Mecánica de fluidos
Páginas: 5 (1062 palabras)
Publicado: 18 de abril de 2013
Estudio de la fuerza hidrostática sobre una superficie plana
En esta práctica se comprueba de modo experimental y teórico la fuerza hidrostática ejercida sobre una superficie vertical sumergida en un fluido (agua). Si se realiza con éxito, ambos resultados se asemejarán.
El material necesario es un recipiente en cuyo interior está fijado un eje al centro geométrico de un cuadrantetoroidal. El toroide, a su vez, se comunica con un sistema de contrapesos. En un lado hay un contrapeso de rosca que es necesario para equilibrar el peso del toroide y la barra que lo une a la rosca. Este calibrado se realiza con el recipiente vacío de agua. El otro contrapeso es el que hace falta para equilibrar la fuerza hidrostática producida por el fluido sobre la pared vertical. De este segundosistema de pesos nos interesa conocer la distancia del brazo que comunica el cuerpo toroidal a las pesas. Esta distancia (brazo) y las masas necesarias para compensar la fuerza hidrostática generan un momento, este momento nos acerca al valor real de la fuerza hidrostática.
El ensayo se realiza tres veces, cada vez con niveles distintos de superficie que se traducirán en tres masas distintas en elcontrapeso. Son necesarias las dimensiones del toroide, en concreto, las de la pared vertical donde es ejercida la fuerza hidrostática, las dimensiones del brazo y el valor del radio interior del toroide.
Cálculos:
La fuerza aplicada a la superficie vertical Fv=γ*ycdgA , siendo γ=ρg
y A:área de la superficie vertical.
Aplicándose la fuerza hidrostática en el centro de presionesycdp=ycdg+Ix'x'/(A*ycdg).
El momento resultante ha de ser similar al momento generado por el brazo y las masas que penden
Mv=Fv*ycdp=Mm=m*L.
Para contrastar los resultados obtenidos empírica y experimentalmente (la bondad del cálculo) se recurre a la expresión:
(Xteo-Xexp)/Xteo*100=error relativo
Dimensiones:
A (m)
B (m)
L (m)
R (m)
0, 075
0,1
0, 275
0,1Cálculos realizados:
NIVEL A
NIVEL B
NIVEL C
Masa (kg)
0,07
0,22
0,35
Posición (m)
0, 054
0,1
0,13
Ycdg (m)
0, 027
0,05
0,08
F (N)
1,07
3,6
5.88
Ycdp
0, 036
0, 066
0,09
Momento Debido a la Fuerza Hidrostática (N.m)
0, 195
0, 598
0, 941
Momento Debido a la Fuerza de las Pesas (N.m)
0, 188
0, 593
0, 943
Error Relativo entre los Dos Momentos (%)
3,59
0,84
0,21Cuestiones:
Explicar detalladamente por qué sólo se tiene en cuenta la fuerza hidrostática sobre la superficie plana, y no las que aparecen sobre el resto de superficies curvas.
Las fuerzas resultantes que aparecen sobre las superficies curvas no producen momento ya que la dirección de estas fuerzas pasa por el eje de giro. Por esta razón no se tienen en cuenta las fuerzas hidrostáticassobre las superficies curvas y sí sobre la superficie plana, que produce momento con respecto al eje de giro.
Impacto de un chorro sobre una superficie
En esta práctica realizaremos un estudio del efecto de hacer impactar un chorro de agua a cierta presión sobre dos superficies distintas, una plana y otra semiesférica, donde mediremos el caudal y las fuerzasque aparecen en dichas superficies. Después compararemos los valores tomados experimentalmente con los teóricos.
La instalación usada en esta práctica consta de un recipiente cerrado con una tubería en su interior que tiene una boquilla de 10 mm de diámetro, de donde saldrá el chorro de agua. La superficie, que está situada a pocos centímetros de la boquilla, se encuentra en contacto conuna balanza que deberemos equilibrar con una rosca cuando pongamos la pieza de la superficie puesto que su propio peso y el de la balanza podrían hacer variar el equilibrio.
Para proceder con las medidas, primero hay que abrir la llave de paso que proporciona caudal a la instalación. Este caudal hay que ir aumentándolo hasta que el chorro llega hasta la superficie seleccionada y empiece a...
