Fluidos: Densidad, Peso Específico y Presión - Presentación

DEFINICIÓN:
• UN FLUIDO ES :
TODO CUERPO QUE TIENE LA PROPIEDAD DE FLUIR, Y CARECE DE RIGIDEZ Y
ELASTICIDAD, Y EN CONSECUENCIA CEDE INMEDIATAMENTE A
CUALQUIER FUERZA TENDENTE A ALTERAR SU FORMA Y ADOPTANDO ASÍ LA
FORMA DEL RECIPIENTE QUE LO CONTIENE. LOS FLUIDOS PUEDEN SER LÍQUIDOS
O GASES SEGÚN LA DIFERENTE INTENSIDAD DE LAS FUERZAS DE COHESIÓN
EXISTENTES ENTRE SUS MOLÉCULAS.
LA DENSIDAD
Es la magnitud que refleja el vÌnculo que existe entre la masa de un cuerpo y
su volumen también se puede decir La propiedad que nos permite medir la
ligereza o pesadez de una sustancia. Cuanto mayor sea la densidad de
cuerpo, mas pesado nos parecera.
EJERCICIOS DE DENSIDAD:
1. ¿Cuál es la densidad de un material, si 30 cm cúbicos tiene una masa de 600 gr?
Solución:
Sabemos que:
De los datos del problema sabemos que:
•m = 600 gr.
c 3
•V = 30 cm
Entonces reemplazando en la formula:
ρ=m/V
ρ = 600 gr / 30 cm3
ρ = 20 gr / cm3
EJEMPLOS DE DENSIDAD:
AGUA + ACEITE
AGUA SAL Y HUEVO
AGUA + SAL
PESO ESPECIFICO
• EL PESO ESPECÍFICO DE UN CUERPO O SUSTANCIA, ES LA RELACIÓN QUE EXISTE
ENTRE EL PESO Y EL VOLUMEN QUE OCUPA UNA SUSTANCIA YA SEA EN ESTADO
SOLIDO, LÍQUIDO O GASEOSO.
EJEMPLOS DE PESO
•
EJEMPLO PRÁCTICO
A JUANCITO, SU MAMA LO ALIMENTA BIEN Y ES POR ESO
JUANCITO VIAJA A LA LUNA
QUE A SUS 12 AÑOS DE EDAD TIENE UNA MASA DE 75 KG
Se considera que en la Tierra,
la gravedad es de 10 m/s2
aproximadamente, entonces:
En la Luna la gravedad es de 1,6 m/s2
aproximadamente, entonces:
Entonces concluimos que la masa es independiente de la gravedad, siempre será la misma.
El peso depende de la gravedad del lugar en que se encuentre.
EJERCICIOS DE PESO ESPECIFICO
•
CALCULA EL PESO ESPECÍFICO DE UN CUBO DE MADERA DE 5 CM DE LADO QUE PESA 160
GRAMOS.
EL VOLUMEN DE UN CUBO COMO SABEMOS ES LADO X LADO X LADO O LADO ELEVADO AL CUBO.
V = 5 CM X 5 CM X 5 CM = 125 CM³
PE = 160 GRS/125 CM³
PE = 1.28 GRS/CM³
COMO OBSERVAMOS, LAS UNIDADES DE PESO ESPECÍFICO SON UNIDADES DE PESO DIVIDIDAS POR
UNIDADES DE VOLUMEN. LAS MAS COMUNES SERÁN GRS/CM³ O KGS/DM³.
Formula de peso especifico
Peso = m.g
Peso = r.Volumen.g
Peso específico = g
Peso de un cuerpo = g.Volumen
g=
Peso
=
Volumen
•
masa.gravedad
Volumen
= r.g
PRESION EN UN FLUIDO
• LA PRESIÓN EN UN FLUIDO ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA QUE INTERVIENE
EN LA ECUACIÓN CONSTITUTIVA Y EN LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO DEL
FLUIDO, EN ALGUNOS CASOS ESPECIALES ESTA PRESIÓN COINCIDE CON LA
PRESIÓN MEDIA O INCLUSO CON LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA.
FORMULA DE PRESIÓN EN FLUIDOS
Definición: Presión es la fuerza normal por unidad de área, y está dada por:
Donde P es la fuerza de presión, F es la fuerza normal es decir perpendicular a la superficie y A es el
área donde se aplica la fuerza.
Las unidades de presión son:
En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que equivale a la fuerza
normal de un newton cuando se aplica en un área de metro cuadrado.
1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es el kilopascal (Kpa.) que equivale a 100 N/m 2 o 1000
pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb./in 2 .
EJEMPLOS DE PRESIÓN EN FLUIDOS
:
Fluidos
en reposo (Hidrostática):
Son todos aquellos cuerpos que tienen la característica de ser líquidos o gaseosos,
tener la forma del recipiente que los contiene y tener viscosidad.
Presión absoluta:
Es la fuerza ejercida sobre la superficie en todas direcciones.
Presión relativa: Es la fuerza aplicada sobre una superficie en una o más direcciones
sin llegar a ser total.
Presión atmosférica:
Es la presión ejercida sobre todos los objetos de la tierra por la capa de varios
kilómetros de altura, que envuelve nuestro planeta.
EJERCICIOS DE PRESION EN FLUIDOS
• EN UNA PRENSA HIDRÁULICA EXISTE UNA PRESIÓN DE 2.5 PA EN UNA ÁREA DE 3 M2 EN EL
ÉMBOLO DE MAYOR TAMAÑO, ¿CUÁL SERÁ LA FUERZA QUE EXISTE EN EL ÉMBOLO DE MENOR
TAMAÑO, SI SU TAMAÑO ES 3 VECES MENOR?
PRIMERO SE DETERMINA LA FUERZA QUE EXISTE EN EL PRIMER ÉMBOLO.
• P=F/A
F=PA=(2,5 PA)(3M2)=7.5 N
• CON ESTOS VALORES SUSTITUIMOS EN LA FÓRMULA DEL PRINCIPIO DE PASCAL Y TENEMOS:
• F= 7.5 N
A=3 M2
F=X
A=1 M2
• F=FA/A
F=FA/A=(7.5 N)(1 M2)/3 M2=2.5 N
PRESION EN UN FLUIDO
• LA PRESIÓN EN UN FLUIDO ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA QUE INTERVIENE EN LA ECUACIÓN
CONSTITUTIVA Y EN LA ECUACIÓN DE MOVIMIENTO DEL FLUIDO, EN ALGUNOS CASOS
ESPECIALES ESTA PRESIÓN COINCIDE CON LA PRESIÓN MEDIA O INCLUSO CON LA PRESIÓN
HIDROSTÁTICA. TODAS LAS PRESIONES REPRESENTAN UNA MEDIDA DE LA ENERGÍA POTENCIAL
POR UNIDAD DE VOLUMEN EN UN FLUIDO.
FORMAS DE MEDIR LA PRESION
• LA PRESIÓN MEDIA:, O PROMEDIO DE LAS PRESIONES SEGÚN DIFERENTES DIRECCIONES EN UN
FLUIDO, CUANDO EL FLUIDO ESTÁ EN REPOSO ESTA PRESIÓN MEDIA COINCIDE CON LA PRESIÓN
HIDROSTÁTICA.
• LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA: ES LA PARTE DE LA PRESIÓN DEBIDA AL PESO DE UN FLUIDO EN REPOSO.
EN UN FLUIDO EN REPOSO LA ÚNICA PRESIÓN EXISTENTE ES LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA, EN UN
FLUIDO EN MOVIMIENTO ADEMÁS PUEDE APARECER UNA PRESIÓN HIDRODINÁMICA ADICIONAL
RELACIONADA CON LA VELOCIDAD DEL FLUIDO. ES LA PRESIÓN QUE SUFREN LOS CUERPOS
SUMERGIDOS EN UN LÍQUIDO O FLUIDO POR EL SIMPLE Y SENCILLO HECHO DE SUMERGIRSE DENTRO
DE ESTE. SE DEFINE POR LA FÓRMULA {\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE P_{H}=\GAMMA H\,} DONDE
{\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE P_{H}\,} ES LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA, {\DISPLAYSTYLE \GAMMA
=\RHO G\,} ES EL PESO ESPECÍFICO Y {\DISPLAYSTYLE \SCRIPTSTYLE H} PROFUNDIDAD BAJO LA
SUPERFICIE DEL FLUIDO.
• LA PRESIÓN HIDRODINÁMICA: ES LA PRESIÓN TERMODINÁMICA DEPENDIENTE DE LA DIRECCIÓN
CONSIDERADA ALREDEDOR DE UN PUNTO QUE DEPENDERÁ ADEMÁS DEL PESO DEL FLUIDO, EL
ESTADO DE MOVIMIENTO DEL MISMO.
