HIDROSTATICA E HIDRODINAMICA

HIDROSTATICA

. 1 - CONCEPTO:

La Hidrostática es la instancia de parte de la Física Que Estudia los Fluidos Líquidos en reposo. Entendemos porción Fluido Cualquier Sustancia acondicionado Capacidad párr fluir, Como Es El Caso De Los Líquidos y Los Gases. Estós sí caracterizan Por carecer de forma Propia y porción del tanto he aquí que adoptar la del Recipiente Que los contains. Por instancia de parte Otra, el los Líquidos (dificilmente compresibles) Poseen volumen Propio MIENTRAS de Que El los gases (compresibles), ocupan la totalidad del volumen del Recipiente Que los contains.

2 -. FUERZA Y PRESIÓN

En La Primera Unidad VIMOS EL Concepto de Fuerza, magnitud vectorial Una representación Que la Acción Sobre Cuerpo de la ONU. La pressure es Una magnitud escalar, y sí definen de Como La Fuerza Que Actúa Sobre Un cuerpo porción Unidad de área. EJEMPLO porción ASI, la pressure Atmosférica es La Fuerza Que ejerce el aire Que nos Rodea Sobre la Superficie terrestre.

                                   P = F / S

La pressure Que ejerce Fluido ONU Sobre las paredes del Recipiente Que lo contains es del siempre perpendicular a dicha Superficie. 

3 - UNIDADES.: 

veamos Cuales hijo las unidades de pressure en los tres systems métricos.

A la Unidad del Sistema CGS (dina / cm 2) Se La denominación baria ya la Unidad del MKS (N/m2) sí la denominación Pascal. En el apêndice, al final, del Capítulo, sí dan Otras unidades DE PRESION, Con las respectivas equivalencias Entre Ellas. Volveremos Sobre Este Tema en la Unidad III al Hablar DE PRESION Atmosférica.

. 4 - Equivalencias ENTRE LOS TRES SISTEMAS: 

 

La siguiente Igualdad Establece la equivalencia Entre las unidades de los tres Sistemas VISTOS:

EJERCICIO A:  Sobre la ONU clavo de Cuya cabeza Tiene Una Superficie de 7 mm2 sí ejerce Una Fuerza ONU de la estafa martillo de 150 N. Calcular la pressure Que ejerce la punta del clavo Sobre Una madera, sabiendo de Me Superficie de dicha punta es de 1 mm2 . Expresar dicha PRESION ES Los Tres Sistemas de unidades.

A) PRESIÓN EN UN PUNTO DE UNA MASA LIQUIDA

Se definen de Como La Fuerza Que Actúa porción Unidad de área, normalmente (perpendicularmente) una ONU Elemento de Superficie del situado en DICHO punto.

• TEOREMA GENERAL DE LA hidrostatica

Supongamos Que nos sumergimos En Una pileta de 5 m de Profundidad. ¿Qué Pasa Con Nuestros Oídos A MEDIDA Que vamos descendiendo?  -  ¿Por Qué ocurre ESTO?  -  ¿Qué reformas factors Depende entonces la pressure Que ejerce el Agua Sobre Nuestro Cuerpo? -

Podemos enunciar el Principio Ahora General de la Hidrostática de la siguiente Manera:

En la Figura siguiente, Pa y Pb hijo las Presiones en dos points different de la masa líquida, r es el peso específico del fluid yh La Distancia vertical de Entre Ambos Puntos:

 

B) PRESIÓN SOBRE PAREDES Y FONDO EN RECIPIENTES

Las Presiones ejercidas Por Un Líquido Sobre las paredes y el Fondo del Recipiente Que Contiene he aquí, hijo del siempre perpendiculares a la Superficie. ESTO lo Vamos a comprobar en el cebador de Trabajo Práctico. 

