Cuestionario 14 sears
Páginas: 28 (6870 palabras)
Publicado: 23 de septiembre de 2010
MECÁNICA DE FLUIDOS
Este ciclista olimpico monta una bicicleta cstacionaria en un túnel de viento. Obser· vando el flujo de aire en tomo a su cuerpo (con la ayuda de cstelas de humo), los científicos pueden determinar qué diseños de bicicleta y técnicas de ciclismo reducen al mínimo la resistencia del aire y aumentan al máximo el desempeño.
En diversos puntos alrededor del ciclista, el airese ve obligado a pasar por marcadas constricciones (como entre el brazo y el tronco). ¿Esto hace que el aire se frene, se acelere o dos cosas?
ning~na
de las
os fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida cotidiana. Los bebemos, respiramos y nadamos en ellos; circulan por nuestro organismo y controlan el clima. Los aviones vuelan en ellos y los barcos flotan en ellos.Un fluido es cualquier sustancia que puede fluir; usamos el ténnino tanto para líquidos como para gases. Normalmente, pensamos que los gases son fáciles de comprimir y que los liquidos son casi incompresibles, empero hay casos excepcionales. Comenzaremos nuestro esrudio con la estática de fluidos, o sea el estudio de fluidos en reposo en situaciones de equilibrio. Al igual que otras situaciones deequilibrio, ésta se basa en la primera y tercera leyes de Ncwlon. Exploraremos los conceptos clave de densidad, presión y flotación. La dinámica de fluidos, es decir, el estudio de fluidos en movimiento, es mucho más compleja; de hecho, es una de las ramas más complejas de la mecánica. Por fortuna, podemos analizar muchas situaciones importantes usando modelos idealizados sel)cillos y losprincipios que ya conocernos, corno las leyes de Newton y la conservación de la energía. Aun así, apenas tocaremos la superficie de este tema tan amplio e interesante.
L
14.1
I Densidad
Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, la cual es definida como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas suspartes. Usamos la letra griega p (ro) para la densidad. Si una masa m de material tiene un volumen V, la densidad p es
515
,
,
516
CAPftULO 14 I Mecánica de fluidos
m
p~
V
(definición de densidad)
(14.1)
La densidad de algunos materiales varia de un PUnlO a otro dentro del material; ejemplos de ello son la atmósfera terrestre (que es menos densa a mayor altitud) y losocéanos (que son más densos a grandes profundidades). En el caso de estos ma· teriales, la ecuación (J4, 1) describe la densidad media. En general, la densidad de un material depende de los factores ambientales como la temperatura y la presión. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico (1 kglm J ). También se usa mucho la unidad cgs, gramo por centímetro cúbico (1 g/cm 3). Elfactor de conversión 1 g/cm3 = 1000 kglm 3 14.1 El precio del oro se cotiza por peso
(digamos, en dólares por onza). Dado que
el oro es uno de los mclaJes más densos. es
posible almacenar una fortuna en oro en un volumen pequeño.
resulta útil. En la tabla 14.1, se dan las densidades de varias sustancias comunes a temperaruras ordinarias (véase lambién la Fíg. 14.1). Observe la amplia gama demagnitudes. El material más denso que se encuentra en la Tierra es el metal osmio (p = 22,500 kg/m 3), pero esto no es nada en comparación con la densidad de los objetos astronómicos exóticos como las estrellas enanas blancas y las estrellas de neutrones.
Tabla 14.1 Densidadesae algunas sustancias comunes
Material
Aire (1 aun, 2O"C)
Densidad (kglrn 3 ).
1.20
l'1aterialDensidad(kglrn J )·
7.8 X IO l
Hierro, licero
Latón
Etanol Benceno Hielo
Agua Agua de mar
Sangre Glicerina Concreto Aluminio -Para obtener las densidades en gramos por centirnctro cúbico, divida entre 1!Y.
0.81 X 10' 0.90 X 10' 0.92 X 10' 1.00 X lo' 1.03 X lo' 1.06 x lo' 1.26 X lo' 2 X IIY 2.7 X IIY
8.6 X Uf 8.9 X lo' Cobre Plata 10.5 X 10' 11.3 X 10' Plomo Mercurio 13.6 x 10' 19.3 X 10'...
Este ciclista olimpico monta una bicicleta cstacionaria en un túnel de viento. Obser· vando el flujo de aire en tomo a su cuerpo (con la ayuda de cstelas de humo), los científicos pueden determinar qué diseños de bicicleta y técnicas de ciclismo reducen al mínimo la resistencia del aire y aumentan al máximo el desempeño.
En diversos puntos alrededor del ciclista, el airese ve obligado a pasar por marcadas constricciones (como entre el brazo y el tronco). ¿Esto hace que el aire se frene, se acelere o dos cosas?
ning~na
de las
os fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida cotidiana. Los bebemos, respiramos y nadamos en ellos; circulan por nuestro organismo y controlan el clima. Los aviones vuelan en ellos y los barcos flotan en ellos.Un fluido es cualquier sustancia que puede fluir; usamos el ténnino tanto para líquidos como para gases. Normalmente, pensamos que los gases son fáciles de comprimir y que los liquidos son casi incompresibles, empero hay casos excepcionales. Comenzaremos nuestro esrudio con la estática de fluidos, o sea el estudio de fluidos en reposo en situaciones de equilibrio. Al igual que otras situaciones deequilibrio, ésta se basa en la primera y tercera leyes de Ncwlon. Exploraremos los conceptos clave de densidad, presión y flotación. La dinámica de fluidos, es decir, el estudio de fluidos en movimiento, es mucho más compleja; de hecho, es una de las ramas más complejas de la mecánica. Por fortuna, podemos analizar muchas situaciones importantes usando modelos idealizados sel)cillos y losprincipios que ya conocernos, corno las leyes de Newton y la conservación de la energía. Aun así, apenas tocaremos la superficie de este tema tan amplio e interesante.
L
14.1
I Densidad
Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, la cual es definida como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas suspartes. Usamos la letra griega p (ro) para la densidad. Si una masa m de material tiene un volumen V, la densidad p es
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,
,
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CAPftULO 14 I Mecánica de fluidos
m
p~
V
(definición de densidad)
(14.1)
La densidad de algunos materiales varia de un PUnlO a otro dentro del material; ejemplos de ello son la atmósfera terrestre (que es menos densa a mayor altitud) y losocéanos (que son más densos a grandes profundidades). En el caso de estos ma· teriales, la ecuación (J4, 1) describe la densidad media. En general, la densidad de un material depende de los factores ambientales como la temperatura y la presión. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico (1 kglm J ). También se usa mucho la unidad cgs, gramo por centímetro cúbico (1 g/cm 3). Elfactor de conversión 1 g/cm3 = 1000 kglm 3 14.1 El precio del oro se cotiza por peso
(digamos, en dólares por onza). Dado que
el oro es uno de los mclaJes más densos. es
posible almacenar una fortuna en oro en un volumen pequeño.
resulta útil. En la tabla 14.1, se dan las densidades de varias sustancias comunes a temperaruras ordinarias (véase lambién la Fíg. 14.1). Observe la amplia gama demagnitudes. El material más denso que se encuentra en la Tierra es el metal osmio (p = 22,500 kg/m 3), pero esto no es nada en comparación con la densidad de los objetos astronómicos exóticos como las estrellas enanas blancas y las estrellas de neutrones.
Tabla 14.1 Densidadesae algunas sustancias comunes
Material
Aire (1 aun, 2O"C)
Densidad (kglrn 3 ).
1.20
l'1aterialDensidad(kglrn J )·
7.8 X IO l
Hierro, licero
Latón
Etanol Benceno Hielo
Agua Agua de mar
Sangre Glicerina Concreto Aluminio -Para obtener las densidades en gramos por centirnctro cúbico, divida entre 1!Y.
0.81 X 10' 0.90 X 10' 0.92 X 10' 1.00 X lo' 1.03 X lo' 1.06 x lo' 1.26 X lo' 2 X IIY 2.7 X IIY
8.6 X Uf 8.9 X lo' Cobre Plata 10.5 X 10' 11.3 X 10' Plomo Mercurio 13.6 x 10' 19.3 X 10'...
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