Presin Hidrosttica en Superficies SumergidasInforme Tcnico

Grupo horario: 93G A Fecha de Realizacin: 20/04/2015 Fecha de Entrega: 27/04/2015 Integrantes:1. Vallejos Daz Jorge Antonio12231100572. Caldern Alvinez Luis Fernando13131202863. Huamn Ros Jean Paul..12231206164. Peralta Garaycochea Juan..13131203125. Snchez Morales Josu...13131102526. Honorio Gutirrez Alfredo Edwin.12231200467. Salcedo Rosales Erick Roller...1313120615

INDICE:

I) Objetivos

II) Fundamento terico

Hidrosttica Principio de Pascal Principio de Arqumedes Tensin superficial Barmetro Empuje Peso especifico Flotacin

III) Descripcin del equipo e instrumentacin

IV) Procedimiento

V) Tabulacin de datos

VI) Secuencia de clculos

VII) Tabulacin de resultados

VIII) Conclusiones

IX) Bibliografa

X) Apndice y/o diagramas

I) Objetivo:

a) Determinar experimentalmente la magnitud de la fuerza de presin hidrosttica que acta sobre una superficie plana.b) Estimar el porcentaje de error con respecto a la fuerza resultante terica.

II) Fundamento Terico:Hidrosttica:La hidrosttica es la rama de la mecnica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posicin. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrosttica son el principio de Pascal y el principio de Arqumedes.Principio de Pascal:Nos dice que toda presin aplicada a un fluido confinado se transmite sin reduccin a todos los puntos del fluido y a las paredes del depsito que lo contiene .Podemos decir que aparentemente los lquidos no son compresibles, si lo son ya que si se aplica una ligera presin a un lquido est se propaga en ondas a la velocidad del sonido. Con este principio se puede utilizar LA PRENSA HIDRULICA; este aparato est formado de un recipiente lleno de un lquido con dos mbolos que tengan rea diferente, de acuerdo al principio de pascal, las dos presiones ejercidas deben de ser iguales.Se deduce que si ejerce una fuerza pequea en el mbolo pequeo, en el grande tendremos una fuerza grande, siendo mayor sta diferencia a medida que aumenta la diferencia entre tamao de los ambos Principio de Arqumedes:Cuando se quiere sumergir un objeto se siente como el agua lo empuja de regreso con una gran fuerza hacia arriba, esto se denomina fuerza de flotacin, esto existe porque la presin del fluido es ms grande a mayor profundidad. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dichoFluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, ste flotar y estar sumergido slo parcialmente.Todo cuerpo en contacto con un fluido en equilibrio experimenta una fuerza vertical dirigida de abajo hacia arriba e igual al peso del volumen del fluido desplazadoTensin Superficial:La tensin es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atraccin no compensada hacia el interior del lquido sobre las molculas individuales de la superficie. La tensin superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier lnea recta de la superficie lquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos que la lnea ejerce una sobre otra.Barmetro:En 1644 Evangelista Torricelli realiz un experimento para demostrar la existencia de la presin atmosfrica, tom un tubo de vidrio de un metro, cerrado por un extremo, lo lleno de mercurio y lo invirti en una cubeta donde tena tambin mercurio. Observo que en lugar de que saliera todo el mercurio, qued en el interior del tubo una columna de lquido cuya altura era aproximadamente de 76 cm.Empuje:El empuje es una fuerza de reaccin descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una direccin (accin), la masa acelerada causar una fuerza igual en sentido opuesto (reaccin).

Matemticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleracin a experimentada por la masa:

Peso Especfico:El peso especfico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen. Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porcin de materia entre el volumen que ste ocupa. En el Sistema Tcnico, se mide en kilopondios por metro cbico (kp/m). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por metro cbico (N/m).

Flotacin:Los cuerpos cuya densidad relativa es menor que la unidad, flotan en el agua. Esto nos lleva al importante concepto llamado flotacin, qu se trata con el principio fundamental de Arqumedes. Cuando un cuerpo se sumerge total o parcialmente en un fluido, una cierta porcin del fluido es desplazado. Teniendo en cuenta la presin que el fluido ejerce sobre el cuerpo, se infiere que el efecto neto de las fuerzas de presin es una fuerza resultante apuntando verticalmente hacia arriba, la cual tiende, en forma parcial, a neutralizar la fuerza de gravedad, tambin vertical, pero apuntando hacia abajo. La fuerza ascendente se llama fuerza de empuje o fuerza de flotacin y puede demostrarse que su magnitud es exactamente igual al peso del fluido desplazado. Por tanto, si el peso de un cuerpo es menor que el del fluido que desplaza al sumergirse, el cuerpo debe flotar en el fluido y hundirse si es ms pesado que el mismo volumen del lquido donde est sumergido.

Fuerza Hidrosttica sobre Superficies Planas Horizontales

En la figura se muestra una superficie plana horizontal de espesor despreciable, sumergido a una profundidad h constante en un fluido de densidad constante.

