Trabajo de Fluidos y Termodinmica

1. El anclaje de la parte superior y el bloque de 300 kg de la figura son perfectamente rgidos, soportando al bloque tres cables verticales de la misma seccin, siendo los laterales de acero y el central de hierro fundido. Determinar las fuerzas que ejercen cada uno de los cables sobre el bloque. Y (acero) = 2,0x1011 N/m2; Y (hierro fundido) = 8,7x1010 N/m2.

2. Sobre una pista de aire horizontal sin friccin, un deslizador oscila en el extremo de un resorte ideal, cuya constante de fuerza es 2.50 N/cm. En la figura, la grfica muestra la aceleracin del deslizador en funcin del tiempo. Calcule a) la masa del deslizador; b) el desplazamiento mximo del deslizador desde el punto de equilibrio; c) la fuerza mxima que el resorte ejerce sobre el deslizador.

3. El sistema de la figura adopta en reposo la posicin A. En ella el muelle, de constante K = 3 750 N/m est con su longitud natural, y las esferas, iguales y masa m = 5 kg, se articulan mediante varillas de masa despreciable y longitud l = 0,5 m (incluido el radio de las esferas). Obtener el valor del ngulo que forman las varillas con eje cuando se hace girar el sistema con velocidad angular w = 20 rad/s.

4. Queremos colgar un aro delgado de un clavo horizontal y hacer que tenga una oscilacin completa con ngulo pequeo una vez cada 2.0 s. Qu radio debe tener el aro?

5. Una muestra de aceite con un volumen inicial de 600 cm3 se somete a un aumento de presin de 3.6 x106 Pa, y el volumen disminuye 0.45 cm3. Qu mdulo de volumen tiene el material? Y qu compresibilidad tiene?

6. Un alambre de 10.0 m de largo y 152 g de masa se estira bajo una tensin de 255 N. En un extremo se genera un pulso y, 20.0ms despus, en el otro extremo se genera un segundo pulso. Dnde se encontrarn los dos pulsos por primera vez?

7. Determine la longitud de onda de una onda sonora de 5800 Hz que viaja a lo largo de una varilla de hierro.

8. Una cuerda de 0.65 kg de masa se estira entre dos soportes separados 8.0 m. Si la tensin en la cuerda es de 140 N, cunto tiempo tardar un pulso en viajar de un soporte al otro?

9. Un recipiente de secciones transversales A1 y A2 (ver figura) se encuentra abierto a la atmsfera, contiene un lquido de densidad y est hermticamente cerrado por dos mbolos sin peso unidos entre s por un alambre muy fino de longitud h. Si el sistema se encuentra en equilibrio, calclese la tensin del alambre. (No considerar el rozamiento de los mbolos con las paredes del recipiente.)

10. Un depsito est formado por una semiesfera de radio R que tiene adosado en su parte ms alta un cilindro de radio n veces menor que R y de altura h (ver figura); se llena el depsito con un lquido de densidad . Despreciando el peso del depsito frente al del lquido, calcular: a) La fuerza que acta sobre la base circular del depsito. b) La reaccin del suelo. 3) El valor de la fuerza total que se ejerce sobre la cpula semiesfrica.

11. Disponemos de una plancha de corcho de 1 dm de espesor; calcular la superficie mnima que se debe emplear para que flote en agua sosteniendo a un nufrago de 70 kg (ver figura). Masa especfica del corcho: 0,24 g /cm3.

12. Un bloque cbico de piedra de 1 m de lado y densidad 2,7 g /cm3 est justamente sumergido en agua, como se indica en la figura. Calcular el trabajo que se realiza al sacarlo hasta que su cara inferior coincida con el nivel del agua.

13. Un fluido circula en rgimen de Bernoulli por una tubera que primeramente se estrecha y luego se bifurca en las ramas que se indican en la figura. Si los dimetros correspondientes a stas son: d1 = 20 cm, d2 = 15 cm, d3 = 10 cm y d4 = 5 cm y las velocidades del fluido en los puntos 1 y 4 son 1 m/s y 3 m/s respectivamente, calcular las velocidades en los puntos 2 y 3.

14. Un fluido de densidad circula con caudal G y en rgimen de Bernoulli por una tubera cuyo dimetro se va reduciendo uniformemente (ver figura). Si en el punto 1 la velocidad del fluido es v1 y en el 2 es v2, determinar la expresin de la variacin del momento lineal en la unidad de tiempo entre las dos secciones.

