FISICA-1-Guia-5-2021

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Guía 5: Fluidos 
Asignatura: Física 1 (Biotecnología) 
Docente (Teórica): Dr. Brian Wundheiler (bwundheiler@docentes.unm.edu.ar) 
Docente (Practica): Dr. Diego Melo (diego.melo@iteda.cnea.gov.ar) 
Día/Horario: Miércoles, 17 hs a 22 hs 
Año: 2021 
Problema 1: ¿Cuál es la masa de la atmósfera de la tierra?. El radio de la Tierra es 6.37 x 106 m y la 
presión atmosférica en la superficie es 1.013 x 105 N/m2. 
Problema 2: Una mujer de 50 kg se equilibra sobre un par de zapatos con tacón de aguja. Si el tacón 
es circular y tiene un radio de 0.5 cm, ¿qué presión ejerce sobre el piso cada tacón?. 
Problema 3: En un tubo en U se vierte mercurio. El brazo izquierdo del tubo tiene área de sección 
transversal A1 de 10 cm2, y el brazo derecho tiene un área de sección transversal A2 de 5 cm2. A 
continuación se vierten 100 g de agua en el brazo derecho, como se muestra en la figura. a) 
Determine la longitud de la columna de agua en el brazo derecho del tubo. b) Dado que la densidad 
del mercurio es 13.6 g/cm3, ¿Qué distancia h se eleva el mercurio en el brazo izquierdo?. 
 
Problema 4: Una pelota de ping pong tiene un diámetro de 3.8 cm y una densidad promedio de 
0.084 g/cm3. ¿Qué fuerza se requiere para mantenerla completamente sumergida bajo el agua?. 
Problema 5: Un globo ligero se llena con 400 m3 de helio. a) A 0 0C, ¿cuál es la carga, en kg, que 
puede levantar el globo?. b) ¿Que carga, en kg, puede levantar el globo si se llena con hidrogeno?. 
En los cálculos considere las siguientes densidades: δaire = 1.29 kg/m3, δHe = 0.179 kg/m3 y δH = 0.0899 
kg/m3. 
Problema 6: Una bola esférica de aluminio, de 1.26 kg de masa, contiene una cavidad esférica vacía 
que es concéntrica con la bola. La bola apenas flota en el agua. Calcule: a) El radio exterior de la 
bola. b) El radio de la cavidad. Considere en sus cálculos que δAl = 2700 kg/m3. 
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Problema 7: Un tanque con un fondo plano de área A y lados verticales se llena con agua hasta una 
profundidad h. La presión es de 1 atm en la superficie. a) ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo 
del tanque?. b) Suponga que una superficie delgada, rígida y de masa despreciable se coloca en el 
interior del tanque, flotando sobre la superficie superior del nivel de agua. Posteriormente arriba 
de esta superficie se coloca un objeto de masa M, manteniendo la condición de flotación de la tapa 
con el objeto, sin que se derrame agua del tanque. ¿Cuál es el aumento resultante de presión en el 
fondo del tanque?. c) Evalúe estos resultados para un tanque con 1.5 m de profundidad y una base 
circular de 6 m de diámetro, si dos personas con masa combinada de 150 kg se paran sobre la tapa, 
y halle el aumento de presión en el fondo del tanque. 
Problema 8: Un cubo de madera que tiene aristas de 20 cm y densidad de 650 kg/m3 flota en el 
agua. a) ¿Cuál es la distancia desde la superficie horizontal más alta del cubo al nivel de agua?. b) 
¿Qué masa de plomo se debe colocar sobre el cubo para que la parte superior del cubo esté justo a 
nivel con el agua?. 
Problema 9: La fuerza gravitacional que se ejerce sobre un objeto sólido es 5 N. Cuando el objeto se 
suspende de una balanza de resorte y se sumerge en agua tal como se muestra en la figura la lectura 
en la balanza es de 3.5 N. Encuentre la densidad del objeto. 
 
