Fis2 unidad 2
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Este documento presenta los conceptos fundamentales de la mecánica de fluidos. Explica que la mecánica de fluidos estudia el movimiento y las fuerzas en líquidos y gases. Define fluido y densidad, y describe las unidades de medición de presión como la presión atmosférica, presión absoluta y presión manométrica. Finalmente, proporciona algunos ejemplos y ejercicios sobre estos conceptos.
Fis2 unidad 2
- 1. Arturo Dávila Obando arturo.davila@upnorte.edu.pe WORKING ADULT FÍSICA II Mecánica de Fluidos
- 2. Al finalizar esta sesión el estudiante estará en condiciones de Formular, interpretar y aplicar la mecánica de Newton para comprender los principios y leyes de la Estática y la Dinámica de los fluidos. Logros
- 3. Rama de la Física que estudia el movimiento de los fluidos ( líquidos y gases) así como las fuerzas que lo producen.
- 5. Es toda sustancia que se deforma continuamente ante la presencia de fuerzas tangenciales o de corte. (lo que provoca que carezcan de forma definida. El fluido se deforma de abcd a la nueva posición ab’c’d
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- 8. La densidad de cualquier sustancia homogénea se define como su masa por unidad de volumen (densidad media). Para materiales no homogéneos La unidad de medición de la densidad en el SI es el kg/m3. 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 V M d dV m Material kg /m3 g /cm3 Aire 1,29 0,00129 Helio 0,18 0,00018 Hidrógeno 0,09 0,00009 Agua dulce 1 000 1,000 Hielo 917 0,917 Agua salada 1 030 1,030 Alcohol 806 0,806 Gasolina 680 0,680 Material kg /m3 g /cm3 Plata 10 500 10,500 Cobre 8 920 8,920 Hierro 7 860 7,860 Plomo 11 300 11,300 Oro 19 300 19,300 Mercurio 13 600 13,600 Madera 373 0,373 Aluminio 2 700 2,700
- 9. 9 Presión Se define como la acción de la componente de la fuerza perpendicular a la superficie (fuerza normal Fn) por unidad de superficie sobre la cual actúa. S F P nF Fn S 2 N Pa m
- 10. PSI atm mm Hg Bar Pa PSI 1 0,0680 51,72 0,0689 7,142 atm 14,7 1 760 1,0131 1,013 x105 mm Hg 0,019 3 0,001 3 1 0,001 33 133 Bar 14,5 0,987 1024 1 105 Pa 1,4 x10-4 0,987x10-5 0,0075 10-5 1
- 11. Ejemplo 1: Presión de un objeto sobre el suelo Sobre el suelo hay un bloque de aluminio, de medidas a = 20,0 cm de alto, b = 30,0 cm de ancho y c = 40,0 cm de largo. ¿Qué presión ejerce el bloque sobre el suelo en cada caso?(ver figura) Solución: Volumen del bloque: V = 0,200 m x 0,300 m x 0,400 m = 0,0240 m3 Área de contacto S1=0,300 m x 0,400 m = 0,120 m2 S2=0,300 m x 0,200 m = 0,060 m2 La fuerza que actúa sobre el área de contacto , es el peso del bloque: F mg Vg 81,90240,07002 F NF 636 S F P n PaP P 3 1 1 1030,5 120,0 636 PaP P 4 2 2 1006,1 0600,0 636
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- 14. PaatmPo 5 10013,11 Es la presión ejercida por el aire en cualquier punto de la atmósfera. La presión atmosférica normal al nivel del mar es: La fuerza que actúa sobre 1 m2 de área es: La presión atmosférica varía con el estado del tiempo y con la altitud. Variación de la presión atmosférica con la altura: NF 5 10013,1 0 0 h h Ap p e Donde ho=8,60 km y Po = 1,013 x 105 Pa
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- 18. Presión ABSOLUTA: La presión que se mide con relación con el vacío perfecto. Es igual a la presión atmosférica más la presión manométrica. Presión MANOMÉTRICAica : Indica en cuánto la presión del fluido es mayor o menor que la atmosférica. Por ejemplo: pm = 300 Pa indica que el fluido tiene una presión de 300 Pa por encima de la atmosférica. pm = -500 Pa indica que el fluido está sometido a una presión de 500 Pa menos que la atmosférica. 0 mp p p
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- 24. 24 Algunos ejemplos de prensa hidráulica Gata hidráulica Silla de dentista Freno hidráulico Brazo hidráulico
- 25. 25 Completamente sumergido Parcialmente sumergido
- 27. Cuando un cuerpo homogéneo y simétrico está sumergido en dos o más fluidos de diferentes densidades, experimentará la acción de un empuje resultante (total) igual a la suma de los empujes de cada fluido. Luego entonces la fuerza de flotación total será: A B C A hC hA hB total A B CE E E E total A A B B C CE gV gV gV CC BB AA hAV hAV hAV
- 29. El agua en un tanque se presuriza con aire y se mide la presión con un manómetro de fluidos múltiples, como se muestra en la figura. El tanque está en una montaña a una altitud de 1 400 m, donde la presión atmosférica es de 85.6 kPa. Determine la presión del aire en el tanque si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m, y h3=0.35 m. Tome las densidades del agua, el aceite y el mercurio como 1 000 kg/m3, 850 kg/m3, y 13 600 kg/m3, respectivamente.
- 30. Una muestra de mineral pesa 17.5 N en el aire pero, si se cuelga de un hilo ligero y se sumerge por completo en agua, la tensión en el hilo es de 11.2N. Calcule el volumen total y la densidad de la muestra. 30
- 31. Una rana en una vaina semiesférica se encuentra flotando sin hundirse en el mar (ρ= 1.35g/cm3). Si la vaina tiene un radio de 8cm y una masa despreciable ¿Cuál es la masa de la rana? 31
- 32. Un lingote de Aluminio solido pesa 89N en el aire. ¿Qué volumen tiene? El lingote se cuelga de una cuerda y se sumerge por completo en agua. ¿Qué tensión hay en la cuerda (el peso aparente del lingote en agua)? 32
- 33. Una roca cuelga de un hilo ligero. Cuando está en el aire, la tensión en el hilo es de 39,2N. Cuando está totalmente sumergida en agua, la tensión es de 28.4N. Cuando está totalmente sumergida en un líquido desconocido, la tensión es de 18,6N. Determine la densidad del líquido desconocido. 33
- 34. Una esfera de plástico flota en el agua con 50% de su volumen sumergido. Esta misma esfera flota en aceite con el 40% de su volumen sumergido. Determine las densidades del aceite y de la esfera. 34
- 35. Bibliografía 1. SEARS, ZEMANSKY,YOUNG Física universitaria vol. 1. 2. Hugo Medina Guzmán. Fisica II 3. Pablo Vilela Proaño. Fisica PUCP 4. Katia Zegarra. Fisica PUCP 5. RAYMOND SERWAY Física para ciencias e ingeniería