HIDROESTÁTICA

PRADOJA HIDROSTATICA

La fuerza debida a la presión que ejerce un fluido en la base de un recipiente puede ser mayor o menor que el peso del líquido que contiene el recipiente, esta es en esencia la paradoja hidrostática.

Imagen:

Vasos comunicantes.

LEY DE PASCAL

El concepto de presión se aplica únicamente al fluido mismo y puede calcularse mediante la ecuación P=d*g*h.

Desafortunadamente no es el caso de la mayor parte de las ocasiones. Cualquier liquido en un recipiente abierto es afectado por la presión atmosférica además de la presión originada por su propio peso. Ya que el fluido es relativamente incomprensible, la presión externa de la atmosfera  se transmite en igual medida atreves de todo el volumen del fluido. Este hecho establecido por primera vez por el matemático francés Blaise Pascal se llama ley de Pascal y su enunciado dice así:

“Una presión externa aplicada a un fluido confinado (encerrado) se transmite por igual atreves de todo el volumen del fluido”

Medidas:

1 atm= 14.7psi = 101.3Kpa = 760mmHg = 30plgHg

MANOMETRO DE TUBO

Es un dispositivo que sirve para medir la presión manométrica en una cámara presurizada. Consiste en un tubo en forma de U que contiene un liquido que generalmente es mercurio por su alto y bajo punto de ebullición y congelación respectivamente.

Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, se encuentran sometidos bajo la presión atmosférica por lo que el mercurio busca su propio nivel hasta igualar las presiones.

Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se elevara en el otro extremo del tubo. La diferencia entre los desniveles de mercurio en el tubo proporciona la presión manométrica

Imagen:

VIDEO: Vasos comunicantes

Tomado de: cuaderno 3ºbachillerato

FLUIDOS EN REPOSO

FLUIDOS EN REPOSO: La hidrostática se encarga del fluido en reposo los gases y líquidos se consideran fluidos por que pueden fluir libremente y llenan los recipientes que los contienen.

Los fluidos pueden ejercer fuerzas sobre las paredes de los recipientes que los contienen, en un área definida, creando una condición de presión.

EJ:

*La prensa hidráulica la condición de presión para elevar cargas pesadas.

*El diseño y construcción de  los barcos, submarinos, globos meteorológicos, etc. Deben tomar en cuenta la presión, densidad, peso específico del fluido circundante.

PESO ESPECÍFICO (D)

Se define come el peso del cuerpo por unidad  de volumen.

D =  W / V

Unidades:

S.I: D = N/M³     

C.G.S: D= Dinas/cm³

INGLES: D= lb*/pie³

DENSIDAD MASA (d: delta)

Se define como la masa del cuerpo por unidad de volumen.

d=m/v

Unidades:

S.I: d=kg/m³

C.G.S: d= g/cm³

INGLES: d= slug/pie³

Imagen:

PRESION

Se define como la fuerza perpendicular o normal por unidad de área.

P=F/A

Unidades:

S.I: P= N/m² (Pascal)

C.G.S: P= Dinas/cm² (Baria)

INGLES: P lb*/plg² (Psi)

PRESION EN UN FLUIDO (en función de la profundidad o altura)

P= D*h   INGLES

P= d*g*h   (C.G.S) y (S.I)

Imagen:

Tomado de: cuaderno 3ºbachillerato.

FLUJO DE FLUIDOS

Tomado de:  

}http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1tica

}http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica

PRESIÓN Y VELOCIDAD

La velocidad de un fluido aumenta cuando pasa por una constricción. Este aumento de velocidad solo se puede dar cuando exista una fuerza que provoque una aceleración en el mismo. A fin de acelerar al fluido en la constricción la fuerza de empuje en la sección transversal A debe ser mayor que la fuerza de resistencia en la sección B.

En otras palabras, la presión en los puntos A Y C debe ser mayor que sección B. Si existen tubos insertados sobre la tubería, estos muestran la diferencia de presión:

EFECTO VENTURI:

PA-PB= P*g*H1-P*G*H2

PA-PB= P*g*(H1-H2)

PA-PB= P*g*H

PA; PB: presión

P: densidad

g: gravedad

H1; H2: altura

A partir de esta ecuación se puede medir la velocidad de un fluido.

