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