MECÁNICA DE FLUIDOS

Ing. Luis David Narváez

HIDROSTÁTICA

RELACIONES - MAGNITUDES

DENSIDAD

Masa por unidad de volumen

DENSIDAD

Densidades de algunas sustancias comunes

La gravedad específica de un material es la razón entre sudensidad y la del agua a 4.0°C, 1000 kg/m3 ; es un númeropuro, sin unidades. Por ejemplo, la gravedad específica delaluminio es 2.7. Aunque el término “gravedad específica” esinadecuado, ya que nada tiene que ver con la gravedad;

habría sido mejor utilizar el término “densidad relativa”.

DENSIDAD RELATIVA

EJERCICIOSPeso de un

cuarto lleno deaire

Calcule la masa y el peso del aire en una estancia a 20°C cuyo piso mide 4.0 m 3 5.0 m y que tiene una alturade 3.0 m. ¿Qué masa y peso tiene un volumen igual deagua?

PRESIÓN EN UN FLUIDO

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

La presión atmosférica p es lapresión de la atmósfera

terrestre, es decir, la presión enel fondo de este “mar” de aire

en que vivimos. Esta presiónvaría con el estado del tiempo

y con la altitud.La presión atmosférica normal

al nivel del mar (valormedio) es 1 atmósfera (atm):

EJERCICIOSLa fuerza del aire En la estancia de esta aula, ¿qué fuerza total

descendente actúa sobre el piso debida auna presión del aire de 1.00 atm?

EJERCICIOSTrabajo con

ayuda

14.1. Usted realiza un trabajo de medio tiempo, y un supervisor lepide traer del almacén una varilla cilíndrica de acero de 85.8 cmde longitud y 2.85 cm de diámetro. ¿Necesitará usted un carrito?(Para contestar, calcule el peso de la varilla.)

EJERCICIOSFue una estafa

14.3. Imagine que compra una pieza rectangular de metal de 5.0x15.0 x 30.0 mm y masa de 0.0158 kg. El vendedor le dice que esde oro. Para verificarlo, usted calcula la densidad media de lapieza. ¿Qué valor obtiene? ¿Fue una estafa?

PESO - PROFUNDIDAD

PESO - PROFUNDIDAD

PRINCIPIO DE PASCAL

PRESIÓN ABSOLUTA Y MANOMÉTRICASi la presión dentro de un neumático es igual a la presión atmosférica, el

neumático estará desinflado. La presión debe ser mayor que la atmosféricapara poder sostener el vehículo, así que la cantidad significativa es la

diferencia entre las presiones interior y exterior.Cuando decimos que la presión de un neumático es de “32 libras”

Queremos decir que esmayor que la presión atmosférica

El exceso de presión más allá de la presión atmosférica es la presión manométrica

La presión total es la presión absoluta

EJERCICIOSDeterminación de laspresiones absoluta y

manométrica

Un tanque de almacenamiento de 12.0 m de profundidadestá lleno de agua. La parte superior del tanque estáabierto al aire. ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo deltanque? ¿Y la presión manométrica?

EJERCICIOS

Océanos enMarte

14.9. Los científicos han encontrado evidencia de que en Marte pudohaber existido alguna vez un océano de 0.500 km de profundidad. Laaceleración debida a la gravedad en Marte es de 3.71 m/s2. a) ¿Cuálhabría sido la presión manométrica en el fondo de tal océano,suponiendo que era de agua dulce? b) ¿A qué profundidad de losocéanos terrestres se experimenta la misma presión manométrica?

EJERCICIOSDiferencial de

presión

14.23. Un disco cilíndrico de madera que pesa 45.0 N y tiene undiámetro de 30.0 cm flota sobre un cilindro de aceite cuya densidades de 0.850 g/cm3. El cilindro de aceite mide 75.0 cm de alto y tiene undiámetro igual al cilindro de madera. a) Calcule la presiónmanométrica en la parte superior de la columna de aceite. b) Ahorasuponga que alguien coloca un peso de 83.0 N en la parte superior deldisco de madera, pero el aceite no se escurre alrededor del bordede la madera. ¿Cuál es el cambio en la presión i) en la base del aceitey ii) a la mitad de la columna de aceite?

MEDIDORES DE PRESIÓNEl medidor de presión más sencillo es el

manómetro de tubo abierto

El tubo en forma de U contiene un líquido dedensidad ρ, con frecuencia mercurio oagua. El extremo izquierdo del tubo se

conecta al recipiente donde se medirá lapresión p, y el extremo derecho está abierto

a la atmósfera.

MEDIDORES DE PRESIÓN

Otro medidor de presión común esel barómetro de mercurio, que

consiste en un largo tubo de vidrio,cerrado por un extremo, que se

llena con mercurio y luego seinvierte

sobre un plato con mercurio

Las presiones a menudo se describen en términos dela altura de la columna de mercurio

correspondiente, como “pulgadas de mercurio” o“milímetros de mercurio”

MEDIDORES INDUSTRIALES

Medidor de presiónde Bourdon.

Al aumentar lapresión dentro deltubo metálico enforma de espiral,éste se endereza ydesvía la agujaunida a él.

EJERCICIOS

Historia de dosfluidos

Un tubo de manómetro se llena parcialmente con agua. Despuésse vierte aceite (que no se mezcla con el agua y tiene menordensidad que el agua) en el brazo izquierdo del tubo hasta quela interfaz aceite-agua está en el punto medio del tubo. Ambosbrazos del tubo están abiertos al aire. Determine la relación entrelas alturas h aceite y h agua

FLOTACIÓN

EJERCICIOS

FlotaciónUna estatua de oro sólido de 15.0 kg de peso está siendolevantada de un barco hundido ¿Qué tensión hay en el cablecuando la estatua está a) en reposo y totalmente sumergida, yb) en reposo y fuera del agua?

EJERCICIOSFlotación

14.30. Una esfera hueca de plástico se mantiene por debajo de lasuperficie de un lago de agua dulce mediante una cuerda ancladaal fondo del lago. La esfera tiene un volumen de 0.650 m3 y la tensiónen la cuerda es de 900 N. a) Calcule la fuerza de flotación que ejerceel agua sobre la esfera. b) ¿Cuál es la masa de la esfera? c) Lacuerda se rompe y la esfera se eleva a la superficie. Cuando la esferallega al reposo, ¿qué fracción de su volumen estará sumergida?

TENSIÓN SUPERFICIAL

FLUJO DE UN FLUIDO

Aproximación Teórica

Un fluido ideal es incompresible (su densidadno puede cambiar) y no tiene fricción interna(llamada viscosidad).

Los líquidos son aproximadamenteincompresibles en casi todas las situaciones, ytambién podemos tratar un gas comoincompresible si las diferencias de presión deuna región a otra no son muy grandes