1. ¿QUE ESTUDIA LA HIDROSTATICA?
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. La hidrostática estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos.(fluido inmóvil) p=f/a sabiendo que p=presión , f=fuerza y a=área.
2. ¿QUE SE ENTIENDE POR FLUIDO?
Un fluido es cualquier cosa que pueda derramarse si no está en un recipiente (a menos que sea lo suficientemente grande como para mantenerse unido por la gravedad, al igual que una estrella).
Por ejemplo el agua es un fluido, y también lo es el aire. De hecho, todos los líquidos y gases son fluidos. En el espacio, y dentro de las estrellas, hay un tipo de fluido llamado, called a plasma.
3. ¿EXPLICA LAS SIGUIENTES CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS?
Ø VISCOSIDAD
Esta propiedad se origina por el razonamiento de unas partículas con otras, cuando un liquido fluye.
Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como: una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. Por ejemplo, si en un recipiente al que se le ha hecho una perforación en el centro, se pone a fluir por separado: miel, leche, agua y alcohol, observamos que las rapidez con que cada líquido fluye es distinta: mientras más viscoso es un líquido, más tiempo tarda en fluir.
El Sistema Internacional, tiene como unidad de viscosidad al poiseville, que se define como: la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido y la velocidad de este, respecto a la superficie, es de un metro por segundo.
1 poiseville:
En el sistema C.G.S. la unidad de viscosidad usada es el poise, y equivale a la decima parte del poiseville.
1 poise: =
Ø TENSION SUPERFICIAL
Este fenómeno se presenta debido a la atracción que hay entre las moléculas de un líquido. Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas que están en el interior del líquido se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras pero las moléculas que quedan en la superficie libre del líquido solo son atraídas por las moléculas que están abajo y los lados. Por tanto, la resultante de las fuerzas de atracción que ejercen las moléculas próximas a una molécula que está en la superficie, está dirigida hacia el interior del líquido, lo que da origen a la tención superficial.
Tensión superficial. Las moléculas que se encuentran en la superficie, solo son atraídas por las que estén abajo y a los lados, es tanto que las que están en el interior del liquido, son atraídas en todas direcciones, por lo cual esta en equilibrio.
Debido a la tensión superficial una pequeña masa de liquido tiende a ser redonda en el aire, tal es el caso de las gotas; también los insectos pueden caminar sobre el agua o una aguja puesta con cuidado sobre el liquido no se hunde. Estos fenómenos son posibles porque la tensión superficial hace que la superficie libre de un liquido se comporte como una finísima membrana elástica.
La tensión superficial del agua puede reducirse en forma considerable si se le agrega detergente, esto contribuye a que el agua penetre con mas facilidad por los tejidos durante el lavado de ropa.
Ø COHESION
Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma substancia. Por la fuerza de cohesión, dos gotas de agua que se juntan se unen para formar una sola, lo mismo sucede con dos gotas de mercurio.
Ø ADHERENCIA
Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos substancias diferentes cuando se ponen en contacto. Comúnmente las substancias liquidas se adhieren a los cuerpos solidos.
En general, cuando se presenta el fenómeno de adherencia significa que la fuerza de cohesion entre las moléculas de una misma substancia es menor a la fuerza de adherencia que experimenta con otra substancia distinta con la cual tiene contacto. Tal es el caso del agua que se adhiere al vidrio, la pintura al adherirse a un muro, el aceite al papel, o la tinta a un cuaderno. Cuando la fuerza de cohesion entre las moléculas de una substancia es mayor que la fuerza de adherencia que experimenta con otra substancia distinta con la cual tiene contacto, no se presenta adherencia y se dice que el liquido no se moja al solido.
Ø CAPILARIDAD
Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared solida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares. Por ejemplo cuando se introduce un tubo capilar en un recipiente que contiene mercurio, se observa que el liquido en lugar de ascender por el tubo, desciende; debido a que sufre una depresión.
4. ¿DEFINIR EL CONCEPTO, LA FORMULA Y LAS UNIDADES DE DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO?
Densidad: La densidad de una substancia (ρ), expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la substancia entre el volumen que ocupa:
ρ=masa/volumen en kg/m3
Peso especifico: El peso especifico de una substancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.
Donde: Pe= peso especifico de la substancia, en N/m3
P=peso de la substancia, newtons (N)
V=volumen que ocupa, en m3
La relación que existe entre la densidad y el peso especifico de una substancia, la podemos obtener si recordamos que:
P=mg………..1
Como
Pe=
Sustituyendo 1 en 2 tenemos
Pe= ………..3
Como
Pe=ρ g Peso específico: densidad por aceleración de la gravedad.
Ρ= Densidad: Peso especifico entre aceleración de la gravedad.
5. EXPLICA COMO FUNCIONA LA PRENSA HIDRAULICA
LA PRENSA HIDRAÚLICA
Este dispositivo, llamado prensa hidráulica, nos permite prensar, levantar pesos o estampar metales ejerciendo fuerzas muy pequeñas. Veamos cómo lo hace.
