Mecanica de fluidos i laboratorio sobre presiones

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LABORATORIO Nº 01

DETERMINACIÓN DEL CENTRO DE PRESIONES Y ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES

CENTRO DE PRESIONES

1. INTRODUCCIÓN

El centro de presiones es el punto de aplicación de la fuerza que un fluido estático ejerce sobre determinada superficie, plana o curva; este punto puede ser descrito, por ejemplo, mediante coordenadas respecto a un sistema de referencia arbitrario.¿Por qué es importante conocer la ubicación del centro de presiones? Porque siempre es necesario saber no sólo cuál es la magnitud de una fuerza sino cuál es su punto de aplicación, pues de ello dependerá la distribución de los esfuerzos, fuerzas, pares, etc. que se generen.

2. OBJETIVO

Determinar experimentalmente la ubicación del centro de presiones de la fuerza hidrostática ejercidapor una altura de agua sobre una superficie curva, analizar la relación entre las coordenadas de este centro de presiones y la altura de agua que ejerce presión, y verificar lo obtenido experimentalmente con lo que se conoce teóricamente.

3. ALGUNOS CONCEPTOS:

• En estática de fluidos, o hidrostática, no hay movimiento relativo entre las partículas de fluido, esdecir, no existen esfuerzos cortantes, el único esfuerzo presente es un esfuerzo normal, la presión.

• Todos los puntos ubicados en un mismo plano horizontal, dentro de un mismo fluido, tienen la misma presión. En un fluido de peso específico γ constante tenemos que la presión manométrica a determinada profundidad h está dada por:

p = γh

• La superficie libre de un líquido eshorizontal. En realidad es concéntrica con la tierra pero en dimensiones reducidas (comparadas con las de la tierra) es prácticamente horizontal.

• El gráfico de presiones muestra la distribución de la presión sobre una superficie en contacto con un fluido (principalmente se aplica al caso de un líquido).

• Una superficie curva en contacto con un líquido experimentará una fuerzahidrostática que suele ser analizada según sus componentes horizontal y vertical.

• La componente horizontal de la resultante de las presiones que un líquido ejerce sobre una superficie curva es igual en magnitud y de sentido contrario a la resultante de las presiones que el fluido ejerce sobre la proyección de la superficie sobre un plano vertical y tiene la misma línea de acción, es decir,pasa por

el centro de presión de dicha proyección.

• La componente vertical de la fuerza resultante de las presiones que un líquido ejerce sobre una superficie curva es igual al peso del volumen de líquido que se encuentra verticalmente por encima de esta y se extiende hasta el nivel de
la superficie libre. En el caso en el cual la superficie recibe una presión contrariaen sentido a este peso, la componente vertical tendrá el mismo valor (será evaluada del mismo modo) pero tendrá sentido contrario. El punto de aplicación se ubicaría en el CG del volumen.

4. EQUIPO:

El elemento principal es un cuadrante cilíndrico pivotado en su centro geométrico, balanceado por un contrapeso y rígidamente conectado a un elemento de pesa deslizante. Este sistemabasculante se aloja en un recipiente que puede almacenar agua a diferentes alturas. La pesa deslizante produce el torque que equilibra la fuerza hidrostática producida por el agua.

Esquema del Equipo
Se muestra la posición inicial del equipo con el cuadrante cilíndrico en equilibrio, la altura ho no ejerce fuerzas hidrostáticas, sólo hay un pequeño contacto en la tangente inferior,donde se tienen presentes fuerzas de tensión superficial despreciables; la distancia do es la posición de la pesa deslizante para tener esta posición de equilibrio. La posición de equilibrio se verifica mediante el nivel de burbuja que indica que la superficie a la cual está adherido está horizontal.

El recipiente está provisto de dos llaves, una para el ingreso del agua y...
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