Ejercitandoel principio de Arquímedes

¿Qué porción de un trozo de hierro se sumergirá cuando está flotando en mercurio?

Datos: = 7.8 * 103 kg/m3, (hierro) = 13.6 *103 kg/m3 (mercurio) V1

V2

Tensión superficial Tensión superficial

Numerosas observaciones sugieren que la supNumerosas observaciones sugieren que la superficie de un líquidoerficie de un líquido actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa como una membrana estirada bajo tensión. Esta fuerza, que actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre actúa paralela a la superficie, proviene de las fuerzas atractivas entre las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se define a la las moléculas. Este efecto se llama tensión superficial . Se define a la fuerza como:fuerza como:

F = F = L L

Donde Donde LL es la longitud de la superficie a través de la cual actúa la es la longitud de la superficie a través de la cual actúa la fuerza y fuerza y es el coeficiente de tensión superficial, que depende es el coeficiente de tensión superficial, que depende fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,fuertemente de la temperatura y de la composición del líquido,

Algunos ejemplosAlgunos ejemplos

http://www-math.mit.edu/~dhu/Climberweb/climberweb.htmhttp://www-math.mit.edu/~dhu/Climberweb/climberweb.htm

Algunos valoresAlgunos valores

Sustancia Coeficiente

Mercurio 0.44

Agua (0º) 0.076

Agua (20º) 0.072

Agua (100º) 0.059

Solución jabonosa (20º) 0.025

CapilaridadCapilaridad

El agua moja el recipiente de vidrio debido a que El agua moja el recipiente de vidrio debido a que sus moléculas son atraídas con mayor intensidad sus moléculas son atraídas con mayor intensidad por las moléculas de vidrio (fuerzas de adhesión) por las moléculas de vidrio (fuerzas de adhesión) que por las moléculas de agua (fuerzas de que por las moléculas de agua (fuerzas de cohesión) . El caso contrario ocurre con el cohesión) . El caso contrario ocurre con el mercurio: las mercurio: las fuerzas de cohesión fuerzas de cohesión son mayores son mayores que las de adhesión. que las de adhesión.

Capilaridad Capilaridad El ángulo que la tangente a la superficie del líquido forma El ángulo que la tangente a la superficie del líquido forma

con la superficie sólida se llama con la superficie sólida se llama ángulo de contactoángulo de contacto y y depende tanto de las fuerzas de cohesión como de las de depende tanto de las fuerzas de cohesión como de las de adhesión. Se puede demostrar que cuando el ángulo de adhesión. Se puede demostrar que cuando el ángulo de contacto es menor que 90º, el líquido moja el sólido. Si contacto es menor que 90º, el líquido moja el sólido. Si es es mayor que 90º el líquido no moja el sólido.mayor que 90º el líquido no moja el sólido.

Viscosidad

Viscosidad, oposición de los fluidos a la acción de las fuerzas tangenciales. Aparece debido a la fricción entre capas del fluido (líquidos) o al movimiento de las partículas en el interior de un gas.

si la velocidad aumenta uniformemente:

Coeficiente de viscosidad Es un escalar. En el SI se

mide en Pa*s Otra unidad muy usada es el

poise (P). 1P = 1*10-3 Pa*s En líquidos, la viscosidad

disminuye con la temperatura

HIDRODINÁMICA

Mecánica y Fluidos

Hidrodinámica

Estudia los fluidos en movimientos, es

decir, el flujo de los fluidos.

Este estudio se realiza describiendo las propiedades de los fluidos (densidad, velocidad) en cada punto del espacio en función del tiempo.

Tipos de Flujos de fluidos

Flujo laminar : Ocurre cuando las moléculas de un fluido en movimiento siguen trayectorias paralelas

Flujo turbulento : Ocurre cuando las moléculas de un fluido en movimiento siguen trayectorias erráticas

Tipos de Flujos de fluidos

Flujo compresible: si su densidad varía con la posición al interior del fluido.

Flujo estacionario: si la velocidad en cada punto del espacio permanece constante. Lo que no implica necesariamente que sea la misma en todos los puntos

Tipos de Flujos de fluidos

Flujo viscoso: aquel cuya viscosidad es apreciable

Flujo rotacional: aquel que presenta vórtices

FLUIDO IDEAL

No viscoso En estado estacionario Incompresible Irrotacional

Lineas de corriente

La trayectoria tomada por una partícula de fluido bajo flujo estable se conoce como línea de corriente. La velocidad de la partícula es tangente a la línea de corriente.

Dos líneas de corriente nunca se cruzan entre si, cuando ocurre produciría un flujo inestable y turbulento.

Ecuación de continuidad Consideremos un fluido ideal que fluye por un

tubo uniforme.

La cantidad de fluido que por unidad de tiempo entra por A1, es igual a la cantidad de fluido que por unidad de tiempo sale por A2.

Este es el principio de conservación de la masa

1x

1v

2x

2vAA11

AA22

A1

A2

Q salida

Q entrada

…

Para un fluido incompresible:

AA11 · v · v11 = A = A22 · v · v22

Donde Donde AA y y vv son las áreas y rapideces respectivas. son las áreas y rapideces respectivas.

Caudal volumétrico (Q)Es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de área , en un determinado tiempo (t). Se puede expresar en función del volumen (V)

Q Q = A · v= A · v

Sus unidadesSus unidadesSI: m³/sSI: m³/sCGS: cmCGS: cm³/s³/s

Si v es la rapidez con que el líquido atraviesa la sección de área (A), el caudal será:

Q Q = = VV tt

Ecuación de Bernoulli

Es una ecuación fundamental de la mecánica de los fluidos ideales y constituye una expresión del principio de conservación de la energía. Se considera que en el flujo existen tres tipos de energía: la energía cinética debida al movimiento, la energía potencial debida a la presión y la energía potencial gravitatoria debida a la elevación.

21

2P v g h cte

P = presión del fluido.

= densidad del fluido.

V = rapidez del fluido.

g = aceleración de gravedad.

h = altura del fluido en el punto en estudio..

Aplicaciones de Bernoulli

Este principio explica el vuelo de los aviones, ya que la forma y la orientación de las alas permiten que el aire pase con mayor velocidad por la parte superior que por la inferior de éstas. Luego, la presión encima del ala es menor que la presión debajo de ella, produciendo una fuerza resultante dirigida hacia arriba, llamada fuerza ascensional o de sustentación.

V1

V2

S

Bernoulli…..

Roce en un fluido

Cuando un cuerpo se mueve por un fluido,éste opone cierta resistencia a su avance por la acción de las fuerzas de roce. Estas fuerzas dependen de factores propios del cuerpo y del fluido:

Tamaño del cuerpo Forma del cuerpo Velocidad del cuerpo Viscosidad del fluido