En la Figura Que Sigue, la pressure en el Fondo del Recipiente (Pb) es la suma de Entre la pressure ejercida Sobre la Superficie del Líquido (pressure Atmosférica) y el Producto del peso específico Por La Altura de Este:

EJERCICIO B:  Calcular la pressure Que Soporta El Fondó de la ONU tanque estafa glicerina de 1,65 m de Altura si la pressure Atmosférica es 1013,25 hPa. ¿Cual Sera la pressure Con La Que Sale El Líquido Si Se perfora sin Orificio un 40 cm del Fondo del tanque?

5 -. PARADOJA hidrostatica

Volviendo al EJEMPLO de la Pileta, VIMOS Que al sumergirnos, Aumenta la pressure Sobre Nuestro Cuerpo A MEDIDA Que descendemos. Ahora nos preguntamos ¿Tiene Salón algoritmos de Que Ver. La Forma de la Pileta Con La presion de Que soportamos?

La pressure ejercida en el Fondo del Recipiente Depende del peso específico y de la Altura del Líquido SIENDO independiente de la forma del Recipiente y de la CANTIDAD de Líquido site in EL.

 

6 -. PRESIÓN DE ABAJO HACIA ARRIBA

            En el interior de Líquido un, la pressure sí ejerce en TODAS Direcciones en cada en punto. Se Puede demostrar experimentalmente de Me pressure HACIA arriba es Igual a la PRESIÓN HACIA abajo, de como lo Muestra el siguiente dibujo:

7 -. VASOS Comunicantes

Si colocamos Varios Recipientes estafa Formas Diferentes Conectados Entre Sí Por Su Parte inferior, tendremos entonces la ONU Sistema de Vasos comunicantes.

Suponiendo Que Todos Los Recipientes estan abiertos en do Parte Superior y volcamos agua Dentro De Ellos, ¿QUÉ Esperas Que ocurra estafa El Nivel del Líquido en Todos ellos?

En los VC ONU de la estafa Líquido en solitario, Este Alcanza el Mismo Nivel en Todos Los Recipientes Pues LA SUPERFICIE no está sometida a la Misma pressure (Atmosférica) y Todos Los Puntos Que estan a Igual Nivel Tienen La Misma pressure:

8 - PO:. PRESIÓN Atmosférica

En los VC Con Dos Líquidos distintos, inmiscibles y de DIFERENTE densidad, Estós alcanzan distintos Niveles.

9 -. PRINCIPIO DE PASCAL

            El Físico, matemático, Filósofo y Escritor Francés, Blas Pascal (1623 - 1662) enunció el siguiente Principio:

"La pressure ejercida Sobre la Superficie libre de la ONU Líquido en Equilibrio sí del transmite integramente y en TODO SENTIDO a Todos los Puntos de Encuentro de la masa líquida".

En la Figura anterior sí verificación El Principio de Pascal, en la Cual PA y PB hijo las Presiones ejercidas en los Puntos A y B respectivamente los antes de aplicar La Fuerza F y P'A hijo y p'B las Presiones LUEGO de aplicar dicha Fuerza . La pressure P es la generada Por La Aplicación De La Fuerza F Sobre la Superficie S en A.

Para comprobar this Principio sí utiliza de como Dispositivo sin el de la Figura siguiente:

Se observaciones experimentalmente de Que cols aplicar UNA PRESION Sobre el pistón del Tubo centrales, El Nivel De Liquido Asciende Valores Iguales baño TODOS Los Tubos laterales.

EJERCICIO C:  Calcular la pressure ejercida en El Fondó de la ONU tanque de 25 m de Altura estafa Petróleo si efectuamos Sobre la Superficie de Este Una pressure de 150 N/cm2. ¿Cual seria la pressure si el tanque estuviera sometido a la pressure Atmosférica normal?