Estudio de la fuerza hidrostática sobre una superficie plana
En esta práctica se comprueba de modo experimental y teórico la fuerza hidrostática ejercida sobre una superficie vertical sumergida en un fluido (agua). Si se realiza con éxito, ambos resultados se asemejarán.
El material necesario es un recipiente en cuyo interior está fijado un eje al centro geométrico de un cuadrantetoroidal. El toroide, a su vez, se comunica con un sistema de contrapesos. En un lado hay un contrapeso de rosca que es necesario para equilibrar el peso del toroide y la barra que lo une a la rosca. Este calibrado se realiza con el recipiente vacío de agua. El otro contrapeso es el que hace falta para equilibrar la fuerza hidrostática producida por el fluido sobre la pared vertical. De este segundosistema de pesos nos interesa conocer la distancia del brazo que comunica el cuerpo toroidal a las pesas. Esta distancia (brazo) y las masas necesarias para compensar la fuerza hidrostática generan un momento, este momento nos acerca al valor real de la fuerza hidrostática.
El ensayo se realiza tres veces, cada vez con niveles distintos de superficie que se traducirán en tres masas distintas en elcontrapeso. Son necesarias las dimensiones del toroide, en concreto, las de la pared vertical donde es ejercida la fuerza hidrostática, las dimensiones del brazo y el valor del radio interior del toroide.
Cálculos:
La fuerza aplicada a la superficie vertical Fv=γ*ycdgA , siendo γ=ρg
y A:área de la superficie vertical.
Aplicándose la fuerza hidrostática en el centro de presionesycdp=ycdg+Ix'x'/(A*ycdg).
El momento resultante ha de ser similar al momento generado por el brazo y las masas que penden
Mv=Fv*ycdp=Mm=m*L.
Para contrastar los resultados obtenidos empírica y experimentalmente (la bondad del cálculo) se recurre a la expresión:
(Xteo-Xexp)/Xteo*100=error relativo
Dimensiones:
A (m)
B (m)
L (m)
R (m)
0, 075
0,1
0, 275
0,1Cálculos realizados:
NIVEL A
NIVEL B
NIVEL C
Masa (kg)
0,07
0,22
0,35
Posición (m)
0, 054
0,1
0,13
Ycdg (m)
0, 027
0,05
0,08
F (N)
1,07
3,6
5.88
Ycdp
0, 036
0, 066
0,09
Momento Debido a la Fuerza Hidrostática (N.m)
0, 195
0, 598
0, 941
Momento Debido a la Fuerza de las Pesas (N.m)
0, 188
0, 593
0, 943
Error Relativo entre los Dos Momentos (%)
3,59
0,84
0,21Cuestiones:
Explicar detalladamente por qué sólo se tiene en cuenta la fuerza hidrostática sobre la superficie plana, y no las que aparecen sobre el resto de superficies curvas.
Las fuerzas resultantes que aparecen sobre las superficies curvas no producen momento ya que la dirección de estas fuerzas pasa por el eje de giro. Por esta razón no se tienen en cuenta las fuerzas hidrostáticassobre las superficies curvas y sí sobre la superficie plana, que produce momento con respecto al eje de giro.
Impacto de un chorro sobre una superficie
En esta práctica realizaremos un estudio del efecto de hacer impactar un chorro de agua a cierta presión sobre dos superficies distintas, una plana y otra semiesférica, donde mediremos el caudal y las fuerzasque aparecen en dichas superficies. Después compararemos los valores tomados experimentalmente con los teóricos.
La instalación usada en esta práctica consta de un recipiente cerrado con una tubería en su interior que tiene una boquilla de 10 mm de diámetro, de donde saldrá el chorro de agua. La superficie, que está situada a pocos centímetros de la boquilla, se encuentra en contacto conuna balanza que deberemos equilibrar con una rosca cuando pongamos la pieza de la superficie puesto que su propio peso y el de la balanza podrían hacer variar el equilibrio.
Para proceder con las medidas, primero hay que abrir la llave de paso que proporciona caudal a la instalación. Este caudal hay que ir aumentándolo hasta que el chorro llega hasta la superficie seleccionada y empiece a...
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