Física
Física
GUIA DE ESTUDIO
MATERIA: FISICA II
FECHA DE ENTREGA: MAYO 8, 2006
CALIFICACIÓN: ________
Define qué estudia la hidrostática y la hidrodinámica.
En qué se aplica cada una de ellas
Hidrostática: estudia los líquidos en reposo y se fundamenta en leyes, características, viscosidad, tensión superficial. Se aplica en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.
Hidrodinámica: estudia los líquidos en movimiento, se aplica en diseño de canales, puertos, presas y cascos de barco.
Determinar el concepto de peso específico, presión, densidad (aparato de medir), y volumen
Peso específico: de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.
Presión: indica la relación que hay entre una fuerza aplicada y el área sobre qué actúa en cualquier caso que exista presión, una fuerza estará actuando perpendicularmente sobre una superficie.
Densidad: es la masa contenida en la unidad de volumen, se mide con un densímetro, el cual, en uno de los extremos tiene cierta cantidad de plomo y en el otro tiene la escala con la que nos indica la densidad.
Volumen: volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura.
Determinar las características de los líquidos (viscosidad, tensión superficial, cohesión, adherencia y capilaridad)
Viscosidad: se puede definir como una medida de resistencia que opone un líquido al fluir.
Tensión superficial: este fenómeno se presenta debido a la atracción que hay entre las moléculas de un líquido, las cuales se atraen entre sí, en todas direcciones, por fuerzas iguales.
Cohesión: es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.
Adherencia: es la fuerza de atracción que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia cuando se pone en contacto con otras sustancias, se adhiere a los cuerpos sólidos, en general, cuando se presenta el fenómeno de adherencia.
Capilaridad: se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos delgados, casi del diámetro de un cabello, llamado capilares, al introducir un tubo de diámetro muy pequeño en un recipiente.
Determina los Principios de Pascal, Torriccelli y Bernouly
Principio de Pascal: Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente, se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido.
Principio de Torriccelli: La velocidad con la que sale un líquido por el orificio de un recipiente es igual a la que adquiere un cuerpo que se deja caer libremente desde la superficie libre de líquido hasta el nivel del orificio.
Principio de Bernoulli: En un líquido ideal, cuyo flujo es estacionario, la suma de las energías, cinética, potencial y de presión que tiene el líquido en un punto es igual a la suma de estas en otro punto.
Indica la definición de presión atmosférica, presión hidrostática, presión manométrica y absoluta
Presión atmosférica: la Tierra está rodeada de una capa de aire, llamada atmósfera, el aire es una mezcla de 20% oxígeno, 79% nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre los cuerpos.
Presión hidrostática: todo líquido contenido en un recipiente, origina una presión sobre el fondo y las paredes del recipiente, esto se debe al peso y la fuerza de las moléculas.
Presión manométrica: es aquella que se genera cuando un líquido está en un recipiente y aparte se le genera calor.
Presión absoluta: es la suma de la presión atmosférica y manométrica.
Determina los tres casos que se presentan cuando un cuerpo está en contacto con un líquido
El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación.
Determina el efecto que produce el tubo de Ventury y el uso del tubo de Pitot
Al pasar un líquido por un tubo de Ventura que tiene un estrechamiento en una de sus partes, en este estrechamiento aumenta la velocidad, pero disminuye la presión para calcular la velocidad del líquidoen ese punto.
El tubo de Pitot es un tubo con forma de “L” y al pasar una corriente sobre él, se puede determinar la velocidad a la que va.
Indicar las diferentes consideraciones que se hacen para estudiar a los líquidos
Gasto, flujo y ecuación de continuidad.
Definir lo que es gasto, flujo y ecuación de continuidad
Gasto: es la relación que hay entre el volumen de un líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir, puede calcularse también si se considera la velocidad que lleva el líquido y se conoce el área de la sección transversal de la tubería.
Flujo: se define como la cantidad de masa de líquido que fluye a través de una tubería en un segundo. También se define como la densidad de un cuerpo, es la relación que existe entre la masa y el volumen.
Ecuación de continuidad: la cantidad de líquido que pasa por el punto 1, es la misma que pasa por el punto 2.
Resolución de problemas
Presión hidrostática
Calcular la masa y el peso de 15,000 litros de gasolina, la densidad de la gasolina es 700 kg/m3.
= m/v 15,000 l (1 m3/1000 l) = 15 m3
m= v p = mg
m= (700 kg/m3)15 m3 p = 10,500 kg (9.8 m/s2)
m = 10,500 kg p = 102,900 N
¿Cuál es la densidad de un aceite cuyo peso específico es 8,967 N/m3?
= pe/g
= 8,967 N/m3 / (9.8 m/s2)
= 915 kg/m3
¿Cuál es el volumen en metros cúbicos de 3,000 N de aceite de olivo, cuyo peso específico es de 9,016 N/m3?
pe = /v
v = /pe
v = 3,000 N / (9,016 N/m3)
v = 0.3327 m3
Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 60 N, mediante un pistón que tiene un área de 0.01 m2, ¿cuál es el valor de la presión?
p = F/A
p = 60 N / 0.01 m2
p = 6,000 N/m2
Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5 metros de profundidad, si la densidad del agua es de 1,000 kg/m3.
ph = gh
ph = (1,000 kg/m3)(9.8 m/s2)(5 m)
ph = 49,000 N/m2
Principio de Pascal
Calcular el ph en el punto A que está a 1.5 m, sabiendo que la densidad del agua es de 1,000 kg/m3.
