Guía Nº 5 Fluidos

Guía Nº 5
Fluidos
I – Preguntas de repaso:
1- ¿Existe diferencia entre densidad y peso específico?
2- ¿Existe diferencia entre fuerza y presión?
3- ¿Qué es la presión atmosférica, de que depende, cuál es la presión “normal” y cuanto
mide en nuestra localidad?
4- ¿De que depende la presión dentro de un fluido?
5- ¿por qué están elevados los depósitos de suministro de agua potable en las
comunidades?
6- ¿Qué dice el principio de Pascal?
7- ¿Qué dice el principio de Arquímedes?
8- ¿Cuándo un cuerpo flota?
9- ¿Cómo es el volumen de un objeto sumergido en comparación con el volumen de agua
desalojada?
10- Si un cuerpo sumergido desplaza 10 Newton de agua ¿cuál es la fuerza de empuje
sobre el objeto? ¿cuál sería si se lo sumerge el doble de profundidad?
11- La fuerza de empuje sobre un objeto sumergido ¿depende del peso del objeto o del
peso del fluido desalojado? ¿depende de su propio peso o de su volumen? Explicarlo.
12- ¿Qué es el flujo de un líquido y de que depende?
II – Cuestiones:
1- La delgada capa de hielo que cubría el lago congelado se partió cuando una persona
trata de cruzarlo caminando. Pero logra atravesarlo arrastrándose sobre el hielo.
Explique este hecho.
2- Cuando se bebe por medio de un sorbete ¿el líquido es aspirado o empujado?
3- Un tubo de goma está unido a un embudo y se dobla hacia arriba el extremo libre. Al
echar agua en el embudo ésta sube por el tubo hasta alcanzar el mismo nivel que el
embudo, a pesar de que éste contiene mas cantidad de agua. ¿Por qué?
4- Un recipiente con agua se coloca en una balanza. Se introduce un dedo el el agua sin
tocar el recipiente. ¿Varía el indicador de la balanza? ¿Cuánto?
5- Un pequeño bloque de acero es pegado a un bloque de madera. Cuando la madera se
coloca en un recipiente con agua con el acero en la parte superior, la mitad del bloque
se sumerge. Si se invierte el bloque de manera tal que el bloque de acero quede
debajo ¿la cantidad de madera sumergida será la misma?
6- ¿Por qué un bote flota a mayor altura en el agua salada que en la dulce?
7- Cuando un automóvil sobrepasa a un camión grande en una autopista, a veces es
atraído hacia el camión ¿por qué?
8- Cuando al agua fluye mansamente de una canilla, se estrecha a medida que cae ¿por
qué?
9- El humo sube por la chimenea mas rápido cuando afuera corre una brisa. ¿por qué?
10- ¿Por qué la cortina de baño se mueve hacia la persona que se ducha con la llave de la
regadera completamente abierta?
III – Problemas:
1- En una película, un pirata está transportando un cofre de 0,3 m x 0,3 m x 0,2 m bajo el
brazo, que se supone está repleto de oro. Para demostrar lo ridículo de esta
suposición, determine la masa del oro.(  Au = 19,3 gr/cm 3 )
2- El pistón de un elevador hidráulico tiene 30 cm. de diámetro ¿qué presión, expresada
en pascales, se necesita para elevar 1500 Kg. de madera?
3- Un bloque de madera, cuyo volumen es de 0,01 m3, flota en agua, teniendo la mitad de
su volumen sumergido:
a. ¿Cuál es en litros el volumen de agua que desplaza?
b. ¿Cuál es en Kgf el peso de agua que desplaza?
c. ¿Cuál es el empuje que recibe el bloque en N?
d. ¿Cuál es el peso y densidad del bloque?
4- Se aproxima una tormenta y la presión de aire desciende de 1,013 x 10 5 Pa a 0,960 x
105 Pa. Antes de que la presión en el interior de tu vivienda tenga tiempo de cambiar,
¿cuál es la magnitud de la fuerza ejercida sobre una ventana de 2 m x 1 m?
