Fluidos y energia

HIDROSTÁTICA
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Presión en un punto de un fluido.





La figura arriba muestra una torre conteniendo un fluido de densidad . Deseamos conocer la presión ejercida por el fluido en el punto A, el cual se encuentra a una altura h por debajo de la superficie del fluido. Además, sobre la superficie del fluido se ejerce una presión Po.La presión en el punto A se encuentra así:

PA = Po + gh, en donde g = la aceleración de la gravedad.

La unidad estándar para la presión es el Pascal = 1 Newton/metro2, y la presión atmosférica a nivel del mar es de 101,300 Pa.

He aquí la densidad de algunos fluidos:

Fluido , densidad en kg/m3
agua de mar 1030
agua a 4o C 1000
mercurio 13600
gasolina 680
alcoholetílico 790
aire 1.29



Ejemplo A: Calcular la presión en un punto A que se encuentra 2 metros por debajo de la superficie del agua de mar, suponiendo presión atmosférica en la superficie.

Solución: PA = 101,300 + (1030)(9.8)(2) = 121,488 Pa


Ejemplo B: Calcular la presión en un punto A que se encuentra 2 metros por debajo de la superficie del agua de un lago, suponiendopresión atmosférica en la superficie.

Solución: PA = 101,300 + (1000)(9.8)(2) = 120,900 Pa


Principio de Arquímides para la flotación de los cuerpos:

Todo cuerpo sumergido en un fluido está sometido a una fuerza dirigida hacia arriba llamada empuje. Esta fuerza es igual al peso del líquido que desplaza el cuerpo.

Teniendo en cuenta lo anterior, el empuje sobre un cuerpo es:F = F gV, en donde
F = la densidad del fluido en que está sumergido el cuerpo
g = la aceleración de la gravedad
V = el volumen del cuerpo


Ejemplo C: Una gran piedra de 120 Kg y volumen 0.1 m3 está en el fondo de un lago. Cuál es la fuerza de empuje sobre la piedra?

Solución: F = (1000)(9.8)(0.1) = 980 N.


Ejemplo D: Queremos sacar la piedra del lago. ¿Cuál será lafuerza vertical necesaria para moverla dentro del agua?

Solución:
fuerza vertical = peso de la piedra – el empuje del fluido
F = (120)(9.8) – (1000)(9.8)(0.1) = 196 N.

EJERCICIOS:

1) Calcular la presión en un punto A que se encuentra 20 centímetros por debajo de la superficie del mercurio, suponiendo una presión atmosférica igual a cero.
a) 26,556 Pa
b) 26,656 Pa
c) 26,756 Pa
d)26,856 Pa

2) Calcular la presión en un punto A que se encuentra 3 metros por debajo de la superficie de gasolina, suponiendo presión atmosférica en la superficie.
a) 17,992 Pa
b) 18,992 Pa
c) 19,992 Pa
d) 20,992 Pa

3) Un pedazo de madera de masa 30 Kg y volumen 0.2 m3 está en el fondo de un estanque. ¿Flotará el pedazo de madera? ¿Por qué?
a) sí, porque el empuje es mayor que supeso
b) no, porque el empuje es menor que su peso

4) Queremos sacar una piedra de masa 30 Kg y volumen 0.02 m3 de una piscina. ¿Cuál será la fuerza vertical necesaria para moverla dentro del agua?
a) 68 N
b) 78 N
c) 88 N
d) 98 N


CALOR Y TEMPERATURA
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El calor es una forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a ladiferencia de temperaturas.
Existen tres formas de transferir calor: conducción, convección y radiación.
La conducción se logra mediante colisiones moleculares y de electrones en materiales llamado s conductores. Por otra parte, los materiales cuyas moléculas no colisionan para permitir el flujo de calor se llaman aislantes. En general, los metales son conductores y los no metales son aislantes.La convección se logra mediante el movimiento masivo de moléculas de un fluido de un lugar a otro, transfiriendo el calor. Cuando se calienta una parte de un fluido, éste se dilata haciéndose menos denso que el fluido más frío. Por lo tanto, el fluido caliente tiende a subir y su lugar es ocupado por una parte de fluido frío, formándose una corriente de convección.
La radiación se logra...