15.18. Durante los ventarrones de alta velocidad o los hura­canes, los techos de las casas se desprenden en algunas ocasiones; sin embargo, éstas no sufren ningún otro daño. Explique la causa por medio de diagramas.

15.19. Un niño pequeño golpea con un globo sobre el duc- to de calefacción de su casa y se soiprende al ver que el globo se mantiene suspendido arriba del con­ducto, balanceándose de un lado a otro. Explique la causa.

15.20. ¿Qué condiciones determinarán la capacidad máxi­ma de sustentación del ala de un avión aerodinámi­co? Justifique su respuesta con dibujos.

ProblemasSección 15.1 Densidad

15.1. ¿Qué volumen ocupan 0.4 kg de alcohol? ¿Cuál es el peso de este volumen?

Resp. 5.06 X 10-4 m3, 3.92 N15.2. Una sustancia desconocida tiene un volumen de 20

ft3 y pesa 3 370 Ib. ¿Cuáles son el peso específico y la densidad?

15.3. ¿Qué volumen de agua tiene la misma masa que 100 cm3 de plomo? ¿Cuál es el peso específico del plomo?

Resp. 1130 cm 3, 1.11 X 105 N /m 3 *15.4. Un matraz de 200 mL (1 L = 1 000 cm3) está lleno

de un líquido desconocido. Una balanza electrónica indica que el líquido en cuestión tiene una masa de 176 g. ¿Cuál es la gravedad específica del líquido? ¿Puede usted adivinar qué es ese líquido?

Sección 15.3 Presión de fluidos

15.5. Halle la presión en kilopascales producida por una columna de mercurio de 60 cm de alto. ¿Cuál es esa presión en lb/in2 y en atmósferas?

Resp. 80.0 kPa, 11.6 Ib /in 2, 0.79 atm15.6. Un tubo contiene agua bajo una presión manomé-

trica de 400 kPa. Si se cubre un orificio de 4 mm de diámetro en el tubo, con un trozo de cinta adhesiva, ¿qué fuerza tendrá que ser capaz de resistir la cinta?

*15.7. Un submarino se sumerge a una profundidad de 120ft y se nivela. El interior del submarino se mantiene a la presión atmosférica. ¿Cuáles son la presión y la fuerza total aplicadas a una escotilla de 2 ft de ancho y 3 ft de largo? El peso específico del agua del mar es de 64 lb/ft3 aproximadamente.

Resp. 53.3 Ib /in 2, 46 080 Ib15.8. Si usted construye un barómetro usando agua en lu­

gar de mercurio, ¿qué altura del agua indicará una presión de una atmósfera?

15.9. Un pistón de 20 kg descansa sobre una muestra de gas en un cilindro de 8 cm de diámetro. ¿Cuál es la

15.21. Explique por medio de diagramas cómo logra un lanzador de béisbol arrojar una bola rápida ascen­dente, una curva hacia fuera y una rápida descen­dente. ¿Cree que él preferiría lanzar en favor o en contra del viento para producir los tres efectos des­critos con anterioridad?

15.22. Dos recipientes idénticos están colocados sobre el piso uno junto a otro. Uno está lleno de mercurio y el otro está lleno de agua. Se hace un orificio en cada recipiente, a la misma profundidad por debajo de la superficie. Compare el alcance de los dos flui­dos al salir.

presión manométrica sobre el gas? ¿Cuál es la pre­sión absoluta? Resp. 39.0 kPa, 140.3 kPa

*15.10. Un tubo abierto en forma de U como el que mues­tra la figura 15.21 tiene 1 cm2 de sección transversal. ¿Qué volumen de agua deberá verterse en el tubo de la derecha para que el mercurio del tubo de la izquier­da se eleve 1 cm por encima de su posición original?

15.11. La presión manométrica en un neumático de auto­móvil es de 28 lb/in2. Si la rueda soporta 1000 Ib, ¿cuál es el área del neumático que está en contacto con el suelo? Resp. 35.7 ¡n2

*15.12. Dos líquidos que no reaccionen químicamente seencuentran en un tubo doblado como el que aparece en la figura 15.21. Demuestre que las alturas de los líquidos por encima de su superficie de separación son inversamente proporcionales a sus densidades:

h = £ l h2 Pi

*15.13. Suponga que los dos líquidos contenidos en el tuboen forma de U de la figura 15.21 son agua y aceite. Calcule la densidad del aceite si el agua se mantiene19 cm por encima de la interfaz y el aceite perma­

Capítulo 15 Resumen y repaso 325

Realizar el taller para entregar el lunes en clase en parejas

nece a 24 cm por encima de la interfaz. Use como referencia el problema 15.12. Resp. 792 k g /m 3

*15.14. Un manómetro de presión de agua indica una presión de 50 lb/in2 al pie de un edificio. ¿Cuál es la máxima altura a la cual subirá el agua en el edificio?

Sección 15.5 La prensa hidráulica

15.15. Las áreas de los pistones grande y pequeño de una prensa hidráulica son 0.5 y 25 in2 respectivamen­te. ¿Cuál es la ventaja mecánica ideal de la prensa? ¿Qué fuerza se tendrá que ejercer para levantar una carga de 1 tonelada (2000 Ib)? ¿A través de qué dis­tancia deberá actuar la fuerza de entrada para levan­tar esta carga hasta una distancia de 1 in?