5- ¿Qué fracción del volumen total de un iceberg está fuera del agua? La densidad del
hielo es de 0,92 g/cm 3 y la del agua de mar, de 1,03 g/cm 3.
6- Una persona está usando un chaleco salvavidas y flota en el agua. El chaleco tiene un
volumen de 3 x 10-2 m3 y se encuentra totalmente sumergido en el agua. A su vez, el
volumen sumergido de la persona (h = 1200 kg/m3) es de 6,2 x 10-2 m3. ¿Cuál es la
densidad del chaleco?
7- Una caja prismática hueca de 40 cm de largo, 20 cm de ancho y 20 cm de altura, flota
en agua emergiendo 14 cm. Si se coloca en su interior arena, cuyo peso específico es
de 1,8 gf/cm3, determinar el volumen de arena necesario para hundirla 5 cm más.
8- Un cuerpo de 0,003 m 3 está suspendido mediante una cuerda de una balanza de
resorte, y se encuentra sumergido en un líquido contenido en un baso, que se
encuentra sobre otra balanza (figura 1). La masa del vaso es de 1 Kg. la del líquido 1,5
Kg. La balanza de resorte marca 2,5 Kg. y la otra señala 7,5 Kg. ¿Cuánto indicará cada
balanza si se saca el cuerpo del líquido?
9- El agua fluye por una tubería con una velocidad de flujo volumétrico de 1,5 m 3/s.
Encontrar la velocidad del agua donde la tubería tiene un radio de 0,5 m.
10- Una tubería tiene una sección S1 cuyo diámetro es de 50 cm y una sección S2 de
diámetro igual a 25 cm. La presión en S1 es p1 = 1,7 Kgf /cm2 y la diferencia de altura
entre ambas secciones es de 10 m. Suponiendo que circula un fluido con un peso
específico de 800 Kgf /m 3 a razón de 0,1 m3/s, calcular la presión en S2.
11- Un gran depósito lleno de agua de 10 m de altura, se encuentra a 5 m del piso. Se le
practica un orificio circular de 2 cm de diámetro en la pared lateral justo por encima del
fondo. Calcular:
a- la velocidad de salida
b- el volumen que sale por unidad de tiempo
c- la distancia al pie de la pared que alcanzará el chorro de agua, si el orificio se
encuentra a 5 m del piso.
12- Un tanque de agua, sin tapa, esta en lo alto de una torre. El nivel de agua se encuentra
a 15 m de altura y es drenada por una tubería que se extiende hasta el piso y termina
en una válvula (canilla).
a- ¿Cuál es la presión absoluta al final de la tubería si la válvula está cerrada?
b- ¿Cuál es la presión absoluta en el punto anterior si la válvula está abierta y el
agua está fluyendo?
c- Suponiendo que la sección transversal efectiva de la válvula abierta es de 2 x
10-2 m2, encontrar el caudal.
13- Hallar la potencia necesaria, en Hp, para bombear agua a un depósito, situado a 8 m
de altura, un caudal de agua de 1 m 3/min. y que llegue con una presión de 1 Kgf /cm 2.
14- Una bomba eleva agua desde un lago a un tanque australiano que se encuentra a 20
m de altura. La tubería tiene 5 cm de diámetro y el caudal es de 0,6 m 3/min. Hallar:
a- la velocidad del agua en el punto de descarga
b- la potencia de la bomba, si tiene un rendimiento del 70%.
