(Microsoft PowerPoint - Sesion 18 Hidrost\341tica)

UTP
FIMAAS
FLUIDOS.
Física
Curso: Física General
Sesión Nº 18 : Hidrostática
• Bibliografía
• Física Universitaria; Sears, Zemansky,
Young, Freedman XI Edición.
• Física General; Carel W., Daniel
Schaum
Profesor: Carlos Alvarado de la Portilla
El Objeto de la presente conferencia es
revisar los siguientes temas:
1.- Definición de fluido.
2.- Definición de densidad.
3.- Definición de presión.
4.- Ley de variación de la presión en un líquido.
(Teorema general de la hidrostática)
5.- Principio de Pascal.
6.- Principio de Arquímedes y fuerza de flotación.
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1.- Definición de fluido.
• Los fluidos son
sustancias que no
poseen forma propia por
tener sus moléculas muy
movibles.
• Lo comprenden los
líquidos y los gases.
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2.- Definición de densidad.
Densidad absoluta de un fluido “ρ”.La densidad “ρ” de cualquier material se define
como la cantidad de masa “m” contenida por
cada unidad de volumen “v”. Es una propiedad
de cualquier sustancia.
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Densidad “ρ”
• La densidad es una magnitud física escalar,
su unidad de medida en el SI es el Kg/m3.
• Si un cuerpo tiene la misma densidad en todo su
volumen, es decir constante, se dice que es
homogéneo, en caso contrario es heterogéneo, en
este caso el cuerpo tiene
una distribución de masa variable dentro del volumen.
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Peso específico de una sustancia “γ”
Unidades de densidad.
Kg/m3 ;
• Para sólidos y líquidos usualmente:
utm/m3
• Para gases usualmente: g/l ; g/cm3
• Densidad del agua a 4°C;
ρ = 1g/cm3; 1000 Kg/m3; 102.4 utm/m3;
g/cm3;
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• Es la relación que expresa el peso de una
sustancia por unidad de volumen de la misma
sustancia.
donde: m: masa de la sustancia
g: gravedad, v: volumen
ρ: densidad, γ: peso específico
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Unidades del peso específico.
• Para sólidos y líquidos usualmente:
Newton/m3 (N/ m3); dina/cm3; Kgf/m3(Kp/m3)
• Para gases usualmente: dina/l ; dina/cm3
• Peso específico del agua a 4°C;
γ = 980 dinas/cm3; 9800 N/m3; 1000 Kp/m3;
Densidad relativa de una sustancia”δ”
Densidad relativa de una sustancia “δ ”.Es la relación que existe entre la densidad absoluta
de una sustancia y la densidad de otra sustancia
que se toma como patrón (generalmente el agua).
En los gases la densidad relativa se refiere al aire.
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Otras expresiones de la densidad relativa.
Valores de la densidad de algunas sustancias.
Como:
Entonces:
Similarmente:
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Algunos ejemplos de la densidad.
• Nos representa por ejemplo el grado de
concentración de la disolución de una sustancia en
otra: las baterías (acumuladores de plomo)
contienen una disolución de ácido sulfúrico y agua
destilada y dependiendo de ella puede estar cargada
o descargada.
• Nos representa el grado de flotabilidad que puede
tener un cuerpo, respecto de un fluido en el que se
encuentra inmerso.
3.- Definición de Presión “p”
• Cuando hablamos de presión, nos referimos
a la fuerza “normal al plano” que se ejerce
sobre una unidad de superficie.
• Unidadaes de presión
Newton ; Kp ; dina
m2
m2
cm2
La presión atmosférica= 1.033 Kgf/cm2
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4.- Teorema fundamental de la hidrostática
La diferencia de presión entre dos puntos
de un líquido en equilibrio es igual al peso
específico de ese líquido por la altura entre
ambos puntos.
PB – PA = ρgh
PA, PB = Presiones en los puntos A y B
ρg = Peso específico del líquido
h = Altura
Cuando un fluido esta
“quieto”, la única fuerza que
actúa sobre un punto del
fluido es el peso de la parte
del fluido que esta sobre él.
