PPT S6 FLUIDOS C

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SESIÓN: 6 
FLUIDOS
Mg. Antenor Leva Apaza
FÍSICA
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INTRODUCCIÓN
En esta sesión veremos el fluido en su comportamiento estático, sus propiedades mas importantes como la densidad y la presión, así mismo también se estudiara los tipos de presión y los principios de pascal y Arquímedes, por ultimo el empuje o fuerza de flotabilidad. 
CAPACIDAD
Resuelve problemas de fluidos en reposo utilizando los principios de Pascal y Arquímedes.
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CONTENIDO TEMÁTICO 
Fluidos.
Densidad. 
Presión. 
Presión atmosférica. 
Presión hidrostática o manométrica. 
Principio de Arquímedes. 
Principio de Pascal. 
Flotación.
https://www.youtube.com/watch?v=F5TlSH134CE
VIDEO: EXCAVADOR HIDRAULICA
FLUIDOS
Tienen la capacidad de fluir (Movimiento - deslizamiento con facilidad) debido a la movilidad de las partículas que los constituyen
Sus moléculas tienen poca fuerza de atracción entre ellas
Líquidos, gases y vapores
Propiedades de los Fluidos 
Fluidez
Densidad
Presión
Comprensibilidad
Viscosidad
Capilaridad
Temperatura
Energía Interna
Entalpia
Entropía 
Calor Especifico
Tensión superficial
Es una importante propiedad de una sustancia, a la razon de su masa y su volumen, se le denomina densidad
Unidades SI : kg/m3
 DENSIDAD
Volumen específico es la inversa de la densidad
Peso específico 
Donde es la masa y el volumen de la sustancia.
En un fluido si no cambia con la presión significa que el fluido es incompresible
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La presión es la razón de una fuerza F al área A sobre la que se aplica:
A = 2 cm2
1.5 kg
P = 73,500 N/m2
PRESIÓN 
Una presión de un pascal (1 Pa) se define como una fuerza de un newton (1 N) aplicada a una área de un metro cuadrado (1 m2).
Pascal: 
metro de columna de agua (m.c.a.) 1 m.c.a. = 0.9807 kPa
1 mb = 0.1 kPa
1 bar = 100 kPa
1 kg/cm2 = 98.07 kPa
1 atm = 101.325 kPa
1 mmHg (1 torr) = 0.1333kPa
Factores de conversión.
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PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Es la presión que el aire ejerce sobre la superficie terrestre.
Cuando se mide la presión atmosférica, se está midiendo la presión que ejerce el peso de una columna de aire sobre 1 [m2] de área en la superficie terrestre.
La presión atmosférica en la superficie de la Tierra es: 
P = 101,325 Pa
y se aproxima a:
P = 1,013X105 Pa
Presión atmosférica
Una forma de medir la presión atmosférica es llenar un tubo de ensayo con mercurio, luego invertirlo en un tazón de mercurio.
Densidad de Hg = 13,600 kg/m3
Patm = rgh
h = 0.760 m
Patm = (13,600 kg/m3)(9.8 m/s2)(0.760 m)
Patm = 101,300 Pa
Presión de fluido
Un líquido o gas no puede soportar un esfuerzo de corte, sólo se restringe por su frontera. Por tanto, ejercerá una fuerza contra y perpendicular a dicha frontera.
La fuerza F ejercida por un fluido sobre las paredes de su contenedor siempre actúa perpendicular a las paredes.
Flujo de agua muestra  F
Presión de fluido
El fluido ejerce fuerzas en muchas direcciones. Intente sumergir una bola de hule en agua para ver que una fuerza ascendente actúa sobre el flotador.
Los fluidos ejercen presión en todas direcciones.
F
Presión contra profundidad en fluido
Presión = fuerza/área
La presión en cualquier punto en un fluido es directamente proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad en el fluido. 
P = rgh
Presión de fluido:
Independencia de forma y área
El agua busca su propio nivel, lo que indica que la presión del fluido es independiente del área y de la forma de su contenedor.
A cualquier profundidad h bajo la superficie del agua en cualquier columna, la presión P es la misma. La forma y el área no son factores.
Propiedades de la presión de fluido
Las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes de su contenedor siempre son perpendiculares.
La presión del fluido es directamente proporcional a la profundidad del fluido y a su densidad.
A cualquier profundidad particular, la presión del fluido es la misma en todas direcciones.
La presión del fluido es independiente de la forma o área de su contenedor.
Ecuación fundamental de la estática de fluidos 
Diagrama de cuerpo libre
z
dz
g
(P + dP) dS
P dS
Podemos aislar el volumen del resto de fluido, como se muestra en la figura. En estática, este volumen estará en equilibrio. 