Problema 10: Un resorte con constante elástica k = 90 N/m se une verticalmente a una mesa tal 
como muestra la figura. Un globo de 2 g se llena de helio (δHe = 0.18 kg/m3) a un volumen de 5 m3 
y después se conecta al resorte, provocando un estiramiento del resorte. Determine la distancia de 
extensión L cuando el globo está en equilibrio. 
 
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Problema 11: Una esfera plástica flota en agua con el 50 % de su volumen sumergido. Esta misma 
esfera flota en glicerina con el 40 % de su volumen sumergido. Determine las densidades de la 
glicerina y la esfera. 
Problema 12: Un bloque metálico de 10 kg que mide 12 cm x 10 cm x 10 cm, está suspendido de 
una balanza y sumergido en agua, como muestra la figura. La dimensión de 12 cm es vertical y la 
parte superior del bloque está 5 cm debajo de la superficie del agua. a) ¿Cuáles son las fuerzas que 
actúan sobre las partes superior e inferior del bloque? (Considere P0 = 101.3 kPa). b) ¿Cuál es la 
lectura de la balanza de resorte?. c) Demuestre que la fuerza de flotación es igual a la diferencia 
entre las fuerzas sobre las partes superior e inferior del bloque. 
 
Problema 13: ¿Cuántos metros cúbicos de helio se requieren para levantar un globo con una carga 
de 400 kg a una altura de 8000 m?. (Considere δHe = 0.18 kg/m3). Suponga que el globo mantiene 
un volumen constante y la densidad del aire disminuye con la altura z de acuerdo con la expresión 
δaire = δ0 e-(z/8000), donde z está en metros y δ0 = 1.25 kg/m3 es la densidad del aire a nivel del mar. 
Problema 14: A través de una manguera contra incendios de 6.35 cm de diámetro circula agua a 
una relación de 0.012 m3/s. La manguera termina en una boquilla de 2.2 cm de diámetro interior. 
¿Con que velocidad sale el agua por la boquilla?. 
Problema 15: El agua se fuerza hacia arriba de un extintor de incendios mediante presión de aire. 
¿Cuánta presión manométrica con aire en el tanque (sobre la atmosférica) se requiere para que el 
chorro de agua tenga 30 m/s de velocidad, si el nivel de agua está 0.5 m debajo de la boquilla?. 
 
Problema 16: Un gran tanque de almacenamiento, abierto en la parte superior y lleno con agua, en 
su costado en un punto a 16 m abajo del nivel de agua se elabora un orificio pequeño. La relación 
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de flujo a causa de la fuga es de 2.5 x 10-3 m3/min. Determine: a) la velocidad con la cual el agua sale 
del orificio, y b) el diámetro del orificio. 
Problema 17: Un sifón de diámetro uniforme se usa para drenar agua de un tanque, tal como ilustra 
la figura. Suponga flujo estable sin fricción. a) Si h = 1 m, encuentre la velocidad del flujo de salida 
en el extremo del sifón. b) ¿Cuál es la limitación en la altura de la parte superior del sifón sobre la 
superficie del agua?. 
 
Problema 18: Un tubo Venturi se puede usar como un medidor de flujo (ver figura). Al tomar la 
diferencia P1 – P2 = 21 kPa, encuentre la relación de flujo del fluido en m3/s, si el radio del tubo de 
salida es de 1 cm, el radio del tubo de entrada es 2 cm y el fluido es gasolina (δ = 700 kg/m3). 
 
Problema 19: Un avión cruza a una altura de 10 km. La presión afuera de la cabina es 0.287 atm. 
Dentro del compartimento de pasajeros, la presión es de 1 atm y la temperatura es de 20 0C. En el 
sello de una de las ventanas del compartimento de pasajeros ocurre una pequeña fuga. Represente 
el aire como un fluido ideal para encontrar la velocidad de la corriente de aire que circula a través 
de la fuga.