ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS

UNEFA.

Ciclo básico de ingeniería.

Ingeniería civil.

Física II.

ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS.

1. Estática: establece las condiciones de equilibrio mecánico (ausencia de movimiento).
2. Fluido: es una sustancia capaz de fluir, como líquidos, gases, y carece de forma fija de modo que adoptan la forma del recipiente que lo contenga. Los fluidos no soportan esfuerzos cortantes.
3. Estática de fluidos: se refiere al estudio de los fluidos en reposo.
4. Presión: es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por una unidad de superficie.
5. Fuerza: La fuerza es una magnitud física que caracteriza y cuantifica la interacción entre un cuerpo y su entorno. Las unidades para la fuerza son:[pic 1]

1. Peso: Es la fuerza gravitacional de atracción que la tierra ejerce sobre los objetos ubicados en su superficie. Si lo denotamos como[pic 2], entonces se cumple que [pic 3].La unidad para el peso es el Newton (Nw).

  7) La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), pero también lo está con el peso. Así, un cuerpo pequeño que es mucho más pesado que otro más grande es también mucho más denso.

 [pic 4](Rho) = densidad

 m = masa

  V = Volumen

[pic 5] [pic 6]  [pic 7]

        [pic 8] 

La densidad dice que cantidad de materia entra en un determinado volumen. Más denso es el cuerpo, más cantidad de moléculas entran por cm3.

No obstante, para referirse al peso por unidad de volumen la física ha introducido el concepto de:

8)Peso específico Pe que se define como el cociente entre el peso (W) de un cuerpo y su volumen. El peso específico representa la fuerza con que la Tierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.

[pic 9]  [pic 10] [pic 11] [pic 12] [pic 13] [pic 14]

La relación entre peso específico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:

Siendo g la aceleración de la gravedad.

La diferencia entre densidad y peso específico radica en que la densidad es la misma en cualquier lugar del universo. En cambio el peso de un cuerpo depende del lugar donde lo pongas. Por ejemplo, en la luna los objetos pesan menos y su peso específico es menor que en la tierra[pic 15]

1. Densidad relativa. La densidad relativa de una sustancia es la razón de la densidad de una sustancia respecto a la densidad de una sustancia estándar. Ésta generalmente es el agua. En formula sería:

[pic 16]

La densidad relativa es un número adimensional.

1. Presión de fluido. Se define como la fuerza transmitida por una unidad de superficie

[pic 17] 

Las unidades para medir la presión son: [pic 18]

Ejemplo ilustrativo 1.

Para determinar la densidad de un trozo de oro, se midió su masa y se encontró un valor igual que 50gr; al medir su volumen éste fue de 2.587 cm3. Calcular la densidad.

[pic 19]

Ejemplo ilustrativo 2.

Para cuantificar la densidad del agua en el laboratorio se midieron 10 cm3 de agua y se determinó su masa con la balanza, encontrándose un valor de 10 gr.

Calcular:

a) ¿Cuánto vale la densidad del agua?

b) Si en lugar de 10 cm3 midiéramos 1000 cm3, ¿cambiaría el valor de la densidad del agua?

c) ¿Qué volumen ocuparán 600 gr de agua?

[pic 20]

Ejemplo ilustrativo 3.

0,5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0,000633 cm3.

Calcular:

a) ¿Cuál es su densidad?

b) ¿Cuál es su peso específico?

[pic 21]

[pic 22]Ejemplo ilustrativo 4.

Calcular la masa y el peso de 15000 litros de gasolina. Densidad de la gasolina 700 kg/m3.

[pic 23]

Ejemplo ilustrativo 5.

Supongamos dos bloques, una A y otro B. Si se sabe que WA = WB = 200 Nw, además el bloque A, ocupa una superficie SA = 2 m2 y B ocupa una superficie SB = 4 m2. Calcule la presión que cada bloque aplica a su superficie, debido a su peso.

[pic 24]

De estos resultados, podemos obtener las siguientes conclusiones:

• A igual fuerza transmitida, la presión será tanto menor, como mayor sea la superficie a través de la cual se transmite. En otras palabras una misma fuerza con mayor superficie transmite menor presión.
• Tomando en cuenta la ecuación, también a menor fuerza, menor presión a igualdad de superficie.
• Una misma fuerza produce presiones diferentes, dependiendo de la superficie de contacto.
• La presión varía de acuerdo a la superficie de apoyo, frente a una fuerza que permanece constante, como puede ser el peso de un cuerpo

Ejemplo ilustrativo 6.                             

La densidad relativa del hierro colado es 7,20. Determínese la densidad y la masa de 60 cm3 de hierro.

[pic 25]

Ejemplo ilustrativo 7.

La masa de un litro de leche es 1,032 kg. La grasa que contiene cuenta con una densidad de 865 Kg/m3 cuando esta pura, y está contenida en un 4 % del volumen de la leche.

1. Indique la densidad de la grasa contenida en la leche
2. Indique el volumen de la leche.
3. Indique volumen de grasa contenida en la leche
4. Calcule la masa de la grasa contenida en la leche
5. Indique la masa de la leche.
6. Cuál es la masa de la leche sin grasa (leche descremada)
7. Cuál es volumen de la leche sin gras (leche descremada)
8. Cuál es la densidad de la leche descremada.

[pic 26]

[pic 27]

[pic 28]

1. Hidrostática.

Es la parte de la física que se ocupa de los líquidos en reposo.

1. Fuerza en los fluidos.

Los fluidos ejercen fuerzas perpendiculares sobre las superficies que están en contacto con ellos (por ejemplo: si a una botella llena de agua, le hacemos un agujero, el agua sale en forma perpendicular), ya sea en las paredes del recipiente que lo contiene o cualquier otra superficie que se encuentre en su interior.

La fuerza ejercida por un líquido en equilibrio sobre una superficie cualquiera es perpendicular a esta, y la orientación de la superficie es la que determina la orientación de la fuerza.

1. Presión en líquidos.

La presión que ejerce el líquido sobre el fondo del recipiente es igual al peso de la columna de líquido dividido entre el área o superficie del fondo del recipiente, es decir:

[pic 29]

Deducción de estas dos fórmulas:

[pic 30]Ejemplo ilustrativo 8.

[pic 31]     

[pic 32] 

Ejemplo ilustrativo 9.

¿Cuál es la fuerza ejercida sobre una chapa cuadrada de 30 cm de lado que se encuentra en el fondo de un tanque de agua lleno hasta 1,5 m, sin considerar la presión atmosférica?

[pic 33]Teorema fundamental de la hidrostática.

Este teorema nos permite obtener la diferencia de presión entre dos puntos de un mismo líquido de forma práctica, sin conocer la profundidad de cada punto, pero conociendo la diferencia de profundidad entre ellos (h).

Supongamos dos puntos A y B los cuales se encuentran dentro de un líquido. Si se sabe que hA y hB (hB > hA) son las profundidades de cada punto y además h (h = hB – hA) es la diferencia de profundidad  entre los dos puntos.

[pic 34]

[pic 35]

[pic 36]

[pic 37]Ejemplo ilustrativo 10.

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