10 -. PRENSA HIDRÁULICA

            Es Un alcalde Fuerza Obtener Dispositivo párrafo de Compresión, Basada en el Principio de Pascal. Si la ONU Sobre Líquido encerrado en la ONU Recipiente, Superficie Una Sobre Fuerza aplicamos Una F1 S1, Fuerza Una Podemos Obtener F2 Mayor Que F1 en Otro émbolo de Sección S2 Que alcalde S1:

11 -. DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO

            Se define densidad al cociente Entre la masa de Un cuerpo homogéneo y do volumen. El peso específico, en Cambio, Es el cociente Entre el peso del Cuerpo (P = mg) y el volumen.

            Las unidades sí obtienen de Dividir las unidades de masa o peso porción las de volumen:

            Densidad:  g/cm3, kg/m3                   Peso específico: dina/cm3, N/m3, etc   

            Un Rápido Método párr DETERMINAR el peso específico de Un cuerpo coinci en suspender el Cuerpo de dinamómetro de la ONU (determinando do peso en el Aire P) y LUEGO sumergirlo en la ONU Recipiente con Agua, SIENDO in this Caso do peso P '.

A) TABLA DE PESOS ESPECIFICOS DE SOLIDOS Y LÍQUIDOS

            Sustancia Pe (g / cm 3 ) Sustancia Pe (g / cm 3 )  

            Aceite de Oliva 0,92 Estaño 7,30    

            Agua 1,00 2,70 Granito    

            Agua de mar 1,02 Glicerina 1,26    

            Alcohol etílico 0,79 0,92 Hielo    

            Aluminio Hierro 2,73 7,86    

Ámbar 1,01 1,08 Leche    

            Azúcar 1,60 Mercurio 13,6    

            Azufre 2,10 0,70 Nafta    

            Caucho 0,90 Níquel 8,60    

            Celuloide 1,40 Oro 19,29  

            Cinc 7,15 Petróleo 0,75    

            Cloruro de Sodio 2,10 Plata 10,51  

            Cobre 8,50 Platino 21,43  

            Corcho 0,22 Plomo 11,33  

            Cuarzo 2,65 Uranio 18,98  

. 12 - PESO ESPECÍFICO DE UN MEZCLA:

            Veamos de Como Calcular el peso específico De Una Mezcla Sólida o líquida:

Pe _{Mezcla =} 1 / (   S  x _km / Pe _i  ) =   S  x _vi  .  Pe _i  )

Donde S sumatoria significa, X _millas Fracción en masa del Componente iy X _vi Fracción en volumen del Componente i.    

13 -. EJERCICIOS

• De Si DESEAS Ampliar TUS CONOCIMIENTOS resulve Los following Ejercicios:

1 -. Calcular la pressure ejercida en lib / pulg ²  Por El Agua Sobre la base de la ONU de tanque cilíndrico de 158 cm de diametro y 3.000 l de Capacidad.                                                                       

2 -. El pistón de la ONU elevador hidráulico párr Automóviles Tiene 30 cm de diametro. ¿Que PRESION EN libras / PULGADA 2  debera ejercer párr levantar sin pesa Que automóvil 1500 kgf?

3 -. Calcular la pressure Que Soporta Una Plataforma párr sostener sin tanque rectangular de agua de 12.000 l de palabra capacidad, sabiendo Que El Nivel del Líquido en el tanque Alcanza ALTURA Una Maxima De 2 my el peso del tanque Vacío es de 1 tonelada.

4 -. ¿Cual es la pressure Que Soporta buzo sumergido sin una 16 m DE LA SUPERFICIE sabiendo Que unos 2 metros de la Profundidad pressure es de 1257,87 g / cm 2  y el peso específico del agua es de 1,12 g / cm 3 . ¿Cual es la pressure Atmosférica en El Lugar?

