Fluidos

FLUIDOS

Nelson Arce Orrego

Física

Instituto IACC

21-12-2013

1. Una pequeña pieza de acero está unida a un bloque de madera. Cuando la madera se coloca en una tina de agua con el acero en la parte superior, la mitad del bloque está sumergida. Si el bloque se invierte de modo que el acero se encuentre bajo el agua, la cantidad sumergida del bloque ¿aumenta, disminuye o sigue igual? ¿Qué pasa al nivel del agua de la tina cuando el bloque se invierte?

Comenzaremos analizando el casi N°1 que señala que cuando la pieza esta encima del bloque y solo esta sumergido una parte hacemos el DCL de cada uno por separado, asumamos una masa m para la pieza y una masa M para el bloque.

DCL pieza

mg = N

DCL bloque

N + Mg = E

Del DCL pieza se obtiene:

mg + Mg = E

En cuanto al Caso 2:

Cuando la pieza esta sumergida en el agua unida con el bloque mediante una cuerda.

Hacemos el DCL de cada uno por separado, asumamos una masa m para la pieza, una masa M para el bloque y una tensión T.

DCL pieza

mg = E1 + T

T = mg - E1

DCL bloque

Mg + T = E2

De DCL pieza:

Mg + mg - E1 = E2

Del caso1: Mg + mg = E

E - E1 = E2

E2 < E

Por lo que se puede ver que el empuje que recibe el bloque en el caso 2 es menor al que recibe en el caso 1. Por lo tanto se puede plantear que

E = D liq*g*Vs

Si E disminuye, entonces Vs también disminuye, y el nivel del agua disminuye al ser el empuje el peso del volumen de liquido desplazado

1.- Cuando se invierte el bloque, se tendrá una mayor densidad sobre el lado de la bola de acero, de modo que es de esperarse que el mismo peso ocupará un volumen menor. Por tanto la cantidad sumergida de bloque será mayor para compensar esto.

Para la segunda pregunta, el volumen total deberá ser el mismo, ya que representa el promedio de la densidad del cuerpo compuesto. Por tanto, el nivel del agua en la bañera no debe cambiar.

2. La presión atmosférica es alrededor de 105 N/m2 y el área del pecho de una persona es de unos 0.13 m2. La fuerza de la atmósfera en el pecho de un ser humano es de unos 13 000 N. En vista de esta enorme fuerza, ¿por qué no se destruyen nuestros cuerpos.

Si nuestro pecho no queda machacado es por el aire que queda en el interior de nuestros pulmones: Su presión equilibra la presión exterior. En el caso del oído interno, cuya presión no se reequilibra automáticamente, notamos las molestias que nos producen los cambios de presión cuando subimos en un coche a mayor altitud (puerto de montaña) o cuando viajamos en avión, que nos obligan a deglutir (pasar la saliva) para reestablecer ése equilibrio modificado

3. Una placa plana está sumergida en un líquido en reposo, ¿qué orientación debe tener la placa para que la presión sea homogénea en su superficie?, ¿por qué?

La placa tiene que estar echada sobre el líquido para que la presión sea igual en toda su superficie, ya que la presión es Fuerza/Área y si la placa esta echada, la fuerza del agua llega a toda su superficie de manera homogénea, lo mismo sucede con la presión

4. Una pelota de ping‐pong tiene un diámetro de 3,8 cm y una densidad promedio de 0,084 g/cm3. ¿Qué fuerza se requiere para mantenerla sumergida bajo el agua?

La fuerza que necesita es la misma que si estuviera completamente sumergida

Con v= 3,8 cms.

V = 0,038 m

E = p*g*V

...