ph = gh
ph = (1,000 kg/m3)(9.8 m/s2)(1.5 m)
ph = 147,000 N/m2
Calcular la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino en el mar, cuando soporta una ph de 8x106 N/m2, la densidad en el agua de mar es 1020 kg/m3.
ph = gh
h = ph / pg
h = 8x106 N/m2 / (1,020 kg/m3)(9.8 m/s2)
h = 8x106 N/m2 / 9,996 m3
h = 800.32 m
Para medir la presión manométrica dentro de un cilindro con gas se utilizó un manómetro de tubo abierto, al medir la diferencia entre los dos niveles de mercurio, se encontró un valor de 15 cm de mercurio, determinar la presión absoluta que hay dentro del cilindro en mm de mercurio.
pabs = patm + pman
pabs = 586 mm de hg + 150 mm de hg
pabs = 736 mm de hg
Una bomba de agua con una presión de 25x104N/m2 ¿Cuál será la altura máxima a la que puede subir el agua por la tubería si se desprecian las pérdidas de presión?
ph = gh
h = ph / pg
h = 15x104 N/m2 / (1,000 kg/m3)(9.8 m/s2)
h = 15x104 N/m2 / 9,800 m3
h = 25.51 m
Terorema de Torriccelli
¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica, que tiene un área de 100 cm2, cuando el émbolo menor de 15 cm2 de área se aplica una fuerza de 200 N?
F/A = f/a
Fa= fA
F = fA /a
F = (200 N (100 cm2)) / 15 cm2
F = 20,000 Ncm2 / 15 cm2
F = 1,333.33 N
¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica, que tiene un área de 400 cm2, cuando el émbolo menor de 30 cm2 de área se aplica una fuerza de 300 N?
F/A = f/a
Fa= fA
F = fA /a
F = (300 N (400 cm2)) / 30 cm2
F = 120,000 Ncm2 / 30 cm2
F = 4,000 N
Calcular la fuerza que se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica que tiene un diámetro de 20 cm, si el émbolo menor de 8 cm se ejerce una fuerza de 150 N.
r2
(10cm)2(3.1416) F/A = f/a
100 cm2(3.1416) Fa= fA
314.16 cm2 F = fA /a
F = (150 N (314.16 cm2))/50.26 cm2
r2 F = 47,124 Ncm2 / 50.26 cm2
(4cm)2(3.1416) F = 937.60 N
16 cm2(3.1416)
50.26 cm2
Calcular el diámetro que debe de tener el émbolo mayor de una prensa hidráulica para obtener una fuerza de 2000 N, cuando el émbolo menor tiene un diámetro de 10 cm y se aplica una fuerza de 100 N.
F/A = f/a
F/ R2 = f / r2
F r2 = f R2
R2 = (F r2) / f
R = " Fr2/f
R = "(2000 N (5cm)2)/ 100 N
R = "(2000 N (25cm2))/ 100 N
R = "50000 cm2 / 100
R = "500 cm2
R = 22.36
D = R(2)
D = 22.36 (2)
D = 44.72 cm
Un cubo de acero de 0.20 m de arista se sumerge en el agua, si tiene peso de 564.48 N, ¿qué empuje recibe y cuál será el peso aparente del cubo y el peso del agua es de 9,800 N/m3?
E = PeV
E = 9,800 N/m3(8x10-3 m3)
E = 78.40 N
Papa = 564.48 N - 78.40 N
Papa = 486.08 N
Gasto
¿Cuál será el gasto de un tubo en donde corre un líquido con un volumen de 100 m3, en un tiempo de 30 s?
G = V/T
G = 100 m3/30s
G = 3.33 m3/s
¿Cuál será el gasto de un tubo que tiene un área en su sección transversal de 10m2, si el líquido corre a una velocidad de 10 m/s?
G = AV
G = (10 m2)(10 m/s)
G = 100 m3/s
¿Cuál será el gasto de un tubo por donde pasa un líquido con un volumen de 500 m3, con un tiempo de 10.4s?
G = V/T
G = 500 cm3 /(10.4s)
G = 48.08 cm3/s
¿Cuál será el gasto de un tubo que tiene un área en su sección transversal de 400 m2, si pasa por el un líquido con una velocidad de 3.8 m/s?
G = AV
G = (400 m2)(3.8 m/s)
G = 1520 m3/s
¿Cuál es el gasto de un tubo en donde pasa un líquido con un volumen de 1,000 m3 con un tiempo de 24.9 s?
G = V/T
G = 1,000 cm3 /(24.9s)
G = 40.16 cm3/s
Flujo
¿Cuál será el flujo de un líquido, si su masa es de 50 kg y tarda 10 s en recorrer la sección?
F = m/t
F = 50 kg / 10 s
F = 5 kg/s
¿Cuál será el flujo de un líquido, si su masa es de 40 kg y tarda 3 s en recorrer la sección?
F = m/t
F = 40 kg / 3 s
F = 13.33 kg/s
¿Cuál será el flujo de un líquido, si su masa es de 160 kg y tarda 12.4 s en recorrer la sección?
F = m/t
F = 160kg / 12.4 s
F = 12.90 kg/s
¿Cuál será el flujo de un líquido, si produce un gasto de 3.17 m3/s, y tiene una densidad de 70 kg/m3?
F = G
F = 3.17 m3/s (70 kg/m3)
F = 221.9 kg/s
¿Cuál será el flujo de un líquido, si produce un gasto de 9.3 m3/s, y tiene una densidad de 40 kg/m3?
F = G
F = 9.3 m3/s (40 kg/m3)
F = 372 kg/s
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