ECUACIÓN DE BERNOULLI: Al estudiar la dinámica de fluidos es necesario hacer un hincapié en cuatro cantidades importantes:

1. la velocidad del fluido

2. la densidad del fluido

3. al altura

4. la presión

La capacidad de describir el movimiento de los fluidos y su relación con las cantidades mencionadas anteriormente fue estudiada por l el matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1789)

CONSIDERACIONES:

1. El fluido tiene masa por tanto obedece a las mismas leyes de la conservación de la energía.

2. El trabajo necesario para mover al fluido del punto al punto B.

3. El trabajo neto debe ser la suma algebraica del trabajo realizado debido a la fuerza (F1) y el trabajo realizado por la fuerza de resistencia (F2)

DEMOSTRACIÓN:

P=m/v

Trabajo Neto= F1*S1 - F2*S2

Trabajo Neto= P1*A1*S1 – P2*A2*S2

Trabajo Neto= P1*V – P2*V

Trabajo Neto= V (P1-P2) .1

Trabajo Neto= Ec (energía cinética)+ Epg (energía potencial gravitatoria)

Trabajo Neto= 1/2mv2² -  1/2mv1² + mgh2 – mgh1 .2

2. en 1.

m/P*(P1-P2)= 1/2mv2² -  1/2mv1² + mgh2 – mgh1

P1+ 1/2pv1²+ pgh1 = P2 + 1/2pv1² + pgh2

P: presión estática

1/2pv²: presión dinámica

pgh: presión altimétrica

IMÁGENES:

EFECTO VENTURI: PA-PB= P*g*H

ECUACIÓN DE BERNOULLI: P1+ 1/2pv1²+ pgh1 = P2 + 1/2pv1² + pgh2

VIDEO: Ecuación de Bernoulli

Tomado de: cuaderno de física 3ro de bachillerato.

HIDRODINÁMICA

FLUJO DE FLUÍDOS: Al estudiar dinámica de fluidos se supondrá que todo los fluidos en movimiento exhiben un flujo laminar. Para que un fluido sea estudiado por la hidrodinámica debe cumplir con tres condiciones que son:

1. Tener flujo laminar

2. Que no sea viscoso y

3. Que sea incompresible.

FLUJO LAMINAR: Está dado por el movimiento de un fluido en la que toda partícula del fluido tiene la misma trayectoria que la seguida por las partículas anteriores.

FLUJO TURBULENTO: Son los vórtices o torbellinos que se forman cuando una corriente de aire rompe en un segundo obstáculo estacionario, este absorbe mucha energía del fluido incrementándose el arrastre por rozamiento a través del mismo. Los fluidos son incompresibles por tanto no presentan rozamiento interno apreciable.

GASTTO O CAUDAL (R): Se define como el volumen de un fluido que pasa por una sección transversal de área (a) por unidad e tiempo. Se denota con la letra R mayúscula.

R= V/t

UNIDADES DEL GASTO: R= m^3/s

Sistema Internacional: R= cm³/s

Sistema (centímetro, gramo, segundo):

Sistema Inglés: R=pie³/s

ECUACIÓN DEL GASTO EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD:

V (Volumen) = A (área) * l (distancia); l = v (velocidad) * t (tiempo)

V= A *v* t

R= A * v (velocidad)

ECUACIÓN DEL GASTO EN FUNCIÓN DE LA CONTINUIDAD:

m1=m2

P (densidad)= m (masa)/v (volumen); m= P*V; V (volumen)= A (área) *v (velocidad)

P1*V1=P2*V2

P1*A1*v1=P2*A2*v2

ECUACIÓN DE LA CONSERVACIÓN DEL GASTO: Si el fluido es incompresible, su densidad es constante, entonces:

A1*v1= A2*v2

IMÁGENES:

GASTO O CAUDAL: (tubo recto)

GASTO O CAUDAL: (conservación, función de la continuidad)

VIDEO: 

Tomado de: cuaderno de física 3ro de bachillerato.