Liceo Bicentenario Via del Mar 3 ao medio

Liceo Bicentenario Viña del Mar 3° año medio 2° semestre 2018 Prof. Paula Durán Ávila Unidad 2: Mecánica de los Fluidos

s o l e d s a o d i e d i u p l o F r P

Objetivos de la clase Los estudiantes serán capaces de: �Diferenciar los estados de la materia a partir de sus distintas características de ella. �Identificar las propiedades básicas de un fluido por medio de la observación.

Recordando… Estados de la Materia Complete la siguiente tabla: Sólido Forma Volumen Fuerza Intermolecular Representación Líquido Gaseoso

Por si no sabias… P l a s m a

A partir de lo anterior… �¿Qué estados de la materia creen se pueden considerar fluidos?

FLUIDOS Características �Se deforman ante los esfuerzos de corte �No pueden soportar su propio peso �Toman la forma del recipiente que los contiene �Comprensibilidad: cambio en el volumen (líquido v/s gaseoso) �Tipos

Ejemplos Extraños �Asfalto �Experimento de la gota de brea

Ejemplos Extraños �Vidrio

Ejemplos Extraños �Fluido No Newtoniano

Propiedades de los Fluidos �Densidad (ρ) Es la relación entre la masa y el volumen Unidades del SI [kg/m 3] Depende de: ▪ Temperatura ▪ Presión Unidades de Medida Masa 1[kg] 1. 000[g] Volumen 1 [m 3] 1. 000[Lt] 1 [m 3] 1. 000[cm 3]

Material Aire Etano Aceite Hielo Agua de mar Densidad [kg/m 3] 1, 20 810 900 920 1000 Glicerina Acero Mercurio 1260 7800 13600 1030

EJERCICIO Nº 1 Se tienen 300 [kg] de una sustancia que ocupa un volumen de 100 [m³]. Su densidad en el sistema CGS es A) 3 (kg/ m³) B) 0. 3 (kg/ m³) C) 1 (kg/ m³) D) 3 (Kg/ cm³) E) 0. 3 (Kg. / cm³) 13

EJERCICIO Nº 2 Cuando cortamos a la mitad un trozo homogéneo de madera, su densidad I. aumenta. II. disminuye. III. no varía. Es(son) correcta(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) No se puede determinar E) Ninguna de las anteriores 14

Propiedades del Fluido �Presión: Fuerza que actúa por unidad de área. Unidad del SI: Pascal [Pa]

Complete la oración con mayor o menor. SI EL ÁREA DE APOYO PERMANECE CONTANTE: � A mayor fuerza, ________ presión � A menor fuerza, ________ presión La fuerza es directamente proporcional a la presión SI LA FUERZA PRODUCIDA ES CONSTANTE: � A mayor área, ________ presión � A menor área, ________ presión El área es inversamente proporcional a la presión

Dos bloque idénticos se apoyan en una mesa, ¿cuál de ellos genera una mayor presión sobre la superficie? ¿Por qué?

EJERCICIO Nº 3 Si la masa de una caja cuadrada es 12 kg y la presión que ésta ejerce sobre la superficie de una mesa son 120 Pascales, ¿cuál es el área de un lado de la caja? (considere g = 10 (m/s²) ) A) 10 (m²) B) 100 (m²) C) 12 (m²) D) 120 (m²) E) 1 (m²) 18

Presión Atmosférica (Po) �Presión que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre todos los cuerpos y la superficie terrestre. �A medida que se aumenta la altura la presión disminuye

Barómetro de Torricelli � Consiste en un tubo de vidrio de app. 1 metro cerrado por un extremo �El mercurio del tubo desciende hasta una altura aproximada de 76 cm. �Esta medición fue realizada a nivel del mar. � 1[atm] = 76[cm Hg]

UNIDADES DE (Po) Sistema Internacional: 1 (atm) = 101. 300 (Pascales) CGS: 1 (atm) =1. 013. 000 (barias) Medidas a nivel del mar. RELACIÓN ENTRE ALGUNAS UNIDADES DE PRESIÓN 1 (atm) = 760(torr) 1 (atm) =76 (cm Hg) 1 (mm Hg) = 133 Pascales 1 Pascal = 10 barias 1 milibar = 0, 76 (mm) de mercurio. 21

Ecuación Fundamental de la Hidrostática �La presión en un fluido se debe al peso de una columna de líquido sobre una determinada superficie. �A cierta profundidad, un líquido ejerce la misma presión contra cualquier superficie. �Permite calcular la presión en el interior de cualquier fluido Densidad ρ [kg/m 3] Profundidad h [m] Aceleración de gravedad g [m/s 2] Presión P [Pa] Presión atmosférica Po [Pa]

EJERCICIO Nº 4 Una piscina de 10 [m] de profundidad se encuentra llena de agua. ¿Cuál es la presión, en el fondo, debido únicamente al peso del agua? A) 300 (k. Pa) B) 150 (k. Pa) C) 600 (k. Pa) D) 200 (k. Pa) E) 100 (k. Pa) 23

EJERCICIO Nº 5 Para la pregunta anterior. Si sabemos que la presión atmosférica local vale Po = 76 [cm Hg], ¿cuál es la presión total en el fondo de la piscina? A) 76 (k. Pa) B) 176 (k. Pa) C) 201 (k. Pa) D) 200 (k. Pa) E) 101 (k. Pa) 24

VASOS COMUNICANTES � Instrumento compuesto por varios depósitos comunicados en su parte inferior por una base común. Si se vierte un líquido en su interior, alcanza la misma altura en cada uno. Simultáneamente, a la misma profundidad, el líquido registra igual presión. 25

EJERCICIO Nº 6 Supón que en cierta obra los albañiles unieron dos mangueras de distinto diámetro para nivelar los azulejos. Al tener las mangueras diámetros diferentes A) no se puede realizar la medición. B) en la manguera de mayor diámetro, el agua alcanza mayor altura. C) no afecta en los niveles de agua, luego alcanzan la misma altura. D) en la manguera de menor diámetro, el agua alcanza mayor altura. E) la nivelación es inexacta. 26

PRINCIPIO DE PASCAL �La presión que se ejerce sobre un punto de un fluido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas direcciones. 27

Aplicación: Maquinas Hidráulicas �Por ejemplo: frenos hidráulicos, elevadores hidráulicos, prensa hidráulica.

