unidad 2 conozcamos los fluidos

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Unidad 2: Conozcamos los fluidos. 21/05/22 Lic. Carlos Mejia. 1 Estática de fluidos o Hidrostática. • Densidad y presión. Presión atmosférica. Principio de pascal. Aplicaciones. Principio de Arquímedes.

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Unidad 2: Conozcamos los fluidos.

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Estática de fluidos o

Hidrostática.

• Densidad y presión. Presión atmosférica. Principio de pascal. Aplicaciones. Principio de Arquímedes.

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Tipos de Fluidos• Fluidos reales• Los fluidos reales son los que presentan cierta

viscosidad, es decir, un rozamiento interno de sus moléculas. Tanto los líquidos como los gases presentan cierta viscosidad, aunque los líquidos son mas viscosos que los gases.

• Fluidos ideales• En los fluidos ideales no existen fuerzas de fricción, es

decir, no hay viscosidad entre sus moléculas. El agua y el aire pueden considerarse como fluidos ideales.

• En general, a través de los fluidos ideales se explican algunos principios básicos de la hidrostática (estudio de los líquidos en reposo).

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Masa y Peso.• La masa y el peso son diferentes propiedades, que se definen en

el ámbito de la física.

• La masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que el peso es una medida de la fuerza que es causada sobre el cuerpo por el campo gravitatorio.

• La masa se corresponde con el concepto común de cuán “pesado” es un objeto. Sin embargo, en realidad la masa es una propiedad inercial; o sea la tendencia de un objeto a permanecer moviéndose con una velocidad constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

• Según la Segunda ley de Newton, expresada por la fórmula F = ma un objeto con una masa, m, de un kilogramo sufrirá una aceleración, a, de un metro por segundo al cuadrado (aproximadamente un décimo de la aceleración causada por la gravedad terrestre) cuando actúe sobre el mismo una fuerza, F, de un Newton.14/04/23 Lic. Carlos Mejia. 3

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Peso especifico.• Se le llama peso específico a la relación entre

el peso de una sustancia y su volumen.• Su expresión de cálculo es:

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Densidad. • En física y química, la densidad (del latín densitas)

(símbolo del alfabeto griego, rho ρ) Rho = Densidad (Kg/m3) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia.

ρ = m/V• Alguna vez has sentido la consistencia del aceite, la miel y

el agua? En física, esta propiedad de los líquidos se denomina:

• Viscosidad y se define como la medida de la resistencia que opone un liquido al fluir.

• Los aceites para automóviles deben tener un grado de viscosidad que garantice el buen funcionamiento del motor y de los frenos del automóvil.

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Fluidos• Son fluidos los líquidos y

gases. Éstos se caracterizan por tener densidad y presión.

• Densidad• La densidad define como “la

masa por unidad de volumen”.

• La unidad de medida de la densidad en el SI es el kg/m3.

• 1 kg/m3 = 103 g/cm3 • 1 m3 = 1,000 litros

V

m

Sustancia Densidad (kg/m3)

Aire 1,20

Helio 0,18

Hidrógeno 0,09

Agua dulce 1 000

Hielo 917

Agua salada 1 030

Alcohol 806

Madera 373

Aluminio 2 700

Cobre 8 920

Hierro, Acero 7 800

Plomo 11 300

Oro 19 300

Mercurio 13 600

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Capilaridad y Tensión superficial.• La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de

su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

• Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja.

• El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

• Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

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Capilaridad y

Tensión superficial

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Presión• La fuerza ejercida por unidad de superficie es la presión.

• La presión es una cantidad escalar que cuantifica la fuerza perpendicular a una superficie.

• Si una fuerza perpendicular F actúa sobre una superficie A, la presión en ese punto es:

• La unidad en el SI de la presión es el pascal (Pa), donde:

1 Pa =1 N/m2

• Otras unidades de presión:

1 atm = 1,013 x 105 Pa

1 atm = 760 torr

1 mm de Hg = 1 torr

1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa

1 bar = 105 Pa

Fp

A F

F

A

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Presión atmosférica• La presión atmosférica es la presión ejercida por la masa

de aire que se encuentra directamente encima del área en consideración.

