Idraulica

1. Bibliografía recomendada
INTRODUCCIÓN
Desde el punto de vista macroscópico, se acostumbra clasificar la materia, en sólidos y fluidos. Un fluido, es una sustancia que puede fluir, de tal forma que el término fluido incluye a los líquidos y los gases. Aun la distinción entre un líquido y un gas no es tajante, en virtud de que, cambiando en forma adecuada la presión y la temperaturaresultaposible transformar un líquido en un gas o viceversa; durante el proceso la densidad, la viscosidady otras propiedades cambian de manera continua.
En un sentido estricto, se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas a través de fuerzas cohesivas débiles y las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. La rama de lafísica que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de los fluidos, la cual a su vez tiene dos vertientes: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo; e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento.
En este material instruccional, se describirá brevemente algunas propiedades de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico entre otras; nuevosprincipios físicos serán presentados para explicar efectos como la fuerzade flotación (boyantez) sobre un objeto sumergido. Deduciremos una expresión para la presión ejercida por un fluido en reposo como una funciónde la densidad y profundidad; con ello, nos introduciremos al campo de la manometría.
Al estudiar los fluidos en movimientos, se presentará la ecuación de continuidad, examináremos yaplicaremos el Principio de Bernoulli en la resolución de problemas que involucren fluidos en movimiento. Se dará una introducción al conceptode pérdidas hidráulicas en tuberías y su relación con la Leyde Conservación de la Energía Mecánicadescrita en el Módulo III de Física I. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortesprecedentes.
OBJETIVO GENERAL
Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de hidrostática e hidrodinámica a problemas prácticos que involucren fluidos newtonianos.
CONTENIDOS
1. Propiedades físicas de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico, viscosidad y gravedad específica.
2. Principio fundamental dela hidrostática.
3. Principio de Arquímedes (Boyantez).
4. Principio de Pascal (Prensa hidráulica).
5. Fuerzas ejercidas sobre superficies planas sumergidas: fuerza de presión.
6. Momento de inercia: centro de presión.
7. Ecuación de continuidad.
8. Régimen de flujo: laminar, transición y turbulento.
9. Teorema de Bernoulli y Teorema de Torricelli.
CONOCIMIENTOSPREVIOS
1. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales.
2. Cálculo integral: área debajo de una curva.
3. Trigonometría plana: resolución de triángulos.
4. Funciones matemáticas: graficación.
DESARROLLO TEÓRICO
1.1 ¿Qué es la hidrostática?
La hidrostática es una rama de la física que se encarga del estudio de los fluidos carentes de movimiento.1.2 Propiedades de los fluidos.
Densidad: Es la masa contenida en una unidad de volumen de una sustancia (masa por unidad de volumen). Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es: (1)
Donde
: densidad de la sustancia, Kg/m3
m: masa de la sustancia, Kg
V: volumen de la sustancia, m3
En el caso de sustancias no homogéneas se usa las siguientes fórmulas:Densidad en un punto: (2)
Densidad promedia: (3)
Las unidades en las cuales se suele expresar la densidad son: Kg/m3, Kg/dm3, gr/cm3 y lb/pie3
La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido.
El agua posee una densidad absoluta a 4 º C y una atmósfera de presión igual...