Si consideramos una columna
de fluido que alcanza una
profundidad “h”. La superficie
“S” soporta la fuerza “F”
debida al peso de la columna
de fluido que actua sobre ella.
F= m g
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• El peso del cilindro sombreado
es :
F= m g
y como m = ρ V
F = ρ (S h) g
V= Sh
• Entonces la presión “P”del fluido
sobre la superficie “S” será:
P= F/S es:
P=ρgh;
Entonces la presión “P”
del fluido sobre la
superficie “S” será:
P= F/S es:
P=ρgh
Esta es la presión debida al
fluido.
Suponemos que la densidad
del fluido no varia con la
profundidad, es decir es un
fluido incompresible.
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Entonces la presión “P”
en cualquier punto del
seno de un fluido será:
P=ρgh
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La presión hidrostática.
Los líquidos no reciben
presiones únicamente del
exterior. También el
propio líquido pesa, y esa
fuerza peso va siendo
mayor conforme la
profundidad medida
desde la superficie libre
del líquido aumenta
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5.- Principio de Pascal.
La presión ejercida sobre la superficie de un
líquido contenido en un recipiente cerrado se
transmite a todos los puntos del mismo con la
misma intensidad.
P=ρgh
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Principio de Pascal continuación.
Algunas aplicaciones
• El principio de Pascal se aplica en la
hidrostática para reducir las fuerzas que
deben aplicarse en determinados casos. Un
ejemplo del Principio de Pascal puede verse en
la prensa hidráulica
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6.- Principio de Arquímedes.
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¿Cuál es el valor del empuje?
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo
total o parcialmente sumergido en un fluido
experimenta un empuje vertical de abajo y hacia
arriba, cuyo valor es igual al peso del volumen del
fluido desalojado.
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Flotabilidad ¿Cuándo flota un cuerpo?
E
P
• Las fuerzas aplicadas
sobre un cuerpo
sumergido son el peso P
del cuerpo y el empuje
del líquido E.
• La condición de flotación de un cuerpo de
densidad homogénea es que el empuje E del
líquido supere al peso del cuerpo P; es decir el
cuerpo flotará si el peso del cuerpo es menor
que el peso del fluido desalojado.
• Si E > P entonces el cuerpo flota.
• La relación entre estas
dos fuerzas determina la
flotabilidad del cuerpo
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Ejemplo de empuje
PREGUNTAS
• ¿ Por qué un trozo de plomo de (por ejemplo)
algunos gramos se hunde en el agua y sin
embargo un barco de varias toneladas flota
en ella ?
• El principio de Arquímedes explica la
naturaleza de la flotabilidad.
• Al introducir un extremo de la balanza en un
recipiente con agua, aparece el empuje (que
es igual al peso del volumen de agua
desalojada). Por lo tanto se hace presente
una pérdida de peso aparente.
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Conclusiones.
• Hemos revisado conceptos de
1.- Definición de fluido.
2.- Definición de densidad.
3.- Definición de presión.
4.- Ley de variación de la presión en un líquido.
(Teorema general de la hidrostática)
5.- Principio de Pascal.
6.- Principio de Arquímedes y fuerza de
flotación.
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Experimento.
•
•
•
•
Determinar el peso que marca la balanza de
resorte.
Determinar el peso que marca la balanza de pie.
Recipiente con un fluido (agua).
Pieza de hierro.
Balanza de resorte (peso colgado).
Balanza de pie (peso descansado).
AGUA
BALANZA
DE PIE
Peso del agua (Pa)
Peso del hierro (Ph)
(Ph)
AGUA
AGUA
BALANZA
DE PIE
BALANZA
DE PIE
Peso del agua mas
peso del hierro en el fondo del recipiente.
(Pa)
Peso del hierro sumergido (Phsum)
empuje
Peso= mg
Lectura de balanza = Pa + Ph
Phsum = Ph - empuje
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Peso del agua mas
peso del hierro suspendido (PT).
(Phsum)
(PT).
PT = Pa + empuje
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