Física Electivo
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FLUIDOS III TEMAS 1. Hidrostática Es una fuerza ascendente ejercida por un fluido sobre cuerpos que están total o parcialmente sumergidos en él.
Este principio sostiene que todo cuerpo parcial o completamente sumergido en un líquido experimenta una fuerza de empuje cuyo valor equivale al peso del líquido desalojado por él. En la figura se aprecia que el peso del líquido desalojado por la esfera es 2 Newton, esto implica que el empuje es de 2 Newton.
3. Empuje y volumen desalojado Como pudimos observar en el ejemplo de la figura anterior, el peso del líquido desalojado por la esfera es de 2 Newton, lo que equivale por el principio de Arquímedes a que el valor del empuje es de 2 Newton. Todo lo anterior se puede resumir de la siguiente manera: Empuje (E) = Peso del fluido desalojado Además, por la ecuación de densidad, se sabe que masa = Densidad · Volumen. Reemplazando ambas ecuaciones se tiene finalmente: E = DL · V · g = ? · V Donde Las unidades para la fuerza de empuje en los distintos sistemas son:
Cuando sumergimos un cuerpo en un fluido, éste “disminuye su peso” debido a la fuerza ascendente (empuje) que ejerce el fluido sobre el cuerpo. A este peso del cuerpo sumergido se le llama peso aparente. Del enunciado anterior se concluye que el peso de un cuerpo sumergido en un fluido es menor que el peso fuera de él. Matemáticamente, lo anterior se puede escribir de la siguiente manera: P* = P - E
Donde
P*= peso aparente del cuerpo P = peso del cuerpo fuera del fluido E = empuje En la figura se observa que el peso de la esfera en el aire es de 9 Newton. Al sumergir la mitad de la esfera se observa que el peso aparente de la esfera es 6 Newton (el empuje es 3 Newton). Al sumergir la esfera completamente se observa que el peso aparente de la esfera es 3 Newton (el empuje es 6 Newton).
5. Relación entre flotación, empuje y peso Un cuerpo FLOTA si la densidad del cuerpo es igual a la densidad del líquido, o bien, el empuje es igual al peso del cuerpo. Es decir: D cuerpo = D líquido ® ® Si analizamos las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en estudio, podemos observar que existe un equilibrio de entre la fuerza peso que apunta hacia abajo y la fuerza empuje que apunta hacia arriba. Dicho de otra manera, la suma de ambas fuerzas (la fuerza neta) es cero.
Un cuerpo se HUNDE si la densidad del cuerpo es mayor a la densidad del líquido, o bien, el peso del cuerpo es mayor que el empuje. D cuerpo > D líquido ® ®
Si analizamos las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en estudio, podemos observar que la fuerza de empuje que apunta hacia arriba es menor que la fuerza peso que apunta hacia abajo, lo que produce el hundimiento del cuerpo. Dicho de otra manera, la resultante de la suma de ambas fuerzas (fuerza neta) es hacia abajo, luego el cuerpo se hunde.
Si un cuerpo está sumergido, éste EMERGE si la densidad del líquido es mayor a la densidad del cuerpo, o bien, el empuje es mayor que el peso del cuerpo. D líquido > D cuerpo ® ®
Si analizamos las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en estudio, podemos observar que la fuerza de empuje que apunta hacia arriba es mayor que la fuerza peso que apunta hacia abajo, produciendo que el cuerpo emerja. Dicho de otra manera, la resultante de la suma de ambas fuerzas (fuerza neta) es hacia arriba, luego el cuerpo emerge.
7. Características del movimiento de los fluidos
Caudal (Q) Volumen (V) de fluido que atraviesa una sección de área, en un determinado tiempo (t). Por ejemplo, caudal corresponde a una cantidad de agua que sale por una tubería en un determinado tiempo. Matemáticamente se expresa mediante la ecuación: Q= V Otra forma de definir caudal es la siguiente: si V1 es la rapidez con que el líquido atraviesa la sección de área (A), el caudal será: Q= A · V1
Las unidades de caudal para los distintos sistemas:
Practica con el ejemplo interactivo.
Si observas la tubería de la figura, verás que presenta un área de entrada distinta a la de salida; pero el volumen de líquido que entra en un determinado tiempo es igual al volumen de líquido que sale en el mismo tiempo, siempre que no existan pérdidas de líquido. Numéricamente hablando, si entra 1 litro de agua en 2 segundos, sale 1 litro de agua en 2 segundos. También podemos observar que el área de entrada es más pequeña que el área de salida, pero como la cantidad de agua que entra es la misma que la que sale, la velocidad por el área más chica es mayor que la velocidad del agua que sale por el área mayor. - Resumamos lo anterior: Como no puede haber paso de fluido a través de la superficie lateral del tubo, ni tampoco hay fuentes ni sumideros, entonces, el caudal a la entrada y a la salida del tubo es el mismo. Q entrada = Q salida En una ecuación nos queda: A1 · V1 = A2 · V2
 Donde A y v son las áreas y rapidez respectivas.
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