Respuestas
Práctico 1
1) a- 12,4 km. b- 8,8 km (este) 2) 36 km/h o 10 m/s 3) 8,18 seg; 6,54 seg; 10,91 seg. 4)
34,21 km/h
5) a- 10 km/h; (10 km/h; 53º 7’) b- 126º 52’ 6) 3 m/s2 7) 2,83 s; 39,24 m 8) a- 1,37 m/s2
(oeste); b- 4,82 s; c- 14,6 s; 145,98 m 9) 2,66 km/h 10) a- 29,4 m/s; b- 44,1 m 11) 6,12 s; vA
= vB = 53,52 m/s; 12) a- 3,18 m; b- 0,46 m; c- 45º 13) a- 41,45 m/s; b- 2603,18 m/s2 14)
19719 m/s2
Práctico 2
1) 5 N; 5 x 105 dinas; 0,51 kgf. 2) 0.019 m/s2 3) ah = 0,55 m/s2 (este); am = 0,94 m/s2 (oeste);
4) b- 19,6 N; c- 4 N; d- 9 m; e- 30 m; f) 130 m; 20 m/s. 5) a- 8,76 m/s2 b- 26,29 N; 6) a- no; b8 kgf; c- 4 kgf; 7) 0,4; 0,2; 8) 33,74 m; 9) a- 300 N; b- 500 N; 10) 10 kgf. 11) a- 22.000 N;
b- 19.600; c- 17.200 N
Práctico 3
1) a- (35,46 N; 34º 20’) (35,46 N; 214º 20’); b- (204,59 kgf; 8º 50’) (204,59 N; 188º 50’); 2) T =
288,67 kgf; F = 144,33 kgf; b- T1 = 205,15 kgf; T2 = 299,9 kgf; c- 68,93 kgf; 3) 125,38kgf;
108,22 kgf; 4) a- 5 kgf a 56 cm de la F1; b- (3,57 N; 53º 19’) a 156 cm a la izquierda de F1; 5)
148,34 kgf; (149,18 kgf; 30º 33’); 6) a- 100 kgf; b- 50 kgf; c- 33,33 kgf; d- 33,33 kgf; e- 25 kgf
7) 1,89 m/s2 (+ ǐ) 8) a- 5,62 m/s2; 1,36 s; b- 3,05 m/s2 1,85 s; 9) a- 10,34 N b- 0,28 10) a750 kgf; b- 320 kgf; c- 510 kgf; d- (602,08 kgf; 32º 6’); e- 0,65
Práctico 4
1) 779,42 J; 7,8 x 107 ergios; 79,5 kgm 2) 42º 50’ 3) 2940 J 4) a- 1764,36 N; b- 8821,8 J; c8820 J, d- 12 m 5) a- 2,5 x 105 J; b- 0; c= -2,16 x 105 J; d- 3,4 x 104 J; e- 5000 watt 6) a- 0;
41,16 J; 41,16 J; b- 20,58 J; 20,58 J; 41,16 J; c- 26,46 J; 14,7 J; 41,16 J 7) a- 64 J; b- 21,33 J;
c- 8 m/s; d- 2,71 m; 8) a- 10400 J; b- -9800 J: c- 600 J; d- 600 J; e- 9800 J, f- 208 W 9)
163,33 W; 10) 1 min 13,5 s 11) a-5,83 x 105 J; b- 5,83 x 105 J; c- no (4,9 kW) 11) 65,77
kg 12 a- ~ 6,5 Hp; b- ~ 10 Hp
Práctico 5
1) 347,4 kg 2) 2,08 x 105 Pa 3) a- 5 l; b- 5 kgf; c- 49 N; d- 49 N; 0,5 gr/cm3 4) 1,06 x 104 N o
1081 kgf; 5) ~ 11 % 6) 586,67 kg/m 3 7) 2222,22 cm3 8) 7,5 kg y 2,5 kg 9) 1,91 m/s
10) 8,66 x 104 Pa 11) a- 14 m/s; b- 4,4 x 10-3 m3/s; c- 14 m 12) a- 2,48 x 105 Pa; b- 1,47 x
105 Pa; c- 0,343 m3/s 13) 4 Hp 14 a- 5,1 m/s; b- 3,8 Hp.