5 -. Un cilindro de Al ( r  = 2,7 g / cm 3 ) de 3 cm de diametro y 5 cm de Altura sí lo sumerge en glicerina ( r  = 1,26 g / cm 3 ) y LUEGO en mercurio ( r  = 13 , 6 g / cm 3 ). Determinar en cúal de los dos no está Líquidos Totalmente sumergido y Cual Sera la ALTURA Que Tendra El Nivel del Líquido, Medida Sobre la Altura del cilindro, párrafo el Caso En que flota.                                                                  

6 -. Un paralelepípedo construído en bronce (  r  = 8,6 g / cm 3  ) POSEE Una Altura de 7 cm. ¿De Qué PORCENTAJE del paralelepípedo sí sumergirá En Un Recipiente conteniendo mercurio? ¿De Qué ocurre si la Altura del paralelepípedo es el doble? ¿Qué reformas Depende la Fracción sumergida?

                                                                                                            

7 -. Se DESEA Construir Una prensa hidráulica Que permita Obtener Una Fuerza de Compresión de 650 N y SE DISPONE DE UN émbolo de 100 cm 2  de sección y de Una Fuerza Maxima De 30 Kg. ¿Cual Debera Ser la Sección del Otro émbolo? ¿Podria utilizarse sin émbolo de 45 cm 2  de section?

                                                                                       

8 -. Se DESEA DETERMINAR simultaneamente los pesos Específicos del plomo y el alcohol. Pará ELLO SE suspende UNA Pesa de Plomo De 2 kg. de la ONU dinamómetro y sí lo sumerge Dentro De Una probeta de la ONU litro conteniendo 800 cm 3  de alcohol. De Cuando la pesa no está Totalmente sumergida, El Nivel de Líquido en la probeta es de 977 cm 3  y el dinamómetro marca 1.857 kg.

                                                                               

9 -. Se DESEA saber de QUÉ materiales no está del hecha Una Esfera maciza de 2 cm de la radio párr lo Cual Se La COLOCA Dentro de la ONU Recipiente de 3,93 cm de radio de estafa mercurio observándose Que Asciende El Nivel de Este 4 mm pecado Que se sumerja Totalmente. A partir de los Datos del apêndice determinar el material de de la Esfera y do peso.                                            

  

10 -. Con El Objeto De Determinar La Composición De Una Aleación de Cobre Y Estaño De 4 kg, sí la suspende de la ONU dinamómetro y al sumergirlo en agua Este marca de 3,5 kg. Sabiendo de Me densidad del cobre es 8,93 g / ml y la del estaño es 5,75 g / ml, Calcular la Composición centesimal de la Aleación.                                                                                                        

11 -. Una boya cilíndrica de 90 cm de diametro y 1.500 kg flota Verticalmente en el Mar ( r  = 1,08 g / cm 3 ). Calcular Cuánto, sí hundirá SI DOS personajes de 80 kg c / u en sí Suben a ella.          

. 12 - ¿de Qué PORCENTAJE De Una Esfera hueca de alumnio (Pe: 2.73 g/cm3) sí sumergirá En Un Recipiente con Agua, si el Espesor de la Esfera es de 8 mm y Su diametro es de en 15 cm?

LEY DE COULOMB

Ley de Coulomb

La  ley de Coulomb  Florerias expresarse de Como:

La magnitud de la CADA uña de las Fuerzas Eléctricas estafa Que interactuan dos Cargas puntuales en reposo es directly Proporcional al Producto de la magnitud de emba Cargas e inversamente Proporcional al cuadrado de la DISTANCIA Que las separación y Tiene la Dirección de la línea Que las une. La fuerza es de repulsión si las Cargas hijo de signo Igual, y de Atracción si el hijo de signo contrario.

La Constante De Proporcionalidad Depende De La Constante dieléctrica del Medio En El Que Se encuentran Las Cargas.

