mecÁnica de fluidos introduccion€¦ · 11. como obtenemos el teorema de bernoulli que no es más...

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1 OBETIVOS Identificar las leyes y principios generales de la hidromecánica. Aplicar las leyes de la hidromecánica en la explicación y solución de problemas. Aplicar los principios fundamentales de la mecánica en el análisis del equilibrio y movimiento de fluidos. Enunciar los principios de Pascal y Arquímedes. Generalizar las leyes de la hidromecánica aplicando el teorema de Bernoulli. MECÁNICA DE FLUIDOS INTRODUCCION La mecánica de fluidos es la última unidad sobre mecánica, que estudiaras en este curso de física. En esta oportunidad se aplicaran a los fluidos los conceptos de la mecánica estudiados en partículas y cuerpos rígidos. Sin embargo, restringimos nuestro estudio a fluidos aproximadamente ideales, es decir, que carezcan en la práctica de alta viscosidad como la poseída por el aceite, glicerina, melado o miel. RECUERDA QUE…. Fluido es todo cuerpo que puede desplazarse fácilmente cambiando de forma najo la acción de fuerzas pequeñas. Por esta razón el término de “fluidos” incluye tanto líquidos como gases. INSTITUCION EDUCATIVA NUESTRA SEÑORA DEL PALMAR Código: FR-17- GA Versión : 002 Emisión: 12/09/2008 MECÁNICA DE FLUIDOS DECIMO. Actualización : 02/12/2010

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Page 1: MECÁNICA DE FLUIDOS INTRODUCCION€¦ · 11. Como obtenemos el Teorema de Bernoulli que no es más que la ley de conservación de la energía en un fluido en movimiento y como se

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OBETIVOS

Identificar las leyes y principios generales de la hidromecánica.

Aplicar las leyes de la hidromecánica en la explicación y solución de

problemas.

Aplicar los principios fundamentales de la mecánica en el análisis del

equilibrio y movimiento de fluidos.

Enunciar los principios de Pascal y Arquímedes.

Generalizar las leyes de la hidromecánica aplicando el teorema de

Bernoulli.

MECÁNICA DE FLUIDOS

INTRODUCCION

La mecánica de fluidos es la última unidad sobre mecánica, que estudiaras

en este curso de física. En esta oportunidad se aplicaran a los fluidos los

conceptos de la mecánica estudiados en partículas y cuerpos rígidos.

Sin embargo, restringimos nuestro estudio a fluidos aproximadamente

ideales, es decir, que carezcan en la práctica de alta viscosidad como la

poseída por el aceite, glicerina, melado o miel.

RECUERDA QUE….

Fluido es todo cuerpo que puede desplazarse fácilmente cambiando de

forma najo la acción de fuerzas pequeñas. Por esta razón el término de

“fluidos” incluye tanto líquidos como gases.

INSTITUCION EDUCATIVA NUESTRA SEÑORA DEL PALMAR

Código: FR-17-GA

Versión : 002 Emisión: 12/09/2008

MECÁNICA DE FLUIDOS

DECIMO.

Actualización :

02/12/2010

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Además ten presente que los líquidos son incompresibles y los gases

adoptan su volumen al del recipiente que lo contiene.

1. ¿Cuáles son las ramas de la

mecánica de fluidos?

2. ¿Qué es densidad?

3. ¿Qué es presión?

4. ¿Cuáles son las unidades

de presión?

5. ¿Qué es presión

hidrostática?

6. ¿Qué es presión

atmosférica?

7. En qué consiste la

paradoja hidrostática.

8. Que es el principio de Pascal y en que se aplica.

9. Cuál es el principio de Arquímedes y en que se aplica.

10. Que significa la ecuación de continuidad y como la obtenemos

matemáticamente

11. Como obtenemos el Teorema de Bernoulli que no es más que la ley de

conservación de la energía en un fluido en movimiento y como se

aplica.

