Fluidos

LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

EDGAR FERNANDO PORRAS ORTIZ
COD: 09201030

DOCENTE: DIEGO MANRIQUE

FLOTACION, ESTABILIDAD Y FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS

UIS-UDES
BUCARAMANGA 27 – 09 - 2010

OBJETIVOS.
* Determinar en forma práctica las fuerzas de empuje generadas por un fluido sobre un cuerpo.
* Encontrar el principio de Arquímedes en forma experimentalrápida y sencillamente.
* Aplicación experimental del principio de Arquímedes basado en problemas de flotación.
* Hallar el volumen del cilindro sumergido dado para la práctica.
* Determinar las fuerzas de empuje del cilindro sumergido dado para la práctica.

MARCO TEORICO
Un hidrómetro es un dispositivo que utiliza la fuerza de flotación para medir la gravedad específica S de un líquido.Este aparato es de vidrio y posee un vástago de sección prismática que está graduado y en donde se realiza la medición. Cuando se introduce en un líquido, el hidrómetro queda parcialmente sumergido, en posición vertical y con el vástago fuera de la superficie del líquido.

Cuando el líquido es agua, cuyo peso específico es go, la medida observada en el vástago corresponde a una gravedadespecífica So = 1.0, que corresponde a nuestra medida de referencia. En esta posición, el volumen de agua desplazado por el hidrómetro es Vo, su peso real es W y la fuerza de flotación es FFo = Vogo. En el equilibrio se cumple la Primera Ley de Newton, por lo que el peso del hidrómetro es igual a la fuerza de flotación:

W = Vogo (3)Suponemos que este mismo hidrómetro lo introducimos en otro fluido de gravedad específica S > 1.0, por ejemplo. El hidrómetro queda flotando dentro del fluido, pero con un volumen sumergido menor. El volumen de fluido desplazado por el hidrómetro ahora es:

Vd = Vo – DV = Vo – ADh

donde A es el área transversal del vástago.

Por la Primera Ley de Newton, la fuerza de flotación es igual alpeso real del hidrómetro, por tanto:

W = Vdg = (Vo – ADh)g (4)

donde g es el peso específico del fluido, el cual está relacionado con la gravedad específica a través del peso específico del agua:

(5)

Sustituyendo (3) y (5) en la ecuación (4), obtenemos:

Vogo = (Vo – ADh)Sgo(6)

Despejando S de la ecuación anterior, obtenemos la gravedad espacífica del fluido desconocido en función del volumen de agua desplazado por el hidrómetro, el área transversal A del vástago y la altura Dh:

Si lo que nos interesa es calibrar el hidrómetro, esto es, determinar las posiciones de los diferentes valores de S en la regla graduada del vástago, sepuede clacular la altura Dh para un fluido de gravedad conocida S, despejando la altura Dh de la ecuación (6):

(7)

La escala de la regla graduada es positiva hacia abajo, de manera que si el líquido es menos denso que el agua, S < 1.0 y el valor de Dh obtenido en la ecuación (7) será negativo. Si el líquido es más denso que el agua, S > 1.0y el valor de Dh obtenido en la ecuación (7) será positivo.
ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES: En la parte (a) de la figura el cuerpo flotante está en su orientación de equilibrio y el centro de gravedad (cg) se encuentra por encima del centro de flotabilidad (cb). a la recta vertical que pasa por estos dos puntos se le conoce como eje vertical del cuerpo. En la figura (b) se muestra que si segira el cuerpo ligeramente con respecto a un eje horizontal, el centro de flotabilidad se desplaza a una nueva posición debido a que la geometría del volumen desplazado se ha modificado. La fuerza boyante y el peso ahora producen un par de rectificación que tiende a regresar al cuerpo a su orientación original. Así pues el cuerpo es estable.
FUERZA FLOTACIÓN: Los cuerpos cuya densidad relativa...