Ejercicio N° 6 �¿Qué fuerza es necesario aplicar en el émbolo pequeño, de 0, 02[m²], si con ella se obtienen 6000[N] de salida en el émbolo mayor, de 10[m²]?

Ejercicio N° 7 �Un elevador hidráulico tiene émbolos de 5[mm] y 5[m]. Sobre el pequeño se coloca un saca de papas de 5[kg]. Determina ¿Qué masa se puede levantar en el otro extremo?

Contenidos Vistos �Definición de fluidos �Densidad �Presión Hidrostática �Principio de Pascal

Guía de Ejercicios N° 4 1. Se sabe que un líquido A flota en un líquido B, luego el mismo líquido A se hunde al ser depositado en un líquido C. Finalmente se colocan los 3 líquidos en un mismo recipiente. Dibuje el recipiente indicando en qué lugar se encontrará cada líquido. Explique. 2. Si la densidad del aceite de comer es de 920[kg/m 3], ¿Cuánto litros de aceite hay en 0, 700[kg]? (R: 0, 76[lt]) 3. Si la densidad de la gasolina es de 0, 7[g/cm 3], ¿Cuántos kilogramos de gasolina contiene un estanque de 35[lt]? (R: 24, 5[kg]) 4. Una bola de Bowling masa 7[kg] y tiene un volumen de 0, 025[m 3]. Calcule su densidad. (R. 280[kg/m 3]) 5. Calcule la densidad de una pelota de futbol que masa 1, 7[Kg] y su radio es de 0, 12[m]. Recuerde que el volumen de una pelota es V=πR 3 (R: 313, 31[Kg/m 3]) 6. Se coloca un ladrillo de dimensiones 10 cm x 5 cm x 6 cm y 20 [N] de peso sobre el suelo. ¿Sobre cuál cara A, B o C, se ejercerá mayor presión? Explique su razonamiento. 7. Un faquir posee dos “camas” del mismo tamaño, una con 500 clavos y otra con 1000 clavos. Basándose en su conocimiento de la presión ¿En cuál de las camas cree usted que estaría más “cómodamente” instalado? 8. Una joven de 60[kg] con una fuerza de gravedad de 600[N], está descalza apoyada sobre sus 2 pies. La superficie de contacto de los dos pies es de 0, 015[m 2]. ¿Qué presión ejerce sobre el suelo? , ¿Cuántas veces es mayor la presión si se sostiene en un solo pie sobre una superficie de 0, 0002[m 2]? (R: 40000[Pa], 3000000[Pa]) 9. Un cilindro metálico posee 80[kg] y un peso de 800[N], 2[m] de altura y un área de 0, 0025[m 2]. Si una de sus bases está en contacto con el piso, ¿qué presión ejerce el cilindro sobre el suelo? (R: 320000[Pa]) 10. ¿Qué presión ejercerá un elefante joven de 4000[kg], con una fuerza peso de 40000[N] suponiendo que sus patas son aproximadamente circulares con una área de 0, 2[m 2]? ¿Cuántas veces es mayor la presión si se para sobre sus dos patas traseras? (R: 50000[Pa], 100000[Pa]) 11. La presión que ejerce una columna de agua sobre el fondo de una probeta es de 1, 5[k. Pa] ¿Qué altura de agua contiene la probeta? (R: 0, 152[m]) 12. El organismo humano puede ser sometido, sin consecuencias nocivas, a una presión máxima de 400000[Pa]. Considerando la presión atmosférica igual a 100000[Pa] y g=10[m/s 2], ¿Cuál es la máxima profundidad recomendada a un buzo? (Considere la densidad del agua pura) (R: 30[m]) 13. Un gran depósito contiene dos líquidos, A y B, cuyas densidades son ρ A=700[kg/m 3] y ρB=1500[kg/cm 3] (véase figura de este problema). La presión atmosférica local es igual a 1 atm. (a) ¿Cuál es la presión el punto (1) indicado en la figura? (b) Calcule la presión en el punto (2) de la figura (considere g=10[m/s 2]). (c) ¿Qué valor tiene la presión ejercida en el punto (3)? (R: a) 101000[Pa]; b) 171000[Pa]; c) 291000[Pa]) 14. En una prensa hidráulica el radio de sus émbolos es de 10 cm y 100 cm respectivamente. Si sobre el émbolo de menor área se ejerce una fuerza de 70 N, ¿cuál es la intensidad de la fuerza F que se ejerce sobre el de mayor área, para mantener el equilibrio? 15. En una gata hidráulica el pistón pequeño tiene un radio de 2 cm y el pistón grande un radio de 20 cm. Si un auto que se sube a él tiene una masa de 2. 000 kg, ¿cuál es la fuerza que debe ejercerse sobre el pistón pequeño para elevarlo ?