Clculo de la Fuerza Resultante:La fuerza total que ejerce el lquido sobre la superficie plana se obtiene integrando la presin sobre el rea: ; Pero Reemplazando se tiene:

Entonces:

Donde:A es el rea total de la superficie sumergida .Cuando la presin atmosfrica acta sobre ambos lados de la placa, entonces esta se cancela, y la fuerza resultante es:

III) Descripcin del Equipo e Instrumentacin:

a) El equipo bsico tiene la forma de un segmento de anillo de seccin rectangular, de radio R=26,5cm y seccin transversal de base b=11,5cm por 12,5cm de altura, contrabalanceada y pivoteada en su centro de curvatura y rgidamente conectado a un sistema de pesas. Est montado en la parte superior de un recipiente de paredes transparentes que permiten una visin completa del experimento. El recipiente descansa sobre un soporte de metal con reguladores de nivel.b) El equipo tiene dos regletas que permitirn tomar lecturas de niveles de agua y desplazamientos de las pesas.c) Agua, aproximadamente 30 litros.d) Un conjunto de pesas de diferente magnitud.e) Dos depsitos de plstico de aproximadamente 4 litros de capacidad.CONTRAPESOX

W

SEGMENTO DE ANILLO

Nivel de referencia

IV) Procedimiento:

1) Nivelar el recipiente con las patitas reguladoras y los niveles adheridos al equipo (nivelador de burbuja).2) Equilibrar el anillo utilizando el eje auto roscante. Verter agua hasta q la arista inferior de la seccin rectangular quede en perpendicular con el lquido. Una vez establecido la nivelacin, tomar el primer valor de referencia (h).3) Agregar cuidadosamente agua con ayuda del recipiente prex. Hasta una altura arbitraria.4) Establecer nuevamente el equilibrio con ayuda de la pesas desplazndolas en el carril de pesas hasta llegar al equilibrio ayudado por el nivelador de burbuja.5) Anotar la longitud de brazo, retirar las pesas y anotar el valor del peso utilizado (W).6) Repetir los pasos 3, 4 y 5 para tomar ms muestras del experimento.7) Medir el radio de curvatura y la longitud de la arista inferior del rectngulo.

V) Tabulacin de Datos:

H (m)W (N)X (m)

10,1340,0870,202

20,1590,3080,157

30,1950,6550,173

40,2301,0550,191

H: AlturaW: PesoX: Brazo de Palanca

VI) Secuencia de Clculos:

Utilizando las siguientes formulas determinaremos:La fuerza resultante experimental:

Donde:W: PesoX: Brazo de palancaH: Diferencia entre Ho y HR: Radio de curvatura

La fuerza resultante terica:

Donde:: Peso especfico del agua ()b: Arista inferior del sector cuadrangularH: Diferencia entre Ho y H

El porcentaje de error:

Donde:: Fuerza terica: Fuerza experimental

Ho = 0.092m ; R = 0.262m ; b = 0,111m

H(m)W (N)X (m)HX (m)

10,1340,0870,2020,0420,149

20,1590,3080,1570,0670,183

30,1950,6550,1730,1030,161

40,2301,0550,1910,1380,192

Siguiendo la frmula para la fuerza experimental:

Caso N1:

Caso N2:

Caso N3:

Caso N4:

Caso N5:

Caso N6:

Caso N7:

Siguiendo la frmula para la fuerza terica:

Caso N1:

Caso N2:

Caso N3:

Caso N4:

Caso N5:

Caso N6:

Caso N7:

Siguiendo la frmula para el margen de error:

Caso N1:

Caso N2:

Caso N3:

Caso N4:

Caso N5:

Caso N6:

Caso N7:

VII) Tabulacin de Resultados:

H (m)W (N)X (m)HX (m)F.TeroF.Exp%Error

10,1190,0350,1490,0250,1490,0350,02032,85%

20,1340,0870,1830,0410,1830,0920,06430,43%

30,1490,2120,1610,0560,1610,1720,14118,02%

40,1730,3660,1920,080,1920,3520,30114,48%

50,1910,530,1950,0970,1950,5220,45413,02%

60,2050,6690,1940,1070,1940,6320,5788,54%

70,2150,8460,1880,1220,1880,8180,72511,36%

VIII) Conclusiones:

Tener precisin y correcto modo de obtener una medicin deseada, sin cometer fallas simples o comunes en este laboratorio.

Se recomienda que en esta experiencia se tome en cuenta ms decimales, debido a que el experimento se evala el porcentaje de error, y es conveniente tener como mnimo 3 decimales.

IX) Bibliografa:

Libros:-Sears zemansky volumen 2- fsica universitaria.-Robert l.Mott 6ta edicin mecnica de fluidos.-Victor l.Streeter -mecanica de fluidos 9na edicin.Pginas Web:http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_en_un_fluidohttp://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Propiedades_de_los_fluidos/Presi%C3%B3n_hidrost%C3%A1ticahttp://es.slideshare.net/patriciocuasapaz/principio-de-pascal-14725073http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedeshttp://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Videos/Hidrostatica/Index.htm

X) Apndice y/o Diagramas:

Diagrama Fuerza Terica vs Altura:

F.TeroH (m)

0,0350,119

0,0920,134

0,1720,149

0,3520,173

0,5220,191

0,6320,2

0,8180,215

Diagrama Fuerza Experimental vs Altura

F.ExpH (m)

0,020,119

0,0640,134

0,1410,149

0,3010,173

0,4540,191

0,5780,2

0,7250,215

Diagrama (Fuerza Experimental, Fuerza Terica) vs Altura: