UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE FISICA ASIGNATURA : ESPECIALIDADES : Ing. ELECTRÓNICA Ing. En AGRIMENSURA BIOINGENIERÍA GUIA DE PROBLEMAS N° 5 FACULTAD DE INGENIERIA 2019 1 HIDROSTATICA-HIDRODINAMICA CURSO 2019 -2º SEMESTRE UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE FISICA GUIA DE PROBLEMAS N°5 PROBLEMA N°1 Encontrar la presión total en Pa, a 150m por debajo de la superficie del océano. La densidad relativa del agua de mar es de 1,03 y la presión atmosférica al nivel del mar es 1x105Pa. PROBLEMA N°2 ¿Cuál sería la altura de la atmósfera, si la densidad del aire: a) fuese constante; y b) decreciera linealmente con la altura hasta llegar a cero?. Supóngase que la densidad al nivel del mar es 1,3Kg/m3. PROBLEMA N°3 Tres líquidos inmiscibles se vierten en un recipiente cilíndrico de 20cm de diámetro. Las cantidades de los líquidos son: 0,50l, 2,6g/cm3; 0,25l, 1,0g/cm3; y 0,40l, 0,80g/cm3. ¿Cuál es la fuerza total que actúa sobre el fondo del recipiente?. (Ignorar la contribución de la atmósfera). PROBLEMA N°4 Un tubo en U simple contiene mercurio. Cuando en su rama derecha se vierte 13,6cm de agua, ¿a qué altura se eleva el mercurio en el brazo izquierdo a partir de su nivel inicial?. PROBLEMA N°5 Un tubo en U de área de sección transversal constante abierto a la atmósfera, se llena parcialmente con mercurio. Se vierte agua después en ambos brazos. Si la configuración de equilibrio del tubo es como la mostrada en la figura, con h2 = 1cm, determine el valor de h1. PROBLEMA N°6 Se vierte mercurio dentro de un tubo en U, como muestra la figura. El brazo izquierdo del tubo tiene un área de sección transversal A1 = 10cm2 y el área de la sección transversal del brazo derecho A2 = 5cm2. Luego se vierten 100g de agua en el brazo derecho, como se ve en la figura. a) Determine la longitud de la columna de agua en el brazo derecho del tubo en U. b) Dado que la densidad del mercurio es 13,6g/cm3, ¿qué distancia, h, sube el mercurio en el brazo izquierdo?. 2 HIDROSTATICA-HIDRODINAMICA CURSO 2019 -2º SEMESTRE UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE FISICA PROBLEMA N°7 Un cubo de madera de 20cm de lado y que tiene una densidad de 0,65x103Kg/m3 flota en el agua. a) ¿Cuál es la distancia de la cara superior del cubo al nivel del agua?. b) ¿Qué peso de plomo tiene que ponerse sobre la parte superior del cubo para que esté justo al nivel del agua?. Suponga que su cara superior permanece paralela a la superficie del agua. PROBLEMA N°8 El resorte del medidor de presión mostrado en la figura tiene una k = 1000N/m, y el émbolo tiene un diámetro de 2cm. Calcule la profundidad en el agua para la cual el resorte se comprime 0,50cm?. PROBLEMA N°9 Un bloque de madera flota en el agua con dos tercios de su volumen sumergido. En aceite tiene 0,90 de su volumen sumergido. Encontrar la densidad de: a) la madera, b) el aceite. PROBLEMA N°10 Una pieza de hierro fundido pesa 27Kgf en el aire y 18Kgf en el agua. ¿Cuál es el volumen de las cavidades de dicha pieza?. Supóngase que la densidad relativa del hierro es 7,8. PROBLEMA N°11 El peso real de un cuerpo es su peso cuando se mide en el vacío donde no hay fuerzas de flotación. Un cuerpo de volumen V se pesa en el aire sobre una balanza utilizando pesas de densidad ρ. Si la densidad del aire es ρa y la balanza registra un valor w’, demuestre que el peso real es w = w’ + ρag ( V – w’/ρg). PROBLEMA N°12 La tensión en una cuerda que mantiene a un cuerpo sólido por debajo de la superficie de un líquido, (cuya densidad es mayor que la del sólido), es T0 cuando el recipiente que lo contiene se encuentra en reposo, demostrar que la tensión T queda determinada por T0 (1 + a/g) cuando el recipiente tiene una aceleración vertical “a” hacia arriba. PROBLEMA N°13 Por una manguera contra incendios de 6,35cm