uach bachillerato lab 11 hidrodinamica

Laboratorio 11HidrodinámicaHidrodinámica

Dr. Willy H. GerberInstituto de FisicaUniversidad Austral

Valdivia, Chile

Objetivos: Aplicar los conceptos de hidrodinámica.

www.gphysics.net – UACH‐Bachillerato‐Lab‐11‐Version 11.08

Repaso

Repaso & Complemento(aspectos de turbulencia son complementarios)

Conceptos y Ecuaciones que debemos dominarpara poder aprovechar el laboratorio


Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!!

Repaso

Dos tipos de corrientes:“laminar” “turbulento”

Numero de Reynold [‐] Re < 2000 Re > 4000y [ ]Densidad medio [kg/m3]Distancia característica [m]Velocidad relativa [m/s]Viscosidad medio [Pa s]Viscosidad medio [Pa s]


Re < 20 Re > 2000

Repaso

Fuerza de resistencia

“laminar” “turbulento”

R 2000Re < 20 Re > 2000

Fuerza de resistencia [N]Radio de la esfera [m]Viscosidad del medio [Pa s]

Fuerza de resistencia [N]Coeficiente de resistencia [‐]Perfil del cuerpo (esfera ) [m2]


Viscosidad del medio [Pa s]Velocidad relativa [m/s]

Perfil del cuerpo (esfera ) [m2]Densidad del medio [kg/m3]Velocidad relativa [m/s]

Repaso

Perfil de velocidad en tubo

Velocidad [m/s]Radio del tubo [m]Radio del tubo [m]Viscosidad del medio [Pa s]Radio [m]Largo del tubo [m]V i ió ió [P ]

Ancho de capa de borde [m]Densidad del medio [kg/m3]


Variación en presión [Pa]Volumen transportado [m3]Tiempo transcurrido [s]

Velocidad media [m/s]

Repaso

Conservación del liquido (valido en caso de turbulencia considerando promediostemporales por efecto de variaciones de la velocidad)

“laminar” “turbulento”laminar turbulento

Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección [m/s]Densidades promedio

Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección y en el tiempo [m/s]Densidades promedio


Densidades promedioen la sección [kg/m3]

Densidades promedio en la sección y en el tiempo [kg/m3]

Repaso

Ecuación que describe el flujo

“laminar” “turbulento”

Ecuación de Bernoulli

Modelo que describaDensidad del medio [kg/m3]

Velocidad [m/s]un flujo turbulento

Velocidad [m/s]Presión [Pa]Aceleración gravitacional [m/s2]Profundidad [m]

$ 1 000 000

Posición [m]

Nota: Bernoulli solo aplica para


$ 1,000,000.‐p p

líquidos/gases incompresibles y en que la viscosidad es despreciable.

Misión

Misión

Estudiar el flujo de un liquido y la fuerza de resistencia que experimenta un objeto inmersoresistencia que experimenta un objeto inmerso

¿Cuál la velocidad con que se vacía un envase?¿Cuál la velocidad con que se vacía un envase?‐ ¿Qué empuje actúa sobre un cuerpo sumergido?

‐ ¿Cómo funciona un densímetro?‐ ¿Cómo se mide la presión sanguínea?


Guía

1. Fuerza de Stokes

Ayuda:

‐ obtenga la ecuación de la fuerza gravitacional sobre la bolita en función de la densidad del vidrio (analítico)

‐ obtenga la ecuación del empuje del liquidosobre la bolita (analítico)

‐ obtenga la ecuación de la fuerza de resistencia‐ obtenga la fuerza total (analítico)obtenga la fuerza total (analítico)‐mida la velocidad en tres segmentos iguales de la probeta (medición)

‐ escoja aquel segmento en que la velocidad noi ( áli i )varia (análisis)

‐ aplique para este caso la ecuación de la fuerzatotal para calcular la viscosidad del liquido (calculo). Asuma:


( )

Guía

2. Establecer la ecuación de vaciado del estanque

Ayuda:

‐ escriba la ecuación de Bernoulli en la superficiedel estanque (analítica)

‐ escriba la ecuación de Bernoulli a la altura dela salida (analítica)la salida (analítica)

‐ escriba la ecuación de Bernoulli en el orificio de salida (interior) (analítica)

‐ escriba la ecuación de continuidad entre la superficie y la altura del orificio (analítica)

‐ escriba la ecuación de continuidad entre la altura del orificio y el orificio mismo (analítica)

‐ obtenga la ecuación de velocidad en la parteobtenga la ecuación de velocidad en la parte superior en función de la del orificio (analítica)

‐ obtenga la ecuación de velocidad media en el orificio en función de la altura de la columna


(analítica)

Datos se proveerán durante la medición en el Lab.

Guía

3. Calcular

Ayuda:‐ obtenga la ecuación de velocidad en el orificio

l l di d l l fpara el caso que el radio de la columna fueseinfinito (ley de Torrichelli) (analítica)

‐ obtenga la ecuación de la altura sobre la que trabajará (calculo) A=0 000007 m/s2j ( )

‐ derive la ecuación para obtener la velocidad (analítica)‐ obtenga las constantes A, B y C de las ecuaciones derivadas anteriormente (analítica)compare los A B y C calculados con los medidos (calculo)

A=0.000007 m/s2B=‐0.00254 m/sC=0.2403 m

‐ compare los A, B y C calculados con los medidos (calculo)‐ grafique la curva de altura vs tiempo (calculo)‐ grafique la curva de la velocidad en lacolumna vs tiempo (calculo)

‐ grafique la curva de la velocidad en el orificiovs tiempo (calculo)

‐ ¿en que rango esta el numero de Reynold en la columna? ¿Que significa esto? (calculo)


en la columna? ¿Que significa esto? (calculo)‐ ¿en que rango esta el numero de Reynold en el orificio? ¿Que significa esto? (calculo)

Configuración

Configuración


Viscosidad del medio



VideoCom

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Ejecutar Programa

Ejecutar VideoCom Movimientos. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:

Mover el objeto marcado para versi la cámara lo detectasi la cámara lo detecta


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