Ensayo de los fluidos

INTRODUCCIÓN

Un fluido, es una sustancia que puede fluir, de tal forma que el término fluido incluye a los líquidos y los gases. Aun la distinción entre un líquido y un gas no es tajante, en virtud de que, cambiando en forma adecuada la presión y la temperatura resulta posible transformar un líquido en un gas o viceversa; durante el proceso la densidad, la viscosidad y otras propiedades cambian de manera continua.

Se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas a través de fuerzas cohesivas débiles y las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. La rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de los fluidos, la cual a su vez tiene dos vertientes: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo; e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento.

En este trabajo se describirá brevemente algunas propiedades de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico entre otras.Deduciremos una expresión para la presión ejercida por un fluido en reposo como una función de la densidad y profundidad; con ello, nos introduciremos al campo de la manometría.

INTRUDUCCION……………………………………………………………………………………………………………………………..2

PROPIEDADES DE LOS FLUJOS. 4

La ciencia de la hidráulica. 4

Fluidos. 4

Unidades utilizadas en hidráulica. 4

Propiedades generales de los fluidos. 5

Propiedades del agua. 8

¿QUÉ ES LA HIDROSTÁTICA? 8

Propiedades de los fluidos. 8

Presión hidrostática. 11

Principio fundamental de la hidrostática. 12

Momento de Inercia. 13

CONCLUSION 21

PROPIEDADES DE LOS FLUJOS.

La ciencia de la hidráulica.

La hidráulica se define como la rama de la ciencia que trata del agua u otros fluidos; sin embargo, uno de los requisitos previos para entender el movimiento de los fluidos en reposo. Este estudio, que se denomina hidrostática, se incluye por lo común en la hidráulica, que se relaciona con las fueras ejercidas por los fluidos en movimiento o sobre ellos.

Fluidos.

Son sustancias capaces de fluir con partículas que se mueven y cambian su posición relativa con facilidad sin una separación de las masas. Los fluidos no ofrecen prácticamente resistencia al cambio de forma. Se conforman verdaderamente a la forma del cuerpo sólido con el que entra en contacto.

Los fluidos se pueden dividir en líquidos y gases. Las principales diferencias entre ellos son:

Un líquido tiene una superficie libre y cierta masa de un líquido ocupa solo un volumen dado en un recipiente, mientras que un gas no tiene una superficie libre y una masa dada ocupa todas las porciones de cualquier recipiente, cualquiera que sea su tamaño.

Los líquidos son prácticamente incompresibles y, por lo común, se pueden considerar así, sin incurrir en ningún error apreciable; por otra parte, los gases son compresibles y se les debe considerar como tales.

Es preciso recalcar aquí las diferencias entre un sólido y un fluido:

Un esfuerzo de corte deforma un sólido y la cantidad de deformación unitaria es, hasta cierto punto, proporcional al esfuerzo unitario; un esfuerzo de corte deforma también un fluido, pero a una razón de tiempo de deformación que es proporcional al esfuerzo.

Si no se sobrepasa el límite elástico, la aplicación de un esfuerzo de corte unitario dado a un sólido produce de cierta deformación unitaria, que es independiente del tiempo de aplicación de la fuerza y cuando se retira el esfuerzo, el sólido vuelve a su forma original. Por otra parte, si se aplica un esfuerzo de corte dado a un fluido, la deformación se sigue produciendo a una razón uniforme con el tiempo y cuando se retira el esfuerzo, el fluido no vuelve a su forma original, mediante fuerzas contenidas en su interior.

La aplicación de superficie cantidad de calor hará que muchos solidos se conviertan en fluidos. El acero más duro se puede fundir, de modo que fluya con facilidad. Un bloque de alquitrán frio tiene propiedades de sólido, pero si se calienta, se licua y se puede echar a las pequeñas grietas de concreto. El paso de la roca solida a la lava fundida es un evento muy conocido que se produce en la naturaleza. Para esos cambios se requieren temperaturas relativamente altas; sin embargo, el paso del hielo solido al agua líquida se produce a 0° C.

Los mecanismos de la condición intermedia en que una sustancia puede ser un sólido plástico o un fluido muy viscoso, no se han estudiado tan a fondo en ingeniería como los estados estrictamente sólido y estrictamente fluido.

Unidades utilizadas en hidráulica.

La ecuación fundamental que relaciona una fuerza F, la masa M y la aceleración a es

F=kMa

donde k es un factor de proporcionalidad. El valor de k se hace igual a 1, mediante dos distintos sistemas de edificación de unidades.