Resp. 50, 40 Ib, 50 ¡n15.16. Una fuerza de 400 N se aplica al pistón pequeño de

una prensa hidráulica cuyo diámetro es 4 cm. ¿Cuál deberá ser el diámetro del pistón grande para que pueda levantar una carga de 200 kg?

15.17. El tubo de entrada que suministra presión de aire para operar un gato hidráulico tiene 2 cm de diámetro. El pistón de salida es de 32 cm de diámetro. ¿Qué presión de aire (presión manométrica) se tendrá que usar para levantar un automóvil de 1800 kg?

Resp. 219 kPa15.18. El área de un pistón en una bomba de fuerza es de

10 in2. ¿Qué fuerza se requiere para elevar el agua con el pistón hasta una altura de 100 ft?

Sección 15.6 Principio de Arquímedes

15.19. Un cubo de 100 g que mide 2 cm por lado se ata alextremo de una cuerda y se sumerge totalmente en agua. ¿Cuál es el empuje y cuál es la tensión en la cuerda? Resp. 0 .0784 N, 0.902 N

*15.20. Un objeto sólido pesa 8 N en el aire. Cuando este objeto se cuelga de una balanza de resorte y se su­merge en agua, su peso aparente es de sólo 6.5 N. ¿Cuál es la densidad del objeto?

*15.21 . Un cubo de madera cuyas aristas miden 5.0 cm cada una, flota en agua con tres cuartas partes de su volu­men sumergidas, (a) ¿Cuál es el peso del cubo? (b) ¿Cuál es la masa del cubo? (c) ¿Cuál es la gravedad específica del cubo?

Resp. (a) 0.919 N, (b) 93.8 g, c) 0.75*15.22. Un trozo de metal de 20 g tiene una densidad de 4000

kg/m 3. Está atada a un hilo delgado y se sumerge en un recipiente de aceite (1500 kg/m 3) hasta que se su­merge por completo. ¿Cuál es la tensión en el hilo?

*15.23. Se ha observado que la masa de un fragmento de cierta roca es de 9.17 g en el aire. Cuando el trozo se sumerge en un fluido de 873 kg /m 3 de densidad, su masa aparente es de sólo 7.26 g. ¿Cuál es la den­sidad de esa roca? Resp. 4191 k g /m 3

*15.24. Un globo de 40 m de diámetro está lleno de helio. La masa del globo, y la canastilla que lleva adjunta, es de 18 kg. ¿Qué masa adicional puede levantar consigo este globo?

Sección 15.7 Flujo de fluidos

15.25. A través de una manguera de 1 in de diámetro fluye gasolina con una velocidad media de 5 ft/s. ¿Cuál es el gasto en galones por minuto (1 ft3 = 7.48 gal)? ¿Cuán­to tiempo tardaría en llenar un tanque de 20 gal?

Resp. 12.2 g a l/m in , 1.63 min15.26. A partir de un depósito terminal de 3 cm de diá­

metro, fluye agua con una velocidad promedio de2 m /s. ¿Cuál es el gasto en litros por minuto (1 L = 0.001 m3)? ¿Cuánto tardará en llenarse un recipien­te de 40 L?

15.27. ¿Cuál tendrá que ser el diámetro de una manguera para que pueda conducir 8 L de petróleo en 1 min con una velocidad de salida de 3 m /s? Resp. 7.52 mm

*15.28. El agua que fluye de un tubo de 2 in sale horizontal­mente a razón de 8 gal/min. ¿Cuál es la velocidad de salida? ¿Cuál es el alcance horizontal del chorro de agua si el tubo está a 4 ft del suelo?

15.29. El agua que fluye a 6 m /s por un tubo de 6 cm pasa a otro tubo de 3 cm conectado al primero. ¿Cuál es su velocidad en el tubo pequeño? ¿Es mayor el gasto en el tubo más pequeño? Resp. 24 m /s, no

Sección 15.10 Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli

15.30. Considere la situación descrita en el problema 15.29. Si los centros de ambos tubos están sobre la misma recta horizontal, ¿cuál es la diferencia de presión entre los dos tubos conectados?

15.31 . ¿Cuál es la velocidad de salida del agua a través de una grieta del recipiente localizada 6 m por debajo de la superficie del agua? Si el área de la grieta es 1.3 cm2, ¿con qué gasto sale el agua del recipiente?

Resp. 10.8 m /s, 1.41 X 10~3 m3/s15.32. En el costado de un depósito de agua hay un orifi­

cio de 2 cm de diámetro, localizado 5 m por debajo del nivel del agua que contiene el depósito. ¿Cuál es la velocidad de salida del agua por el orificio? ¿Qué volumen de agua escapará por ese orificio en1 min?

*15.33. A través de un tubo horizontal fluye agua a razón de 82 f t3/min. Un manómetro de presión, colocado en una sección transversal de 6 in de diámetro de este tubo, presenta la lectura 16 lb /in2. ¿Cuál es la presión manométrica en una sección del tubo donde el diámetro es de 3 in? Resp. 11.1 lb / in 2

*15.34. El agua fluye a razón de 6 gal/m in a través de una abertura que se localiza en el fondo de un depósito cilindrico. El agua del depósito tiene 16 ft de pro­

326 Capítulo 15 Resumen y repaso