Fuerza sobre superficie

Camarena Uribe Daniel Alberto 13300407Centeno Torres Brandon Ernesto 13300421

González León Jesús Martín 13300490Ruelas Ruelas Karina Annette 13300656

Sánchez Berlanga Galilea 133006674E2 T/M

22 Abril de 2015

Introducción

En la siguiente presentación se dará a conocer el tema de fuerza sobre fluidos estáticos, los tipos que ésta presenta, conceptos generales y la descripción de tipos de superficies, además del efecto que la gravedad causa en estos, así también se tratará de explicar lo más claro posible con recursos gráficos, y se presentará finalmente, una serie de preguntas para la reafirmación de su comprensión y una breve conclusión respecto al tema.

Antecedentes:Arquímedes: Siglo III a.C “Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje vertical ascendente igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo”

Blaise Pascal: (1623-1662) “ El incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible , contenido en un recipiente indeformable se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”

Desarrollo del temaHidrostáticaEs la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. La hidrostática estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos.

Desarrollo del temaFuerza hidrostática sobre una superficie plana sumergida sobre un fluido estático incomprensible:

En este caso no se tienen esfuerzos cortantes y se maneja solo distribuciones escalares de presión.

Esta distribución de presiones a lo largo de toda el área finita puede ser remplazada convenientemente por una sola fuerza resultante, con ubicación en un punto especifico de dicha área.

Desarrollo del temaSe divide en 4 subtemas importantes:

Superficies horizontales.Superficies planas inclinadas.Efecto de la fuerza superficial sobre un fluido confinado que permanece estático.Fuerza hidrostática sobre superficie curva sumergida.

Desarrollo del tema:Fluido confinado: El fluido debe llenar un conducto totalmente para que este se denomine confinado.“como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante”

Fluido estático: Todas las partículas se deben encontrar en reposo o a una velocidad constante con respecto a un punto de referencia inercial.

Desarrollo del tema:Efecto de la fuerza superficial sobre un fluido confinado que permanece estático:Si se ejerce una presión externa sobre una parte de la frontera de un fluido confinado compresible o incompresible, esta presión, una vez que cualquier movimiento del fluido ha cesado, actuará sin disminución alguna en todo el fluido.

Desarrollo del tema:La condición de equilibrio requiere que el incremento de presión en el extremo interior del elemento iguale la presión aplicada en la frontera. Como el elemento puede escogerse con cualquier longitud y localizarse en cualquier posición, la presión ejercida en la frontera debe transmitirse uniformemente a través del fluido.

Desarrollo del tema

Superficies Horizontales. Una superficie plana en una posición horizontal en un fluido en reposo esta sujeta a una presión constante. La magnitud de la fuerza que actúa sobre la superficie es:

F= p

Superficies Planas Inclinadas

La intersección del plano del área y la superficie libre se toma como eje x, el eje y se toma como el plano del área, con origen O, tal como se muestra en la superficie libre. El área inclinada arbitraria esta en el plano xy. Lo que se busca es la magnitud, dirección y línea de acción de la fuerza resultante debida al líquido que actúa sobre un lado del área.

Desarrollo del tema:Fuerzas Hidrostáticas sobre superficies curvas:La fuerza resultante de la presión sobre superficies curvas sumergidas no puede calcularse con las ecuaciones desarrolladas para la fuerza de la presión sobre superficies planas sumergidas, debido a las variaciones en dirección de la fuerza de la presión.

Desarrollo del tema:La fuerza resultante de la presión puede calcularse determinando sus componentes horizontales y combinándolos verticalmente. Las fuerzas ya que actúan de manera normal a estas superficies curvas la resultante resulta muy complicada de calcular por las diferentes direcciones, pero descomponiéndolas resulta muy fácil calcularlas.

Desarrollo del tema:Regla general para Curvas;La componente horizontal de la fuerza ejercida sobre una superficie curva es igual a la fuerza ejercida sobre el área plana formada por la proyección de aquella sobre un plano vertical.

Desarrollo del tema:La componente vertical de las fuerzas de presión que actúan sobre una superficie curva es igual en magnitud y dirección al peso de la columna de fluido, líquido y aire atmosférico que hay encima de dicha superficie. Si la superficie está en contacto con varios fluidos se trata de manera independiente la zona afectada por cada fluido.

ConclusionesA partir de la información recabada, se concluye que las fuerzas que actúan sobre un elemento se originan debido a la presión ejercida del fluido y a la fuerza de gravedad; ya que la presión varía según el área del objeto. También se comprende como la presión externa que actúa sobre un fluido deberá ser constante en todo el fluido y las características que este presenta debido a los principios físicos que cumple.

Referencias: 1. Garcés, F. J. (Enero de 2002). Hidráulica.

Recuperado el 21 de Abril de 2015, de Mecánica de Fluidos y Recursos Hidráulicos: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado_libre.htm

2. Rangel, E. (Desconocido). Presión hidrostática. Recuperado el 21 de Abril de 2015, de slideshare: http://es.slideshare.net/EstelaRangel/presion-hidrostatica-22271218?next_slideshow=1

3. Shames, I. H. (1995). Mecánica de fluidos. Colombia: McGraw-Hill.

 

Preguntas de repaso:

1.-¿Qué sucede si se ejerce una presión sobre una parte de la frontera de un fluido confinado compresible o incompresible?R= Una vez que cualquier movimiento del fluido haya cesado, actuará sin disminución alguna en todo el fluido.2.-¿Cómo podrá ser explicado el principio del efecto de la fuerza superficial sobre un fluido confinado que permanece estático?R= Funcionamiento del freno o gato hidráulico.

Preguntas de repaso:

3.- ¿A qué factor está sujeta una superficie plana horizontal de un fluido?R= A una presión constante4.- ¿De qué personajes se necesitó para llegar a la hidrostática actual?R= Pascal y Arquímedes.5.- ¿Cuáles son las características de un fluido estático?R= Todas sus partículas deberán estar en reposo o a una velocidad constante con respecto a un punto de referencia inercial

Preguntas de repaso:

6.- ¿Cuál es el principio de pascal?R= El incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible, contenido en un recipiente indeformable se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.7.- En el tema visto, ¿se tienen esfuerzos cortantes? R= No, se maneja solo distribuciones escalares de presión.8.- ¿Cómo afecta que el elemento pueda tener cualquier longitud y localizarse en cualquier posición?R= En nada, la presión ejercida en la frontera se transmitirá uniformemente a través del fluido.

Preguntas de repaso 9.- ¿Por qué se remplaza la distribución de presiones a lo largo de toda el área finita? R= Por una sola fuerza resultante, con ubicación en un punto especifico de dicha área