El sistema gravitacional, en el k se hace igual a 1, mediante la definición de la unidad de masa. Si un cuerpo de peso unitario cae libremente, la fuerza unitaria actuara y la aceleración será g. Así, para que la fuerza unitaria produzca una aceleración unitaria, la unidad de masa consistirá en g unidades de peso.

Sistema pie-libra-segundo: 1lb de fuerza= un slug de masa X 1 pie por seg por seg, donde 1 slug de masa = g libras de peso divididas entre g pies por segundo. Un valor promedio, utilizado comúnmente, para g es el de 32.2 pies por seg por seg.

Sistema métrico. 1 gramo de fuerza 0 1 unidad de masa X 1 cm por seg por seg, donde una unidad de masas g = gramos de pero divididos entre g centímetros por segundo por segundo. Un valor promedio de g, utilizando comúnmente, es el de 981 cm por seg por seg.

El sistema absoluto, donde k es igual a 1 mediante la definición de la unidad de fuerzas.

Sistema pie-poundal-segundo: la fuerza unitaria es la que, al actuar sobre el cuerpo de 1 lb de masa, le da una aceleración de 1 pie por segundo y se denomina poundal; por ende, 1 poundal de fuerza = 1 lb de masa X 1 pie por seg por seg. Por 1 lb de masa se entiende una cantidad de materia equivalente a la que hay en un bloque de metal que se conoce como libra estándar y que se conservan en Washington, D.C.

Sistema métrico: la unidad de fuerza es la que, al actuar sobre un cuerpo de una masa de 1 gramo, le da una aceleracion de 1 cm por seg por seg y se denomina dina; por ende, 1 dina de fuerza = 1 gramo de masa X 1 cm por seg por seg. La unidad de masa es el gramo, que se define como 1/1000 de la masa de un bloque de platino que se conserva en Sevres, Francia, y que se conoce como kilogramos prototipos.

El sistema métrico y el pie, libra y segundo se relacionan mediante las siguientes unidades de longitud y peso.

1 metro = 3.2808 pies

1 kilogramo = 2.2046 lb

Propiedades generales de los fluidos.

Definiremos las propiedades de los fluidos que tienen una importancia fundamental para el estudio de la hidráulica.

Peso unitario w. el peso unitario de una unidad de volumen de un fluido. En unidades de libras, pie y segundo, el peso unitario se expresa en libras por pie cubico.

Densidad de masa ρ (rho): la masa por unidad de volumen. Asi, en unidades gravitacionales de ingeniería, se tiene:

ρ=ω/g o ω=ρg

Donde g es igual a la aceleración debida a la gravedad. En unidades de pie, libra y segundo, la densidad de una masa es de slugs por pie cubico, o sea:

〖lb/pies〗^3/〖pie/seg〗^2 =〖1lb seg〗^2/〖pie〗^4

En el sistema métrico, la densidad se mide en gramos por centímetro cubico, por ende, es numéricamente igual a la gravedad especifica.

Gravedad especifica s. la gravedad especifica es la relación entre el peso unitario de un fluido y el peso unitario del agua a 4° C (39.2° F).

Viscosidad µ (mu). La viscosidad es la propiedad de un fluido que determina la cantidad de su resistencia a un esfuerza de corte. Un fluido perfecto no tendrá viscosidad. No hay fluido perfecto; pero los gases tienen menos variación que los líquidos. El agua es uno de los líquidos menos viscosos, mientras que la glicerina, el aceite pesado y las mezclas son líquidos que tienen viscosidades relativamente altas.

Viscosidad de los líquidos disminuye al elevarse la temperatura, mientras que la de los gases se incrementa la temperatura, mientras que la de los gases se incrementa al aumentar la temperatura.

Las bases matemáticas de la viscosidad se pueden deducir de la figura.

Téngase en cuenta dos placas paralelas de extensión indefinida a una distancia x una de otras, con el espacio entre ellas lleno con un fluido; además, supóngase que una de esas placas se desplazan paralelamente a la otra con una velocidad v. Se hacen las suposiciones que siguen:

Que las partículas de un fluido en contacto con una superficie móvil tienen la velocidad de esa superficie.

Que la rapidez de cambio de la velocidad es uniforme en la dirección del movimiento.

Que el esfuerzo de corte en fluido es proporcional a la rapidez de cambio de la velocidad.

Por la suposición 2, a partir de triángulos semejantes, se tiene

V/x=dv/dx

Por la suposición 3, el esfuerzo unitario de corte es

τ(tau)= μ dv/dx

Donde µ es un factor de proporcionalidad, denominado coeficiente de viscosidad; por tanto,

V/x=τ/μ

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