Desarrollo de la ley

Charles-Augustin de Coulomb  Desarrollo la balanza de torsión Con La Que determinó las Propiedades de la Fuerza electrostática. Este Instrumento coinci En Una barra Que cuelga De Una fibra Capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra Tiende a hacerla Regresar una posicion original, su, Con Lo Que Conociendo La Fuerza de torsión de Me fibra ejerce Sobre la barra, SE Puede DETERMINAR La Fuerza ejercida en Un Punto de la barra. La ley de Coulomb also Conocida Como ley de Cargas Tiene Que ver Con las Cargas Eléctricas materiales de la ONU, es Decir, Depende de si sos Cargas hijo o Negativas Positivas.    

Variación de la Fuerza de Coulomb en Función de la DISTANCIA.

En la barra de la balanza, Coulomb Coloco Una Pequeña Esfera Cargada ya continuacion, un Diferentes Distancias, posicionó Otra Esfera also Cargada. LUEGO MIDIO La Fuerza de Entre Ellas observando A el angle Que Giraba la barra.

Dichas Mediciones permitieron DETERMINAR Que:

·          La fuerza de Interacción Entre dos Cargas   y   duplicación valor do magnitud si Alguna de las Cargas dobla do, la triplica si Alguna de las Cargas Aumenta do valor en el factor de la ONU de tres, sucesivamente y Asi. Concluyó entonces Que el valor de la Fuerza era Proporcional al Producto de las Cargas:

       y       

en Consecuencia:

  

·          Si La Distancia entre Las Declinamos es  , al duplicarla, La Fuerza de Interacción Disminuye En Un factor de de 4 (2 ²); al triplicarla, Disminuye En Un factor de de 9 (3 ²) y al cuadriplicar  , La Fuerza de Entre Cargas Disminuye en factor de la ONU de 16 (4 ²). En Consecuencia, La Fuerza de Interacción Entre dos Cargas puntuales, es inversamente Proporcional al cuadrado de la DISTANCIA:

  

Asociando Ambás Relaciones:

  

De Finalmente, sí introducen Una constante de Proporcionalidad párrafo Transformar la Relación anterior En Una Igualdad:

Enunciado de la ley

La ley de Coulomb es Contacto VALIDA SOLO EN CONDICIONES estacionarias, es Decir, Cuando No Hay Movimiento de las o Cargas, COMO CUANDO Aproximación el Movimiento en sí Realiza un VELOCIDADES los bajas y en Trayectorias rectilíneas uniformes. Es Por Ello Que es Llamada  Fuerza electrostática .

En de Términos Matemáticos, la magnitud   de la Fuerza Que CADA uña de Las Dos Cargas puntuales   y   ejerce Sobre La Otra separadas Por Una DISTANCIA   SE Expresa Como:

Dadas dos  Cargas  puntuales   y   separadas Una DISTANCIA   en el  Vacío , sí atraen o Repelen Entre Sí estafa Una  Fuerza  Cuya magnitud no está dada by:

La ley de Coulomb sí ExPrEsA MEJOR estafadores magnitudes  Vectoriales :

Donde   Es Un  vector  Unitario, SIENDO Do Dirección from La  Cargas  Que producen La Fuerza Hacia la Carga de Me experimentación.

Al aplicar this Fórmula en Ejercicio de la ONU, sí debe colocar el signo de las Cargas q1 o q2, Segun sean ESTAS Positivas o Negativas.

El exponente (de la DISTANCIA: d) de la Ley de Coulomb es, Hasta Donde se sabe Hoy en DIA, exactamente 2. Experimentalmente se sabe Que, si el exponente FUERA de la forma  , entonces  .

Obsérvese Que ESTO satisface La Tercera de la ley de Newton debido a implicaciones Que Que Fuerzas de Igual magnitud actuan Sobre   y  . La ley de Coulomb es Contacto UNA Ecuación vectorial e INCLUYE EL Hecho De que la Fuerza ACTUA un lo Largo de La Línea de gremiales empre Las Cargas.

Constante de Coulomb [ editar ]

Articulo principal:  Constante de Coulomb

La constante   es la  Constante de Coulomb  y Su valor párr unidades  SI  es   N m² / C ² .

