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RESPUESTAS PRUEBA Nº 1
FÍSICA DE FLUIDOS

Pregunta 1: Un cubo de madera de corcho tiene 20 cm de arista y pesa 6 kgf.






1. Determine si el cubo flota cuando se introduce en el agua y explicar por qué, en caso afirmativo.
Si el peso del cubo es menor al empuje que el agua ejerce sobre él, el cubo flotará, pero si su peso es mayor, el cubo se hundirá.
Una forma fácil de averiguar siel cubo flota, es sencillamente calculando su densidad y comparándola con la densidad del agua; así, si su densidad es menor a la del agua, flotará y en caso contrario se hundirá.
Calculemos la densidad del cubo:
Como el cubo pesa 6 kgf, su masa M será de 6 kg
ρcubo = Mcubo Vcubo = 0,2x0,2x0,2 m3 = 0,008 m3
Vcubo
ρcubo = 6 kgρcubo = 750 kg/m3
0,008 m3
Como ρagua = 1.000 kg/m3, ρcubo < ρagua por lo tanto, flota

2. Calcular el volumen de agua desplazado al flotar.
El Empuje deberá ser igual al peso del cubo para que se mantenga a flote, así:
E = ρaguaxgxVS = 6 kgf (g: aceleración de gravedad)
Supongamos X = 0,2 m – Y (o sea, X es la profundidad sumergida delcubo)
VS = 0,2x0,2xX = 0,04xX m3
E = 1.000 kg/m3xgx0,04xX m3 = 6 kgxg despejamos m3, kg y g
40xX = 6
X = 0,15 m (se considera que X está en metros)
Finalmente:
VS = 0,2 mx0,2 mx0,15 m = 0,006 m3




3. Calcular el volumen emergente del cubo.
El volumen total del cubo es el volumen emergente más el volumen sumergido:
Vcubo = VE + VS0,008 m3 = VE + 0,006 m3
VE = 0,002 m3


Pregunta 2: El líquido del manómetro de tubo abierto de la figura es mercurio (Hg), y dentro del depósito hay aire comprimido. La presión atmosférica es de 100.000 Pa.







2.1 Calcular la presión absoluta en el fondo del tubo en U (Pa).
La presión absoluta es la presión manométrica más la presión atmosférica:
PABS = PMAN + PATM
Por otrolado, la densidad del mercurio es de 13.600 kg/m3
En el fondo del tubo:
PMAN = 13.600 kg/m3x0,10 mxg = 1.360 kg/m2xg = 1.360 kgf/m2 (recuerden, 1 kgf es igual a un kg de masa multiplicado por g)
PMAN = 1.360 kgf/m2 = 13.600 N/m2 = 13.600 Pa
(también recuerden que 1 kgf equivale a 10 N y que 1 Pa es igual a 1 N/m2)
Luego,
PABS = 13.600 Pa + 100.000 Pa = 113.600 Pa en el fondo del tuboen U

2.2 Calcular la presión absoluta en el tubo abierto a 6 cm de la superficie libre (Pa).
PABS = PMAN + PATM
PMAN = 13.600 kg/m3x0,06 mxg = 816 kg/m2xg = 816 kgf/m2
PMAN = 8.160 N/m2 = 8.160 Pa
Luego,
PABS = 8.160 Pa + 100.000 Pa = 108.160 Pa a 6 cm de la superficie libre

2.3 Calcular la presión absoluta del gas en el depósito (Pa).
La presión absoluta del mercurio calculada enel punto anterior es para 6 cm bajo la superficie libre. A ese mismo nivel, el mercurio toma contacto con el aire comprimido y como a un mismo nivel las presiones de un líquido son iguales, en ese punto la presión absoluta será de 108.160 Pa. Además, como la presión de un gas es la misma en todo el volumen que ocupa, la presión en el depósito será también de 108.160 Pa.

2.4 Calcular la presiónmanométrica del aire comprimido (Pa).
La presión manométrica corresponde a la presión absoluta menos la presión atmosférica, por lo que
PABS - PATM = PMAN
108.160 Pa – 100.000 Pa = 8.160 Pa
Otra forma de resolverlo, es decir que la presión manométrica a 6 cm de la superficie libre será la misma que en el punto donde el mercurio toma contacto con el aire comprimido. Esta presión se calculó en2.2:
PMAN = 8.160 Pa

2.5 Calcular la presión manométrica del aire comprimido en cm de Hg.
Simplemente equivale a la diferencia de niveles o cotas entre las dos superficies del mercurio:
10 cm – 4 cm = 6 cm
Se dice que el aire comprimido ejerció suficiente presión como para “empujar” el mercurio esos 6 cm a través del tubo.


Pregunta 3:
3.1 Explique el funcionamiento de la máquina...