Fisica

OBJETIVOS

1. Mediante la utilización de diferentes dispositivos observar y analizar el comportamiento de un fluido en presencia de estos, a diferentes caudales y posiciones.

2. Calcular el caudal de un fluido mediante la utilización de vertederos a diferentes condiciones de flujo.

MATERIAL

Equipo (ver diseño de montaje) de visualización de flujo en canales y sus correspondientesconexiones.
Juego de cuñas y vertedero (seleccionados por el profesor)
Juego de escuadras de 45° y 60° (traídos por los integrantes del grupo).
Pinzas de sujeción de laboratorio.
Cronómetro.
Probeta o recipiente recolector de agua.
Solución coloreada (colorante trazador)
Agua
Bayetas o toallas (cada grupo debe disponer o traer por lo menos una)

DISEÑO

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Dispositivos utilizados enla práctica
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TEORÍA

Cuando un fluido fluye junto al contorno de un sólido, la fuerza de rozamiento ejercida por éste sobre el fluido origina una disminución de la velocidad del fluido en contacto con el sólido. Si se consideran una serie de puntos situados sobre una perpendicular al contorno del sólido, a medida que se aleja de las paredes de este, la distribución de velocidad escreciente. La región en que se produce el cambio de velocidad se denomina capa límite.
Una de las aplicaciones del teorema de Bernoulli es el fenómeno del derrame o vertido de un líquido, cuando desborda por encima de una pared, que en nuestro caso particular es un vertedero (dispositivo de diferentes formas –rectangular, trapecial, triangular, etc.-, que se utiliza como obstrucción del flujo defluidos en canales o vertientes y sirve para medir caudales). Para ciertas geometrías simples (como las que se van a utilizar en el laboratorio), mediante la aplicación del teorema de Bernoulli, el caudal se correlaciona con la altura que sobre el vertedero tiene el agua, aguas arriba (antes de pasar por el vertedero)

Flujo en vertedero de pared delgada.
Tanto en vertederos de pared delgada como depared gruesa se cumple que el flujo aguas arriba es subcrítico, se acelera a crítico cerca de la cima del vertedero y rebosa en forma de una lámina supercrítica, que chapotea la corriente aguas abajo. En ambos casos, el caudal que por unidad de anchura es proporcional a H3/2, donde H es la profundidad de la corriente aguas arriba medida desde la cresta del vertedero (como se demostrará acontinuación)

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Flujo en vertederos de pared gruesa.
Como se indico anteriormente, en el vertedero de pared gruesa (ver gráfica) se crea una corriente unidimensional de condiciones próximas a las críticas. [pic]

Teorema de Bernoulli

A continuación estudiaremos la circulación de fluidos incompresibles, de manera que podremos explicar fenómenos tan distintos como el vuelo de un avión o lacirculación del humo por una chimenea. El estudio de la dinámica de los fluidos fue bautizada hidrodinámica por el físico suizo Daniel Bernoulli, quien en 1738 encontró la relación fundamental entre la presión, la altura y la velocidad de un fluido ideal. El teorema de Bernoulli demuestra que estas variables no pueden modificarse independientemente una de la otra, sino que están determinadas por laenergía mecánica del sistema.

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Supongamos que un fluido ideal circula por una cañería como la que muestra la figura. Concentremos nuestra atención en una pequeña porción de fluido V (coloreada con celeste): al cabo de cierto intervalo de tiempo Dt (delta t) , el fluido ocupará una nueva posición (coloreada con rojo) dentro de la Al cañería. ¿Cuál es la fuerza "exterior" a la  porción Vque la impulsa por la cañería?

Sobre el extremo inferior de esa porción, el fluido "que viene de atrás" ejerce una fuerza que, en términos de la presiónp1, puede expresarse corno p1 . A1, y está aplicada en el sentido del flujo. Análogamente, en el extremo superior, el fluido "que está adelante" ejerce una fuerza sobre la porción V que puede expresarse como P2 . A2, y está aplicada en sentido...