15. Desde un depsito de gran extensin fluye agua en rgimen de Bernoulli como se indica en la figura. El depsito est abierto a la atmsfera y la presin es H = 740 mm de Hg. La altura del punto 1 es de 12 m con respecto a los puntos 3 y 4. La seccin transversal de la tubera en los puntos 2 y 3 es 300 cm2, y en el 4 de 100 cm2. Calcular: a) El caudal de agua que fluye por el punto 4. b) La presin en el punto 3. c) La altura del punto 2 para que la presin en l sea de 1,2 atm.

16. Tenemos un recipiente de paredes verticales lleno de un lquido hasta una altura h (ver figura). Demostrar que si abrimos un orificio a una distancia vertical de la superficie (y), la vena lquida tiene el mismo alcance que si lo abrimos a la misma distancia (y) del fondo.

17. En un depsito de gran seccin se practica un orificio a y = 1 m del suelo, como se indica en la figura. Colocamos en l un manmetro y nos indica una presin de 11,6 cm de Hg; quitamos el manmetro y dejamos salir el lquido, alcanzando una distancia x = 3 m. Calcular: a) La densidad del lquido. b) Altura H sobre el suelo a que se encuentra el nivel del lquido.

18. Una fuente diseada para lanzar una columna de 12 m de altura al aire, tiene una boquilla de 1 cm de dimetro al nivel del suelo. La bomba de agua est a 3 m por debajo del suelo. La tubera que la conecta a la boquilla tiene un dimetro de 2 cm. Hallar la presin que debe suministrar la bomba (despreciar la viscosidad del agua) y considerar el movimiento del agua en la manguera en rgimen de Bernoulli).

19. Un tanque de 20.0 litros contiene 0.225 kg de helio a 18.0 C. La masa molar del helio es de 4.00 g/mol. A) cuntos moles de helio hay en El tanque? B) calcule la presin en el tanque en Pa y atm.

20. En un depsito se tiene 1 m3 de agua a 5 C; se dispone de agua a 65 C que sale por un grifo a razn de 100 cm3/s. Calcular el tiempo que debe etar abierto el grifo para que la temperatura de la mezcla sea de 35 C, despreciando toda influencia del medio exterior. Calor especfico del agua: 1 cal /g K.

21. Un tanque cilndrico tiene un pistn ajustado que permite cambiar el volumen del tanque. El tanque contiene originalmente 0.110 m3 de aire a 3.40 atm de presin. Se tira lentamente del pistn hasta aumentar el volumen del aire a 0.390 m3. Si la temperatura permanece constante, qu valor final tiene la presin?

22. Tres moles de gas ideal estn en una caja cbica rgida que mide 0.200 m por lado. A) qu fuerza ejerce el gas sobre cada una de las Seis caras de la caja cuando su temperatura es de 20.0 C? B) qu fuerza ejerce si su temperatura se aumenta a 100.0 C?

23. La figura muestra la grfica P-V para una expansin isotrmica de 1.50 moles de un gas ideal, a una temperatura de 15.0 C. a) cul es el cambio en la energa interna del gas? Explique su respuesta. b) calcule el trabajo efectuado por el gas (o sobre ste) y el calor absorbido (o liberado) por el gas durante la expansin.

24. Una cantidad de aire se lleva del estado a al b siguiendo una trayectoria recta en una grfica PV. a) en este proceso, la temperatura del gas aumenta, disminuye o no cambia? Explique su respuesta. b) si Va= 0.0700 m3, Vb = 0.1100 m3 , Pa = 1.00 x105 Pa y Pb = 1.40 x 105 Pa, cunto trabajo W efecta el gas en este proceso? Suponga que el gas tiene comportamiento ideal.

25. Una mquina trmica opera empleando el ciclo de la figura. La sustancia de trabajo es 2.00 moles de helio gaseoso, que alcanza una temperatura mxima de 327 C. Suponga que el helio se puede tratar como gas ideal. El proceso bc es isotrmico. La presin en los estados a y c es de 1.00 x 105 Pa, y en el estado b, de 3.00 x 105 Pa. a) Cunto calor entra en el gas y cunto sale del gas en cada ciclo? b) Cunto trabajo efecta la mquina en cada ciclo y qu eficiencia tiene?

a) n=m/M=0.225Kg/0.004Kg/mo= 56.3 mol b) p=nRT/V= (56.3 mol)(0.08206 L.atm/mol.K)(291.15 K)/20.0 L 1 atm=101300N/M2, =67.2 atm = 6.81x10^6 Pa