Física General ICF – 100. Ciclo Básico de Ingeniería Civil

Universidad de La Frontera Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración Departamento de Ciencias Físicas

Guía de Ejercicios de Física General. ICF-100

Hidrostática e Hidrodinámica HIDROSTÁTICA 1. Dos cilindros A y B de materiales diferentes tienen cada uno una masa de , pero sus densidades valen

y respectivamente.

g7503/5.1 cmg 3/2.1 cmg

a) ¿Cuál cilindro tiene mayor volumen A o B? b) ¿Cuál cilindro recibe una mayor fuerza de empuje si se sumergen en agua?

2. Una viga de madera de tiene una masa de . mxcmxcm 5,32010 kg50

a) ¿Cuánto valen el volumen y la densidad de la viga? b) ¿La viga flota en el agua? Explique.

3. La masa de una esferita de aluminio de densidad

, cuelga de una cuerda como se muestra en la figura.

3/7.2 cmg=ρ

¿Cuánto valen la fuerza de empuje y la tensión de la cuerda?

4. En una prensa hidráulica, el pistón mas grande tiene una sección transversal , y el área del pistón más

pequeño es . Si sobre el pistón pequeño se aplica una fuerza de ¿Cuál es la fuerza aplicada sobre el pistón grande? Si el pistón más grande recorre una distancia de ¿Qué distancia recorre el pistón pequeño?

2200 cm25 cm N250

cm3.0

5. Un trozo de madera de de masa, se hunde en alcohol ( ), presentando un peso

aparente de , pero el mismo trozo de madera flota en el agua. kg40.0 3/79.0 cmg=ρ

N196.0a) ¿Cuánto valen el volumen y la densidad del trozo de madera? b) Calcule el volumen sumergido del trozo de madera en el agua.

6. Un cilindro de madera de radio y alturacmR 5= cmh 20= , que pesa

N21.10 está en reposo totalmente sumergido en el interior de un estanque con líquido, atado a una cuerda tensa como se muestra en la figura. La densidad del líquido es , y el estanque está abierto a la atmósfera. 3/873 cmg=ρ

h

a) ¿Cuánto vale la tensión de la cuerda? Si la cuerda se corta el cilindro asciende hasta la superficie del líquido y flota.

b) Durante el ascenso del cilindro, la fuerza de empuje, ¿aumenta, disminuye o permanece constante? c) ¿Cuánto valen la fuerza de empuje y volumen sumergido del cilindro cuándo esta flotado en la superficie del

líquido?

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HIDRODINÁMICA 7. Por el tubo representado en la figura fluye agua . Los radios del tubo en A y B son 3/1 cmg=ρ cmrA 5= y

respectivamente. En la región A del tubo l velocidad es cmrB 1= smvA /1= y la presión es atmpA 4= . Determine:

A B

a) La velocidad del agua en la región B. b) La presión en la región B. c) Muestre que la diferencia de presión entre las regiones depende de la razón de los radios elevado a la cuarta

potencia. 8. Por un tubo horizontal fluye agua, el cual tiene una sección y otra sección más

estrecha . El caudal de agua es

21 40 cmA =

22 10 cmA = slQ /6= . Calcular:

a) La velocidad del agua en cada región. b) La diferencia de presiones entre las regiones. c) La diferencia de altura de una columna de mercurio de un manómetro que une ambas regiones.

9. Considere un depósito vertical abierto que contiene un líquido hasta una altura H como lo muestra la figura.

Determinar la posición de los dos agujeros realizados en el depósito de modo que el alcance de los chorros sea el mismo, tal como se muestra en la figura.

H

10. Un dispositivo automático para un calentador de agua funciona según el esquema indicado en la figura. Si la

válvula V , que da la salida al gas necesita una fuerza de para abrirse, determine el caudal de agua mínimo necesario para poner en marcha este dispositivo.

N6

11. Una corriente de agua fluye continuamente por un tubo horizontal. En un punto donde la presión absoluta es

, la velocidad es de . Más adelante, el tubo se estrecha bruscamente, haciendo que la presión absoluta descienda a . ¿Cuál será la velocidad del agua en esta zona angosta?

kPa300 sm /2kPa100

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12. Se bombea agua de mar a razón de mediante una tubería como se muestra en la figura. El agua

de mar tiene una densidad aproximada de . Los diámetros de los tubos en los extremos son de y . El agua se descarga en la atmósfera y por sobre el nivel a .

min/20.0 3m3/1030 mkg

cm10 cm5 m8.0a) ¿Cuáles son las velocidades del flujo de agua en las dos regiones de distinto diámetro? b) ¿Cuáles son las presiones en estas regiones?

BOMBA

h = 0.8 m

Patm = 1 atm

d1 = 10 cm

d2 = 5 cm

La figura muestra un tanque de agua con una válvula en el fondo. Si esta válvula se abre, ¿Cuál es la altura

máxima alcanzada por el chorro de agua del lado derecho del tanque? Suponga que , mh 10= mL 2= , º30=θ y que el área de la sección transversal en A es muy grande comparada con la que hay en B.

RESPUESTAS 1. a) ; b) 33 500625 cmVcmV AB =>= NFNF AB 900.4125.6 =>=

2. a) ; b) Flota. 307.0 m 33 /0.1000/3.714 mkgmkg aguaviga =<= ρρ ⇒3. ; N091.0 N154.04. ; . N10000 cm125. a) y b) . 3481cm 3/831.0 cmg 3400 cm6. a) ; c) y ; N22.3 N21.10 31193 cm

7. ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Δ 1

21,92.0,/25 4

2

412

1 rrvpatmsm ρ

8. cmpasmsm 7.12,16875,/0.6,/5.19. cualquieraHhHhHhhhsiHhh ,,,,2/,, 212121 δδδ +=−=∴=⇒==+

10. scm /490 3

11. sm /2012. pasmsm 51011.1,/68.1,/42.0 ×13. del nivel donde emerge el agua m25.2

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