De acuerdo a los temas tratados en esta unidad, construye para el

laboratorio de mecánica de fluidos una mano hidráulica o un brazo hidráulico

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con tu grupo de laboratorio. Puedes guiarte con los siguientes link o

averiguar por ti misma el de tu preferencia.

Para la mano hidráulica…

http://www.youtube.com/watch?v=9EkTg85eFF8

http://www.youtube.com/watch?v=d2vLJtaDFdk

http://www.youtube.com/watch?v=0Po9Q6rKujY

Para el brazo hidráulico…

http://www.youtube.com/watch?v=6UbN58yORyE

http://www.youtube.com/watch?v=zRIYTfhZwP4

Favor tener en cuenta que debes traer todo listo para armarlo en el

laboratorio de física, NO DEBES TRAERLO HECHO, la nota consistirá en

observar como lo elaboras y si funciona o no la experiencia, además de

hacerle pruebas para ver la eficiencia de tu laboratorio y mientras esto se

hace explicar la base teórica que permitió el desarrollo del proyecto.

Anímate, participa y aprende.

“El optimista siempre tiene un proyecto; el pesimista, una excusa”. Anónimo.

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ECUACIONES MECÁNICA DE FLUIDOS

Densidad:

v

m

vm

Presión:

A

FP

Presión Hidrostática: ghP fH

Principio fundamental de la

hidrostática: hgP f

Principio de Pascal: (Prensa

hidráulica)

2

2

1

1

A

F

A

F

Empuje:

sf gVE

Fuerza resultante o peso

aparente:

Fr = P – E

Ecuación de Continuidad:

2211 VAVA

Gasto o Caudal:

VAQ

Teorema de Bernoulli:

2

2

221

2

11

22h

g

V

g

Ph

g

V

g

P

Teorema de Torricelli:

ghV 2

Ecuaciones M.U.A.:

V = V0 + a.t

tVV

x

2

0

2

2

0

tatVx

2

0

22 VVax

Variables y unidades:

Densidad:

33

;m

kg

cm

g

3310001

cm

g

m

kg

Masa: m kgg ;

Volumen: v 33 ; mcm

Presión: P

22

;cm

d

m

N

Fuerza: F dN ;

Área: A 22 ; mcm

Peso: P dN ;

Velocidad: V

s

m

s

cm;

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EJEMPLOS RESUELTOS

DENSIDAD:

1. Un recipiente de aluminio tiene una capacidad interior de 96 cm3. Si el recipiente

se llena totalmente de glicerina, ¿qué cantidad de glicerina en kilogramos llena el

recipiente?

2. Cierta aleación de oro y plata tiene una masa de 2174 g y un volumen de 145 cm3.

¿Qué tanto oro y plata en la aleación?

Sean:

Masa de oro = m1

Masa de plata = m2

De (1) se despeja m1 y se sustituye en (2):

m1 = 2174 – m2 (3)

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Este valor se reemplaza en (3):

m1 = 2174 – 745.14

m1= 1428.86 g de Oro

3. ¿Qué masa tiene un pedazo de hierro de 60 cm3?

PRESION

1. Un bloque de acero de forma de paralelepípedo tiene las siguientes dimensiones: 2

cm de largo, 1.5 cm de ancho y 1 cm de alto. Calcular la presión que ejerce el

bloque sobre la superficie en la cual se apoya, cuando se coloca sobre cada una de

sus caras.

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2. Una piscina de 25 m de largo, 12 m de ancho y 1.8 m de profundidad está llena de

agua. Calcular la presión que ejerce el agua sobre el fondo de la piscina.

PRESION ATMOSFERICA

1. ¿Cuál es la presión a una profundidad de 1240 m bajo el agua de mar? ¿Qué

fuerza actúa sobre una superficie de 4 m2 colocados a esta profundidad?