de diámetro fluye agua a razón de 0,012m3/s. La manguera termina en una boquilla de diámetro interior igual a 2,20cm. ¿Cuál es la velocidad con la cual el agua sale de la boquilla?. PROBLEMA N°14 En un gran tanque de almacenamiento lleno de agua se hace un pequeño orificio en su costado en un punto 16m por debajo del nivel de agua. Si el caudal de la fuga es 2,5x10-3m3/min. Determine: a) la velocidad a la cual el agua sale por el orificio y b) el diámetro de éste. 3 HIDROSTATICA-HIDRODINAMICA CURSO 2019 -2º SEMESTRE UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE FISICA PROBLEMA N°15 Fluye agua a través de una cañería horizontal y se entrega en la atmósfera a una velocidad de 15m/s como se muestra en la figura. Los diámetros de las secciones de la izquierda y de la derecha de la cañería son 5cm y 3cm respectivamente. a) ¿Qué volumen de agua se entrega en la atmósfera durante un periodo de 10 minutos. b) ¿Cuál es la velocidad de flujo del agua en la sección izquierda de la cañería?. c) ¿Cuál es la presión manométrica en la sección izquierda de la tubería?. PROBLEMA N°16 De un extinguidor contra incendios sale agua bajo presión de aire, como se muestra en la figura. ¿Qué tanta presión de aire manométrica se requiere para que el chorro de agua tenga una velocidad de 30m/s cuando el nivel del agua está 0,5m debajo de la boquilla?. PROBLEMA N°17 En la figura se representa un tubo Venturi para la medición del caudal con el típico manómetro diferencial de mercurio. El diámetro de entrada es de 40cm y el del estrangulamiento de 20cm. Hallar el caudal de agua sabiendo que la diferencia entre las alturas alcanzadas por el mercurio en las dos ramas es de 30cm. PROBLEMA N° 18 Con un tubo de Pitot se puede determinar la velocidad del flujo de aire al medir la diferencia entre la presión total y la presión estática. Si el fluido en el tubo es mercurio, densidad de 13600Kg/m3 y h = 5cm, encuentre la velocidad del flujo de aire. Suponga que el aire está estancado en A y la densidad es de 1,25Kg/m3. 4 HIDROSTATICA-HIDRODINAMICA CURSO 2019 -2º SEMESTRE UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE FISICA PROBLEMA N°19 Un sifón es un dispositivo para extraer líquido de un recipiente que no puede ser inclinado. Su operación se muestra en la figura. El tubo debe estar inicialmente lleno, pero una vez que esto se ha hecho, el líquido fluirá hasta que el nivel disminuya por debajo de la abertura A del tubo. El líquido tiene una densidad ρ y una viscosidad despreciable. a) ¿Con qué rapidez sale el líquido del tubo en el punto C. b) ¿Cuál es la presión en el líquido en la parte mas alta, representada por el punto B?. c) ¿Cuál es la mayor altura h posible a la cual se puede elevar agua con un sifón?. B h1 d A h2 C PROBLEMA N°20 Un gran tanque de almacenamiento se llena hasta una altura h0. Si el tanque se perfora a una altura h medida desde el fondo del tanque. a) ¿A qué distancia del tanque cae la corriente?. b) Si lo que se quiere es que el agua llegue lo mas lejos posible, ¿ a qué altura del fondo del recipiente debe perforarse el orificio?. PROBLEMA N°21 Un tubo en U abierto en ambos extremos se llena parcialmente de agua. Luego se vierte aceite (ρaceite = 750Kg/m3) dentro del brazo derecho y forma una columna L = 5cm de altura. a)Determine la diferencia h, en las alturas de las dos superficies del líquido. Suponga ρaire = 1,29Kg/m3 pero asegúrese de incluir las diferencias en la presión atmosférica debida a las diferencias de altura. b) El brazo derecho después se aísla de cualquier movimiento de aire mientras se sopla aire a través de la parte superior del brazo izquierdo hasta que las superficie de los dos líquidos quedan a la misma altura. Determine la velocidad del aire que se sopla sobre el brazo izquierdo. 5 HIDROSTATICA-HIDRODINAMICA CURSO 2019 -2º SEMESTRE