El recipiente lleno de líquido de la figura consta de dos cuellos de diferente sección cerrados con sendos tapones ajustados y capaces de res-balar libremente dentro de los tubos (pistones). Si se ejerce una fuerza (F1) sobre el pistón pequeño, la presión ejercida se transmite, tal como lo observó Pascal, a todos los puntos del fluido dentro del recinto y produce fuerzas perpendiculares a las paredes. En particular, la porción de pared representada por el pistón grande (A2) siente una fuerza (F2) de manera que mientras el pistón chico baja, el grande sube. La presión sobre los pistones es la misma, No así la fuerza!
Como p1=p2 (porque la presión interna es la misma para todos lo puntos)
Entonces: F1/A1 es igual F2/A2 por lo que despejando un término se tiene que: F2=F1.(A2/A1)
6. ENUNCIA EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES?
“Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.”
Cuando un cuerpo se introduce en un recipiente que contiene un líquido, se observa que el líquido ejerce una presión vertical ascendente sobre el cuerpo.
Esto se comprueba al introducir un trozo de madera en el agua; la madera es empujada hacia arriba, por lo que se ejercerá una fuerza hacia abajo si se desea mantenerla sumergida.
De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca por su parte más baja, a medida que nos aproximamos a la parte más honda, sentimos una aparente pérdida de peso, comenzando a flotar debido al empuje recibido por el agua.
Cuando un cuerpo se encuentra sumergido totalmente en un líquido, todos los puntos de su superficie reciben una presión hidrostática, que es mayor conforme a la profundidad de un punto. Las presiones ejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente, sin embargo, el cuerpo se encuentra sujeto a otras dos fuerzas que son opuestas: una debido a su peso que lo empuja hacia abajo y otra, que por el empuje del líquido, lo impulsa hacia arriba.
7. ¿MENCIONA ALGUNAS APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES?
· Barcos
· Submarinos
· Salvavidas
· Densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros
APLICACION DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
Un globo de goma tiene 8 g de masa cuando está vacío. Para conseguir que se eleve se infla con gas de ciudad. Sabiendo que la densidad del aire es de 1,29 kg/m3 y la del gas de ciudad 0,53 kg/m3 determinar el volumen que, como mínimo, ha de alcanzar el globo para que comience a elevarse. Para que el globo inicie el ascenso, la fuerza del empuje ha de ser superior a la del peso:
E > P
En virtud del principio de Arquímedes:
E = V.daire.g
ya que en este caso el fluido desalojado es el aire. Por otra parte, el peso P será la suma del peso del globo más el peso del gas ciudad que corresponde al volumen V, es decir:
P = 8.10-3 kg.g + V.dgas.g Þ V = daire.g > 8.10-3 kg.g + V.dgas.g Þ V.( daire - dgas) > 8.10-3 kg
V > 8.10-3 kg/( daire - dgas) = 8.10-3 kg/[(1,29 – 0,53) kg/m3] = 10,5.10-3 m3
El volumen mínimo será, por tanto, de 10,5 litros.
v La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras:
1.
2. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
3. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
5. Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
6. Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
7. De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto se cumple
8. Empuje=peso=rf·gV
9. El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
10. Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
11. Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es el mismo, y actúa sobre el mismo punto, es decir, sobre el centro de empuje.
12. Lo que cambia es el peso del cuerpo y su punto de acción que es su propio centro de masa que puede o no coincidir con el centro de empuje.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.
Ejemplo:
Supongamos un cuerpo sumergido de densidad ρ rodeado por un fluido de densidad ρf. El área de la base del cuerpo es A y su altura h.
La presión debida al fluido sobre la base superior es p1= ρfgx, y la presión debida al fluido en la base inferior es p2= ρfg(x+h). La presión sobre la superficie lateral es variable y depende de la altura, está comprendida entre p1 y p2.
Las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre la superficie lateral se anulan. Las otras fuerzas sobre el cuerpo son las siguientes:
· Peso del cuerpo, mg
· Fuerza debida a la presión sobre la base superior, p1·A
· Fuerza debida a la presión sobre la base inferior, p2·A
En el equilibrio tendremos que
mg+p1·A= p2·A
mg+ρfgx·A= ρfg(x+h)·A
mg+ρfgx·A= ρfg(x+h)·A
o bien,
mg=ρfh·Ag
El peso del cuerpo mg es igual a la fuerza de empuje ρfh·Ag
Como vemos, la fuerza de empuje tiene su origen en la diferencia de presión entre la parte superior y la parte inferior del cuerpo sumergido en el fluido. El principio de Arquímedes se enuncia en muchos textos de Física del siguiente modo:
Cuando un cuerpo está parcialmente o totalmente sumergido en el fluido que le rodea, una fuerza de empuje actúa sobre el cuerpo. Dicha fuerza tiene dirección hacia arriba y su magnitud es igual al peso del fluido que ha sido desalojado por el cuerpo.
FISICA
ENSEÑANZA MEDIA SUPERIOR 2
HECTOR PEREZ MONTIEL
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