Un do Vez la constante   Donde   es la  permitividad relativea ,  , y   F / m  es la  permitividad del Medio en el Vacío .

De Cuando El Medio de Que Rodea A Las Cargas No Es el Vacío heno Que Tener en Cuenta la  constante dieléctrica  y la  permitividad  del material.

La ecuación de la ley de Coulomb Queda FINALMENTE expresada de la siguiente Manera:

La constante, si las unidades de las Cargas en sí encuentran en Coulomb es la siguiente   y do Resultado sueros en Sistema MKS ( ). En Cambio, si la Unidad de las Cargas estan en UES (q), la constante sí Expresa de la siguiente forma   y do Resultado estara en las unidades CGS ( ).

COMPARACION Entre la Ley de Coulomb y la Ley de la Gravitación Universal de

This comparacion es Relevante ya Que Ambas Leyes dictan el Comportamiento de dos de las Fuerzas de la Naturaleza FUNDAMENTALES MEDIANTE Expresiones Matemáticas Cuya similitud es Notoria.

La  ley de la gravitación universal,  Establece Que La Fuerza de Atracción Entre dos masas es directly Proporcional al Producto de las Mismas e inversamente Proporcional al cuadrado de la DISTANCIA Que las separación. Expresándolo matemáticamente:

SIENDO:

 la  constante de gravitación universal, ,

 las masas de los Cuerpos en Cuestión y

 La Distancia Entre Los Centros De Las masas.

A Pesar del chocante PARECIDO en las Expresiones de Ambas Leyes sí encuentran dos differences Importantes. La Primera es Que en el Caso de la Gravedad no en sí de han podido OBSERVAR masas de signo DIFERENTE COMO SUCEDE en el Caso de las Eléctricas Cargas, y La Fuerza de Entre masas del siempre es ATRACTIVA. La Segunda Tiene Que ver Con Los Órdenes de magnitud de la Fuerza de Gravedad y de la Fuerza Eléctrica. Para aclararlo analizaremos de como actuan Ambas empre sin protón y electrón de la ONU en el Átomo de Hidrógeno. La Separación PROMEDIO Entre el electrón y el protón es de 5,3 · 10 ^-11  m . La Carga del electrón y la del protón valen   y   respectivamente y Sus masas hijo   y  . Sustituyendo el los Datos:

.

Al comparar Resultados en sí observación Que La Fuerza Eléctrica es de UNOS 39 Órdenes de magnitud superiores a la Fuerza gravitacional. Lo Que ESTO representación Puede Ser ilustrado MEDIANTE UN EJEMPLO muy llamativo. 1  C  Equivale a la Carga Que Pasa en 1  s  porción Cualquier punto porción conductor de la ONU de El Que circula Una Corriente de Intensidad 1  A  constante. In Viviendas estafadores Tensiones De 220  ​​V _rms , ESTO Equivale a la ONU Segundo De Una bombilla de 220  ​​W  (120 W párr Las Instalaciones Domésticas De 120 V _rms ).

Si FUERA Posible concentrar la mencionada Carga en dos points estafa Una Separación de 1 metro, La Fuerza de Interacción seria:

o mar, ¡916 Millones de  kilopondios , o el peso De Una masa de CASI Un Millon de  TONELADAS  (teragramo des)!. Cuentos de Si Cargas sí pudieran concentrar de la forma indicada Más arriba, sí alejarían Bajo la Influencia of this Enorme Fuerza. De Si of this hipotética Disposición de Cargas resultan Fuerzas Enormes bronceado, ¿Por Qué No Se observan despliegues Dramáticos debidos a Las Fuerzas Eléctricas? La Respuesta en general es Que en Un Punto de dado de Cualquier conductor Nunca heno Demasiado alejamiento de la Neutralidad Eléctrica. La Naturaleza Nunca acumula sin Coulomb de Carga en punto un.