234837196 Tippens Fisica 7e Soluciones 15

Capítulo 15. Fluidos
Densidad
15.1. ¿Qué volumen ocupan 0.4 kg de alcohol? ¿Cuál es el peso de este volumen?

!=

m
;
V

V=

m
0.4 kg
=
;
! 790 kg/m 2
V = 5.06 × 10–4 m3

W = DV = ρgV = (790 kg/m3)(9.8 m/s2)(5.06 × 10–4 m3);
W = 3.92 N
15-2. Una sustancia desconocida tiene un volumen de 20 ft3 y pesa 3370 lb. ¿Cuáles son el peso
específico y la densidad?
D=

W 3370 lb
=
;
V
20 ft 3

D = 168lb/ft3

!=

D 168 lb/ft 3
=
;
g 9.8 m/s 2

ρ = 5.27 slugs/ft3
15-3. ¿Qué volumen de agua tiene la misma masa que 100 cm3 de plomo? ¿Cuál es el peso
específico del plomo?
Primero encuentra la masa del plomo: m = ρV = (11.3 g/cm3)(100 cm3);
Ahora el agua: Vw =

m 1130 g
=
= 1130 cm3 ; Vw = 1130 cm3
3
! w 1 g/cm

D = (11,300 kg/m3)(9.8 m/s2) = 110,740 N/m3;

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m = 1130 g

D = ρg

D = 1.11 × 105 N/m3

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15-4. Un matraz de 200 mL (1 L = 1 × 10–3 m3) está lleno de un líquido desconocido. Una
balanza electrónica indica que el líquido en cuestión tiene una masa de 176 g. ¿Cuál es la
gravedad específica del líquido? ¿Puede usted adivinar qué es ese líquido?
V = 200 mL = 0.200 L = 2 × 10-4 m3;

!=

m= 0.176 kg

m
0.176 kg
=
;
V 2 # 10"4 m3

ρ = 880 kg/m3, benceno

Presión de fluidos
15-5. Halle la presión en kilopascales producida por una columna de mercurio de 60 cm de alto.
¿Cuál es esa presión en lb/in2 y en atmósferas?
P = ρgh = (13,600 kg/m3)(9.8 m/s2)(0.60 m);
P = 80 kPa
! 0.145 lb/in.2 "
P = 80 kPa #
$;
% 1 kPa
&

P = 11.6 lb/in2
P=

80 kPa
;
101.3 kPa/atm

P = 0.790 atm
15-6. Un tubocontiene agua bajo una presión manométrica de 400 kPa. Si se cubre un orificio de
4 mm de diámetro en el tubo con un trozo de cinta adhesiva, ¿qué fuerza tendrá que ser
capaz de resistir la cinta?

A=

! D 2 ! (0.004 m) 2
=
= 1.257 x 10-5 m 2 ;
4
4

P=

F
;
A

F = PA = (400 000 Pa)(1.257 × 10–5 m2);
P = 5.03 N

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15-7. Un submarino se sumerge a una profundidad de 120 ft y se nivela. El interior del submarino
se mantiene a la presión atmosférica. ¿Cuáles son la presión y la fuerza total aplicadas a
una escotilla de 2 ft de ancho y 3 ft de largo? El peso específico del agua del mar es de 64
lb/ft3, aproximadamente.
P = Dh = (64 lb/ft3)(120 ft);

P = 7680 lb/ft2;

F = PA = (7680lb/ft2)(3 ft)(2 ft);

P = 53.3 lb/in2

F = 46 100 lb

15-8. Si usted construye un barómetro usando agua en lugar de mercurio, ¿qué altura del agua
indicará una presión de una atmósfera?

P = ! gh;

h=

P
101,300 Pa
=
;
! g (1000 kg/m3 )(9.8 m/s 2 )
h = 10.3 m = 34 ft

15-9. Un pistón de 20 kg descansa sobre una muestra de gas en un cilindro de 8 cm de diámetro.
¿Cuál es la presión manométrica sobre elgas? ¿Cuál es la presión absoluta?

! D 2 ! (0.08 m) 2
A=
=
= 5.027 # 10"3 m 2 ;
4
4

P=

F mg
=
A
A

(20 kg)(9.8 m/s 2 )
P=
= 3.90 " 104 kPa;
!3 2
5.027 " 10 m
P = 39.0 kPa
Pabs = 1 atm + Pmanométrica = 101.3 kPa + 39.0 kPa;
Pabs = 140 kPa
*15-10. Un tubo abierto en forma de U como el que se muestra en la figura 15-21 tiene 1 cm2 de
sección transversal. ¿Qué volumen de agua deberá verterse en eltubo de la derecha para
que el mercurio del tubo de la izquierda se eleve 1 cm por encima de su posición
original?

! m ghm = ! 2 gh2 ;

h2 =

! m hm (13.6 g/cm3 )(1 cm)
=
= 13.6 cm
!2
1 g/cm3

V = Ah = (1 cm2)(13.6 cm);
V = 13.6 cm3 = 13.6 mL

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15-11. La presión manométrica en un neumáticode automóvil es de 28 lb/in2. Si la rueda soporta
1000 lb, ¿cuál es el área del neumático que está en contacto con el suelo?
A=

F 1000 lb
=
;
P 28 lb/in 2

A = 35.7 in2
15-12. Dos líquidos que no reaccionen químicamente se encuentran en un tubo doblado como el
de la figura 15-21. Demuestre que las alturas de los líquidos por encima de su superficie
de separación son inversamente proporcionales...