• La presión de una atmósfera es igual al peso que una columna de mercurio de 76 cm de altura que ejerce sobre un cm² .

• La presión atmosférica al nivel de mar es:

1,013 x 105 Pa = 1 atmósfera = 17,7 psi

• La presión atmosférica varía con el clima y con la altura.

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Presión en un fluidoo Un líquido en reposo con

densidad uniforme y ubicado en una región con g constante.

• Si determinamos el peso de la columna de fluido mostrada en la figura,

• Si se toma en cuenta que la presión x área es igual a la fuerza,

F ghA0p p gh

presión absoluta

o totalPresión atmosférica

Presión solo del liquido (hidrostática)

0p p gh

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• La presión manométrica, es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica.

• La presión que se mide con relación con el vacío perfecto se conoce con el nombre de presión absoluta.

p absoluta = p atmosférica + p manométrica

• Vasos comunicantes• La presión en la parte superior

de cada columna de fluido es igual a p0 (presión atmosférica).

• La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente.

Presión absoluta y manométrica

• Todos los puntos a una misma profundidad y mismo liquido se encuentran a la misma presión, sin importar la forma del recipiente:

p1= p2 = p3 = p4

1 2 3 4

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Medidores mecánicos de presión• Un medidor muy usado es

el medidor de presión de Bourdon.

• Al aumentar la presión dentro del tubo metálico, este desvía la aguja unida a él.

http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/media/manometro_tipo_bourdon_con_diafragma_man-r_l1-man-r.gif

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Principio de Pascal

• Todo cambio de presión en un punto de un fluido incompresible dentro de un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene.

• Aplicaciones del principio de Pascal

• Prensa hidráulica

• En el pistón pequeño se aplica una fuerza F1, la presión producida se transmite a todos los puntos del líquido, por lo que en el pistón grande la fuerza que se ejerce hacia arriba es: F2.

22 1

1

AF F

A

Se aplica una pequeña fuerza en este lado

Presión p debida a F1 transmitida por todo el fluido

La presión en este lado actúa sobre un área mayor y produce mayor fuerza

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• El principio de Arquímedes establece que,

• “Cualquier cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”.

• Región del espacio ocupada por agua en equilibrio.

• W fluido = Fempuje

Principio de Arquímedes

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LA ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES

• Fue Gay - Lussac quien unifico las tres leyes:  la ley de Boyle Mariotte (a T cte) y las dos leyes de Gay Lussac (a P cte y a V cte), enunciando la ecuación general de los gases.

• Nos da la relación entre la presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas.

• Esta ecuación general de los gases ideales globaliza las tres leyes estudiadas en una sola ecuación, que nos indica que:

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• La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante.

• Esto matemáticamente puede formularse como:

• donde:• p es la presión medida en atmósferas• V es el volumen medida en centímetros cúbicos• T es la temperatura medida en grados kelvin• k es la constante (con unidades de energía dividido por la

temperatura).

Ley combinada de los gases

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• Es la ley de los gases que combina la Ley de Charles y Gay-Lussac, la ley de Boyle y la ley de a Avogadro.

• Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante.

• La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).

PV = nRT• P= presiona absoluta; V= Volumen ocupado por el Gas; n=

N° de moles del gas (n= m/PM) y R = Cte. Universal de los gases= 0.0821atm.l/mol.K

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Derivación de los gases ideales

• Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:

• Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:

• Ley de Gay-Lussac: dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:

• Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.

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Combina las leyes

Ley de mariotte

Ley de avogadro

Charles –gay lussac

calculadas se refieren a cada una de las variables termodinámicas mientras todo lo demás es

constanteNos da la relación entre la presión

volumen y temperatura de una determinada masa

de gasSe utiliza para explicar la mecánica que se ven afectados de presión,

temperatura y volumen

EjemploLos acondicionadores de aire,

refrigeradores y la formación de nubes