Condición de equilibrio
Para el caso de un líquido, con densidad ρ constante, la presión a una profundidad es: 
Cambio de la presión con la altura en un fluido en equilibrio estático en un campo gravitacional
P0 :presión atmosférica.
𝝙P: Diferencia de presion 
𝝙h: Diferencia de altura 
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Ejemplo 1. La densidad del acero es 7800 kg/m3. ¿Cuál es el volumen de un bloque de acero de 4 kg?
4 kg
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Ejemplo 2. Un cilindro metálico de 80 kg, 2.0 m de longitud y un área de 25 cm2 en cada base. Si una de sus bases está en contacto con el piso, ¿qué presión ejerce el cilindro sobre el suelo?
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Ejemplo 3. La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1.0x10^5 Pa. ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 40 cm 80 cm?
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Ejemplo 4. Calcule la presión originada por un fluido en reposo a una profundidad de 76 cm en 
agua (a = 1.00 g/cm3) 
mercurio ( 13.6 g/cm3).
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Ejemplo 5. Un buzo se ubica 20 m bajo la superficie de un lago (ρ = 1000 kg/m3). ¿Cuál es la presión debida al agua?
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Ejemplo 6. Un dique de una represa forma un lago artificial de 8.00 km2. Justo detrás del dique, el lago tiene una profundidad de 12.0 m. ¿Cuál es la presión producida por el agua a) en la base del dique y b) en un punto ubicado 3.0 metros bajo la superficie del lago?
PRESIÓN ABSOLUTA
Presión absoluta: La suma de la presión debida a un fluido y la presión de la atmósfera.
Presión hidrostática. La presión hidrostática es la presión ejercida por el peso de un líquido sobre las paredes y el fondo del recipiente.
Se calcula como el producto de la densidad, la aceleración de la gravedad y la altura:
Presión manométrica: La diferencia entre la presión absoluta y la presión de la atmósfera:
Presión absoluta = Presión manométrica + 1 atm
h
DP = 196 kPa
1 atm = 101.3 kPa
Ejemplo . Con los datos de la figura determine la presion absoluta
La presión aplicada a un fluido confinado aumenta la presión en todos los puntos de fluido en la misma cantidad.
Debido a que la presión es la misma en ambos lados, , entonces, 
Como el volumen del líquido empujado debe ser el mismo se tiene
factor multiplicador de fuerza
PRINCIPIO DE PASCAL
Blaise Pascal (1263-1662)
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Ejercicio 7. Los pistones pequeño y grande de una prensa hidráulica tienen diámetros de 4 cm y 12 cm. ¿Qué fuerza de entrada se requiere para levantar un peso de 4000 N con el pistón de salida (out)?
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Ejercicio 8. En una prensa hidráulica, como la que se muestra en la figura adjunta, el pistón más grande tiene un área de sección transversal A1 = 200 cm2, y el pistón pequeño tiene un área de sección transversal A2 = 5.0 cm2. Si una fuerza de 250 N se aplica sobre el pistón pequeño, ¿cuál es la fuerza F1 en el pistón grande?
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Ejercicio 9. El elevador de automóviles es una máquina de aire comprimido, se ejerce una fuerza sobre un pequeño tubo cilíndrico de del radio, el cual transmite una presión por medio de un liquido no compresible a un segundo tubo cilíndrico que levanta el automóvil. Si el radio del segundo tubo es de .
¿Qué fuerza debe ejercer el aire comprimido para levantar un auto que pesa 18000 N?
b) ¿Qué presión del aire producirá esa fuerza?
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Ejercicio 10. Para el sistema que se muestra en la figura adjunta, el cilindro L de la izquierda tiene una masa de 600 kg y un área de sección transversal de 800 cm2. El pistón S de la derecha tiene un área en su sección transversal de 25 cm2 y peso despreciable. Si el dispositivo se llena conaceite ( = 0.78 g/cm3), calcule la fuerza F que se requiere para mantener al sistema en equilibrio.
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Ejercicio 11.Como se muestra en la figura adjunta, una columna de agua de 40 cm de altura sostiene otra columna de 31 cm de un fluido desconocido. ¿Cuál es la densidad del fluido que no se conoce?
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Ejercicio 12. El tubo en U conectado al tanque de la figura adjunta se llama manómetro. Como puede ver, el mercurio en el tubo está más alta en un brazo del tubo que en el otro. ¿Cuál es la presión en el tanque si la presión atmosférica es de 76 cm de mercurio? La densidad del mercurio es de 13.6 g/cm2
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Ejercicio 13. En unos vasos comunicantes hay agua y mercurio. La diferencia de alturas de los niveles del mercurio en los vasos es h = 1 cm. Calcular la altura de aceite que se debe añadir por la rama de mercurio para que el nivel de éste en los dos casos sea el mismo. 