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2. Un hombre de 80 kg de masa está parado sobre una plataforma circular de 10 cm

de radio. La plataforma se coloca sobre un fuelle lleno de agua que a su vez se

comunica con un tubo vertical. ¿A qué altura sube el agua por el tubo?

3. Un tubo doblado en U contiene agua y aceite de densidad desconocida. La altura

del agua respecto a la superficie de separación es 9 cm y la altura de la columna de

aceite es 10.6 cm. ¿Cuál es la densidad del aceite?

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4. Teniendo en cuenta que el valor de la presión atmosférica es Pa = 1.013 x 106

d/cm2, calcula el valor aproximado del peso de la atmósfera, teniendo en cuenta

que el radio de la Tierra es 6.38 x 106 m.

PRINCIPIO DE PASCAL

1. El pistón de un gato hidráulico tiene 10 cm de diámetro, ¿qué presión en d/cm2 se

requiere para levantar un auto de 1500 kg de masa?

Diámetro = 10 cm

r = 5 cm

P = ?

m = 1.500 kg = 1.500.000 g

2. En una prensa hidráulica sus cilindros tienen radios de 12 cm y 25 cm

respectivamente. Si sobre el émbolo de menor área se ejerce una fuerza de 28 N,

¿qué fuerza ejerce la prensa hidráulica sobre el émbolo mayor?

r = 12 cm R = 25 cm

f = 28 N

F = ?

a

f

A

F

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PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

1. Un cuerpo de 20 cm3 de volumen se sumergen en alcohol .

¿Qué empuje experimentará?

2. Un bloque metálico pesa 176400 d en el aire y experimenta un empuje de

39200 d cuando se sumerge en el agua. ¿Cuál es el volumen y la densidad

del metal?

3. Un bloque de madera de 0.58 g/cm3 de densidad y dimensiones 20 cm x

8 cm x 4 cm flota en el agua. Calcular:

a. ¿Qué fracción de volumen se encuentra sumergida?

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b. ¿Qué fuerza adicional se debe hacer sobre el bloque para

sumergirlo completamente?

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HIDRODINAMICA

1. ¿Cuál es la velocidad de descarga del agua a través de un orificio circular

de 4 mm de diámetro, localizado a 6 m por debajo del nivel del líquido?

Calcula el gasto.

a. En un depósito abierto de paredes verticales, el agua alcanza una altura de

4 m. Se hace un pequeño orificio 50 cm por debajo del nivel del agua.

Calcular a qué distancia medida sobre el pie del depósito alcanza el suelo, el

chorro de agua que sale del orificio. ¿A qué altura por encima del fondo

debe hacerse un segundo orificio para que el alcance horizontal sea el

mismo del orificio anterior?

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Para que el alcance horizontal sea el mismo del orificio anterior un segundo

orificio debe hacerse a una altura por encima del fondo de 0.5 m.

NOTA

Estudia muy conscientemente los anteriores ejemplos, pues con ellos se te

evaluara la ACTIVIDAD 5.

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ACTIVIDAD DE LECTORA

Dado el tema de la mecánica de fluidos y su importancia en la aplicación del

medio ambiente, te invito a que consultes el siguiente link

http://todosobreelmedioambiente.jimdo.com/consejos . Acá encontraras

frases ambientales, canciones y cuentos, juegos ecológicos, consejos,

efemérides ambientales, recursos naturales, biodiversidad, problemas

ambientales, residuos sólidos, legislación ambiental, evaluación de impacto

ambiental, gestión ambiental, trabajos ambientales, videos entre otros, escoge

el tema que más te agrada y elabora un ensayo de una página en tu cuaderno de

física dando tu punto de vista.

ACTIVIDAD DE COMPETENCIA CIUDADANA

Escribe en mínimo cinco renglones que practicas tienes para cuidar el fluido

físico más preciado que tenemos.

Elaboró:

Prof. LILIANA BERTILDE SEPULVEDA BAEZ