HIDROESTATICA PRINCIPIO DE
PASCAL,PRINCIPIO DE ARQUIMEDEZ
• Una importante propiedad de una sustancia es la densidad, que la definiremos como el cociente
de la masa y el volumen
• Cuando un cuerpo se sumergen un fluido, este ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del
cuerpo en cada punto de la superficie. Definiremos presión del fluido como esta fuerza por unidad
de área
• La unidad en el SI es el newton por el metro cuadrado, que recibe el nombre de pascal
• Un fluido que presiona contra un cuerpo, tiende a comprimirlo.
• El cociente entre el cambio de presión y la disminución relativa al volumen
modulo de comprensibilidad
se denomina
PRINCIPIO DE PASCAL
• En física, el principio de pascal o ley de pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático
francés blaise pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido
incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite
con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
El principio de pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes
lugares y provista de un émbolo. al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el
émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto
con la misma presión.
APLICACIÓN DE PRINCIPIO DE PASCAL
•
EL PRINCIPIO DE PASCAL PUEDE SER INTERPRETADO COMO UNA CONSECUENCIA DE LA ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA
HIDROSTÁTICA Y DEL CARÁCTER ALTAMENTE INCOMPRESIBLE DE LOS LIQUIDOS. EN ESTA CLASE DE FLUIDOS LA
DENSIDAD ES PRÁCTICAMENTE CONSTANTE, DE MODO QUE DE ACUERDO CON LA ECUACIÓN:
P = P_0 + RHO G H
PRENSA HIDRÁULICA
La prensa hidráulica es una máquina que se basa en el principio de pascal para transmitir una fuerza.
aprovechando que la presión es la misma, una pequeña fuerza sobre una superficie chica es equivalente a una
fuerza grande sobre una superficie también grande, proporcionalmente iguales.
1 = P2
P1, P2 = Presiones en 1 y en 2
F1, F2 = Fuerzas 1 y 2
S1, S2 = Superficies 1 y 2
Con lo que, las fuerzas fueron siendo, siendo S1 < S2 :
y por tanto, la relación entre las fuerza resultante en el émbolo grande cuando se
aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la
relación entre las secciones:
PRINCIPIO DE ARQUIMEDEZ
• EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES ES UN PRINCIPIO FÍSICO QUE AFIRMA QUE: «UN CUERPO TOTAL
O PARCIALMENTE SUMERGIDO EN UN FLUIDO EN REPOSO, RECIBE UN EMPUJE DE ABAJO HACIA
ARRIBA IGUAL AL PESO DEL VOLUMEN DEL FLUIDO QUE DESALOJA». ESTA FUERZA1 RECIBE EL
NOMBRE DE EMPUJE HIDROSTÁTICO O DE ARQUÍMEDES, Y SE MIDE EN NEWTONS (EN EL SI). EL
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES SE FORMULA ASÍ:
•
•
TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN LÍQUIDO RECIBE UN EMPUJE, DE ABAJO HACIA ARRIBA, IGUAL AL PESO DEL
LÍQUIDO DESALOJADO.
CUERPOS SUMERGIDOS
SOBRE UN CUERPO SUMERGIDO ACTÚAN DOS FUERZAS; SU PESO, QUE ES VERTICAL Y HACIA ABAJO Y
EL EMPUJE QUE ES VERTICAL PERO HACIA ARRIBA.
SI QUEREMOS SABER SI UN CUERPO FLOTA ES NECESARIO CONOCER SU PESO ESPECÍFICO, QUE ES IGUAL A SU PESO
DIVIDIDO POR SU VOLUMEN.
ENTONCES, SE PUEDEN PRODUCIR TRES CASOS:
1. SI EL PESO ES MAYOR QUE EL EMPUJE ( P > E ), EL CUERPO SE HUNDE. ES DECIR, EL PESO ESPECÍFICO DEL
CUERPO ES MAYOR AL DEL LÍQUIDO.
2. SI EL PESO ES IGUAL QUE EL EMPUJE ( P = E ), EL CUERPO NO SE HUNDE NI EMERGE. EL PESO ESPECÍFICO DEL
CUERPO ES IGUAL AL DEL LÍQUIDO.
3. SI EL PESO ES MENOR QUE EL EMPUJE ( P < E ), EL CUERPO FLOTA. EL PESO ESPECÍFICO DEL CUERPO ES MENOR AL
DEL LÍQUIDO.
EJEMPLO
¿por qué los barcos no se hunden?
Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua,
por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote.
Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es
de peso específico mayor al del agua y se hunde (un pedazo de hierro en el agua se va al
fondo), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos
vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace
que éste se mantenga a flote.