TP7 - Universidad Nacional de Salta

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Universidad Nacional de Salta
Departamento de Física
Física 1
Año 2007
Trabajo Práctico Nº 7
Fluidos
Responde:
a) ¿Es mayor la presión en el fondo de una bañera llena de agua hasta una profundidad de 30
cm o en el fondo de una jarra de agua de 35 cm de profundidad?
b) El mercurio es menos denso a altas temperaturas que a bajas temperaturas. Suponga que
saca al exterior un barómetro de mercurio que estaba dentro de un refrigerador bien sellado,
en un caluroso día de verano, y observa que la columna de mercurio se mantiene a la misma
altura en el tubo. Compare la presión del aire en el exterior con la del interior del
refrigerador.
c) Un objeto con densidad uniforme flota en el agua con un tercio de su volumen sobre la
superficie. Compare la densidad del objeto con la del agua.
d) Un albañil desea hacer una marca en la parte posterior de un edificio a la misma altura de los
tabiques que ya ha colocado en la parte anterior. ¿Cómo podría determinar la misma altura
valiéndose únicamente de una manguera transparente y un poco de agua?
e) Se lanza una piedra a un lago profundo. Conforme se hunde en el agua, ¿aumenta la fuerza
de flotación que se ejerce sobre ella? ¿Disminuye? ¿Permanece inalterada?
f) Sabemos que si un pez se hace más denso, se hundirá; si se hace menos denso, flotará. ¿A
qué se debe esto en términos de la fuerza de flotación?
g) El acero es mucho más denso que el agua. ¿Cómo, entonces, los barcos hechos de acero
flotan?
h) Una persona en un bote que flota en un pequeño estanque lanza un ancla fuera de borda. ¿El
nivel del estanque aumenta, desciende o permanece igual?
Resuelve:
1.- ¿Qué volumen de agua tendría la misma masa que 1 m3 de platino? Si esa agua ocupara un
cubo, ¿cuánto mediría cada lado?
2.- Hallar la masa de una esfera de plomo de 2 cm de radio.
3.- Se llena un recipiente de 60 ml con mercurio a 0ºC. Cuando se eleva su temperatura a 80ºC,
se salen 1,47 g de mercurio del recipiente. Suponiendo que el volumen del recipiente permanece
constante, calcular la densidad del mercurio a 80ºC si su densidad a 0ºC es de 13645 kg/m3.
4.- La presión sobre la superficie de un lago es la presión atmosférica Pat = 101 kPa. a) ¿A qué
profundidad la presión es el doble de la atmosférica? b) Si la presión en la superficie de un
recipiente profundo que contiene mercurio es de Pat, ¿a qué profundidad la presión es igual a 2
Pat?
5.- Suponiendo que la densidad del agua de mar es 1,024 . 103 kg/m3 y considerando Pat = 1,01 .
105 Pa, calcular la presión a una profundidad de 1000 m en el océano.
6.- Cuando una mujer con tacos altos da un paso, momentáneamente descarga todo su peso
sobre el tacón de uno de sus zapatos, que tiene un radio de 0,4 cm. Si su masa es de 56 kg, ¿cuál
es la presión que su tacón ejerce sobre el suelo?
7.- Se utiliza un elevador hidráulico para levantar un auto d 1500 kg de masa. El radio del eje
del elevador es 8 cm y el del pistón es de 1 cm. ¿Cuánta fuerza deberá aplicarse al pistón para
levantar el automóvil?
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8.- A 0ºC la densidad del mercurio es de 13,595 . 103 kg/m3, ¿cuál es la altura de la columna en
un barómetro de mercurio si la presión es 1 atm = 101,325 kPa?
Fig. 1
10.- En el siglo XVII, Pascal realizó el experimento
indicado en la figura 1. Se llenó con agua un barril
de vino al que se le conectó luego un tubo largo y
se fue añadiendo agua por el tubo hasta que reventó el
barril.
a) Si el radio de la tapa era 20 cm y la altura del agua
en el tubo era de 12 m, calcular la fuerza ejercida sobre
la tapa.
b) Si el tubo tenía un radio interior de 3 mm, ¿qué masa
de agua en el tubo produjo la presión que reventó el
barril?
11.- Un pedazo de aluminio se suspende de una cuerda y después se sumerge por completo en
un recipiente con agua. La masa del aluminio es 1 kg y su densidad es 2,7 x 103 kg/m3. Calcular
la tensión en la cuerda antes y después de que se sumerge el aluminio.
