LAB FLUIDOS

Mecánica de Fluidos
Práctica laboratorio Fuerzas sobre superficies

GUIA PRÁCTICA

FUERZA SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS
1. OBJETIVOS.
Determinar la fuerza que se ejerce sobre las superficies que están en contacto con
un fluido.
Determinar la posición del Centro de Presiones sobre una superficie plana
parcialmente sumergida en un líquido en reposo.
Determinar la posición del Centro de Presionessobre una superficie plana,
completamente sumergida en un líquido en reposo.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
Empuje hidrostático: principio de Arquímedes
Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentan un empuje hacia arriba.
Este fenómeno, que es el fundamento de la flotación de los barcos, era conocido desde la
más remota antigüedad, pero fue el griego Arquímedes quien indicó cuál es la magnitudde dicho empuje. De acuerdo con el principio que lleva su nombre, todo cuerpo
sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia
arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado. Considérese un cuerpo en forma
de paralelepípedo, las longitudes de cuyas aristas valen a. b y e metros, siendo e la
correspondiente a la arista vertical. Dado que las fuerzaslaterales se compensan
mutuamente, sólo se considerarán las fuerzas sobre las caras horizontales. La fuerza F
sobre la cara superior estará dirigida hacia abajo y de acuerdo con la ecuación
fundamental de la hidrostática su magnitud se podrá escribir como:
F1 = p1S1 = (Po+ d.g.h1).S1
Siendo S1 la superficie de la cara superior y h¡ su altura respecto de la superficie
libre del líquido. La fuerza Fzsobre la cara inferior estará dirigida hacia arriba y, como en
el caso anterior, su magnitud será dada por:
F2 =P2.S2 = (Po + d.g.h2),S2
La resultante de ambas representará la fuerza de empuje hidrostático E.
E = F2 –F1 = (Po+ d.g.h2)S2 - (Po + d.g.h1)S1
Pero, dado que S1 = S2 = S y h2= h1 + c, resulta:

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E = d.g.c.S = d.g. V = m.gPeso del cuerpo, mg
Fuerza debida a la presión sobre la base superior, p1 *A
Fuerza debida a la presión sobre la base inferior, p2*A
En el equilibrio tendremos que
mg+p1*A= p2*A
mg+ρfgx*A= ρfg(x+h)*A
o bien,
mg=p¡h*Ag
El peso del cuerpo mg es igual a la fuerza de empuje p¡h*Ag
Como vemos, la fuerza de empuje tiene su .origen en la diferencia de presión entre la
parte superior y la parte inferior delcuerpo sumergida en el fluido.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES. FLOTACIÓN
Consideremos el cuerpo sumergido EHCD (fig.2),
actúa sobre la cara superior la fuerza de presión Fp1,
que es igual al peso del liquido representado en la
figura por ABCHE,y sobre la cara inferior la fuerza
de presión Fp2 igual al peso del liquido representado
en la figura por ABCDE. El cuerpo esta sometido,
pues a un empujeascensional, que la resultante de
las dos fuerzas.

FA = Fp2 – Fp1

fig,2

pero Fp2 – Fp1 es el peso de un volumen de líquido igual al volumen del cuerpo EHCD, o
sea igual al volumen del líquido desalojado por el cuerpo al sumergirse. Enunciado del
principio de Arquímedes:
“Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje ascensional igual al peso del
líquido que desaloja”
Sobre el cuerposumergido EHCD actúa también su peso W o sea la fuerza
de la gravedad, y se tiene:
a) Si W > FA el cuerpo se hunde totalmente.

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b) Si W < FA el cuerpo sale a la superficie hasta que el peso del fluido de un volumen igual
al volumen sumergido iguale al peso W
c) Si W = FA el cuerpo se mantiene sumergido en la posición en que se ledeje.
E = Peso del líquido desplazado = dlíq . g . Vliq desplazado = dliq . g . Vcuerpo
3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Vista general del equipo
El accesorio consiste en un cuadrante montado sobre el brazo de una balanza que bascula
alrededor de un eje.
Cuando el cuadrante esta inmerso en el deposito de agua, la fuerza que actúa sobre la
superficie frontal, plana y rectangular, ejercerá un momento con...