Principio de Arquímedes
Un objeto total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación hacia arriba igual al peso del fluido desplazado.
2 lb
2 lb
La fuerza de flotación se debe al fluido desplazado. El material del bloque no importa.
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PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES
El principio de Arquímedes establece lo siguiente: si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo 
Consideremos la fuerza neta actuando sobre un cilindro sumergido en un fluido de densidad . Las fuerzas y se deben a la presión del agua. La fuerza neta es la suma de ambas fuerzas:
F
La fuerza neta que actúa hacia arriba se llama fuerza de empuje (E) o fuerza de flotación .
FnV
F
FLOTACIÓN
La flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota. El cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno de helio flota en el aire 
Fn
Totalmente sumergido 
densidad del fluido 
 densidad del objeto.
 : volumen sumergido
 : volumen del objeto
En equilibrio
Parcialmente sumergido 
Cuerpo en movimiento
Fn
Si el objeto tiene positiva (subirá). 
Si el objeto tiene negativa (bajará). 
cuerpo flota 
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Ejemplo 14. Un bloque de latón de 2 kg se une a una cuerda y se sumerge en agua. Encuentre la fuerza de flotación y la tensión en la cuerda.
Ejemplo 15. Un estudiante flota en un lago salado con un tercio de su cuerpo sobre la superficie. Si la densidad de su cuerpo es 970 kg/m3, ¿cuál es la densidad del agua del lago?
Ejemplo 16. Sabiendo que la densidad del agua de mar es de determine cual debería ser el volumen de un pez que tiene una masa de .
Ejemplo 17. Determinar la fracción del volumen de un iceberg que se encuentra sumergida bajo el agua. Un iceberg tiene una densidad de y la densidad del mar es de 
Ejemplo 18. Un gran bloque de hielo (densidad 917 kg/m3 ) flota en la agua de mar (densidad 1030 kg/m3 ). ¿Si el área superficial del hielo es 20 m2 y tiene 0,20 m de espesor, cuál es la masa del oso polar más pesado que puede estar parado en el hielo sin hacerlo ir debajo de la superficie del agua? 
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Ejercicios 19. Los compartimientos B y C en la figura están cerrados y llenos con aire, el barómetro lee 76 cm de mercurio cuando los manómetros leen x y 25 cm. ¿Cuál será el valor de x? Los tubos en U están llenos de mercurio de densidad
PROBLEMAS DE APLICACION
ρHg=13.70 gr / cm3 
Ejemplo 20. Una estatua de oro sólido de 15.0 kg de peso está siendo levantada de
un barco hundido (figura adjunta). ¿Qué tensión hay en el cable cuando la estatua está a) en reposo y totalmente sumergida, y b) en reposo y fuera del agua? 
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Ejercicios 21. Una pelota de plástico tiene 25 cm de radio y flota en agua con el 25% de su volumen sumergido.
¿ Cual es la densidad de la pelota?
¿Qué fuerza deberemos aplicar a la pelota para sostenerla en reposo totalmente sumergida en agua?
Si se suelta la pelota, ¿qué aceleración tendrá en el instante en que se suelte?
a)
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b)
c)
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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hframe.html
https://phet.colorado.edu/es/simulation/fluid-pressure-and-flow
Referencias Web
https://www.fisicapractica.com/presion-hidrostatica.php
https://www.youtube.com/watch?v=kpiDVkZs0PY
https://www.youtube.com/watch?v=MtzP2_3UrwA
https://www.youtube.com/watch?v=hVBLseIXMnY
	Código de biblioteca	TEXTO
	621.38153 A17 
 	SEARS ZEMANSKY Y YOUNG. Física Universitaria. V2. Ed. Addison – Wesley – Long man, 1999. ISBN: 9684442785 (530/S32/V2). 
	530 G43 V. 1	Física para universitarios, Giancoli Douglas C. Pearson Educación
	530 S43 V. 1	Sears Francis W. Física universitaria Pearson Educación
	530 S49 V. 1	Serway Raymond A. Física para ciencias e ingenierías
	530.15 S49 T. 1	Serway Raymond A. - Jewett John W. Física I Thomson
	530.15 S49 T. 2	Serway Raymond A. - Jewett John W. Física II Thomson
	621.381 A34
 	SERWAY, R. A. (2001). Física. Tomo I. (4ta. Ed.). McGraw Hill. México. ISBN: 9701012968 (530/S42/T2/E2)
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