12.- Una pieza de cobre (densidad específica 9) de 500 g se sumerge en agua y se suspende de
un dinamómetro. ¿Qué fuerza indicará el índice del dinamómetro?
13.- Cuando se ata una piedra de 60 N a un dinamómetro y se sumerge en el agua, el índice de
la escala marca 40 N. Calcular la densidad específica de la piedra.
14.- Un bloque de un material desconocido pesa 5 N en aire y 4,55 N cuando se sumerge en
agua. A) ¿Cuál es la densidad del material? B) ¿De qué material está hecho el bloque?
15.- La densidad específica del oro es 19,3. Si una corona de oro puro pesa 8 N en aire, ¿cuál
será su peso cuando se sumerge en agua?
16.- La sangre circula por una arteria aorta de 1 cm de radio a 30 cm/s. ¿Cuál es el flujo de
volumen?
17.- Un tornado o huracán a menudo levanta el techo de una casa. Utilizar la ecuación de
Bernoulli para explicar cómo ocurre esto.
18.- La sangre circula desde una porción de arteria gruesa de 0,3 cm de radio, en donde su
velocidad es 10 cm/s, a otra región en donde el radio se ha reducido a 0,2 cm, debido a un
engrosamiento de las paredes (arteriosclerosis) ¿Cuál es la velocidad de la sangre en la zona
más estrecha?
19.- Un depósito grande de agua tiene un orificio pequeño a una distancia h por debajo de la
superficie del agua. Hallar la velocidad del agua cuando escapa por el orificio.
Fig. 2
20.- En la figura 2 se representa un tubo de
Ventura para la medida del caudal,
con el típico manómetro diferencial
de mercurio. El diámetro de la entrada
(seción I) es de 40 cm y el de la garganta
o estrangulamiento de 20 cm. Halla el
caudal de agua sabiendo que la diferencia
entre las alturas alcanzadas por el mercurio
en las dos ramas es de 30 cm.
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21.- En cierto punto de un tubo horizontal la presión manométrica es 0,45 kg/cm2. En otro
punto, la presión manométrica es 0,32 kg/cm2. Si las secciones del tubo en esos dos puntos son
18 cm2 y 9 cm2, respectivamente, halla el número de litros de agua que fluyen por una sección
cualquiera del tubo por minuto.
22.- Se practica un orificio circular de 2,5 cm de diámetro en la pared lateral de una gran
depósito lleno de agua y a una altura de 6 m por debajo del nivel del agua. Calcule: a) la
velocidad con la que sale el agua por el orificio; b) el volumen de agua que sale por unidad de
tiempo.
Fig. 3
23.- Agua de mar de densidad 1,025 . 103 kg/m3 se
encuentra en un depósito a una altura de 1,2 m. el
depósito contiene aire comprimido a la presión
manométrica de 7056 Pa. El tubo horizontal de desagüe
tiene secciones transversales máxima y mínima de 18 cm2
y 9 cm2, respectivamente. (Fig. 3)
a) ¿qué cantidad de agua sale por segundo?
b) ¿Hasta qué altura h llega el agua en el tubo abierto?
c) Si se perfora el depósito en la parte superior,
anulándose la presión manométrica, ¿cuál será la nueva
altura?
24.- La tubería que se representa en la figura 4 tiene
un diámetro de 50 cm en la sección 1 y de 25 cm en
la sección 2. La presión en 1 es de 170 kPa y la
diferencia de alturas entre ambas secciones de 10
m. Suponiendo que circula un fluido de densidad
0,806.103 kg/m3 a razón de 0,1 m3/s, calcular:
a) la velocidad del fluido en la sección 1
b) la velocidad del fluido en la sección 2
c) la presión en la sección 2 despreciando las
pérdidas de carga por rozamiento
Fig. 4
Fig. 5
25.- Dos tanques abiertos muy grandes A y F
contienen el mismo líquido. Un tubo horizontal BCD,
con una constricción en C y abierto al aire en D, sale
del fondo del tanque A. Un tubo vertical E emboca
en la constricción en C y baja al líquido del tanque F.
Suponga flujo de línea de corriente y viscosidad cero.
Si el área transversal en C es la mitad del área en D,
y si D está a una distancia h1 bajo el nivel del líquido
en A, ¿a qué altura h2 subirá el líquido en el tubo E?
Exprese su respuesta en términos de h1. (fig. 5)