARRIBA IGUAL AL PESO DEL VOLUMEN DEL FLUIDO QUE DESALOJA». ESTA FUERZA1 RECIBE EL NOMBRE DE EMPUJE HIDROSTÁTICO O DE ARQUÍMEDES, Y SE MIDE EN NEWTONS (EN EL SI). EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES SE FORMULA ASÍ:

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• TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN LÍQUIDO RECIBE UN EMPUJE, DE ABAJO HACIA ARRIBA, IGUAL AL PESO DEL LÍQUIDO DESALOJADO.

• CUERPOS SUMERGIDOS

SOBRE UN CUERPO SUMERGIDO ACTÚAN DOS FUERZAS; SU PESO, QUE ES VERTICAL Y HACIA ABAJO Y EL EMPUJE QUE ES VERTICAL PERO HACIA ARRIBA.

SI QUEREMOS SABER SI UN CUERPO FLOTA ES NECESARIO CONOCER SU PESO ESPECÍFICO, QUE ES IGUAL A SU PESO DIVIDIDO POR SU VOLUMEN.

ENTONCES, SE PUEDEN PRODUCIR TRES CASOS:

1. SI EL PESO ES MAYOR QUE EL EMPUJE ( P > E ), EL CUERPO SE HUNDE. ES DECIR, EL PESO ESPECÍFICO DEL CUERPO ES MAYOR AL DEL LÍQUIDO.

2. SI EL PESO ES IGUAL QUE EL EMPUJE ( P = E ), EL CUERPO NO SE HUNDE NI EMERGE. EL PESO ESPECÍFICO DEL CUERPO ES IGUAL AL DEL LÍQUIDO.

3. SI EL PESO ES MENOR QUE EL EMPUJE ( P < E ), EL CUERPO FLOTA. EL PESO ESPECÍFICO DEL CUERPO ES MENOR AL DEL LÍQUIDO.

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EJEMPLO ¿por qué los barcos no se hunden?

Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote.

Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es de peso específico mayor al del agua y se hunde (un pedazo de hierro en el agua se va al fondo), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que éste se mantenga a flote.

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