Apuntes Fisica

FISICA II

1. HIDRAULICA

1.1 HIDROESTATICA

1.1.1 CONCEPTOS E IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA HIDRÁULICA Y SU DIVISION

Hidráulica: Es la parte de la física que estudia la mecánica de los líquidos, analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas pare le mejor aprovechamiento de las aguas.

La importancia del estudio de la hidráulica es que gracias a ella se pueden dar respuestas situaciones cotidianas, por ejemplo el abastecimiento de agua que llega a nuestras casas, las estructuras de fluidos que abastecen un hospital, los sistemas de riego, entre otras muchas, por lo cual la hidráulica es básica en la vida del ser humano.

La hidráulica se divide en hidrostática e hidrodinámica: la primera se encarga de estudiar a los líquidos en reposo, mientras que la hidrodinámica, se encarga de analizar a los líquidos en movimiento

Un fluido es toda sustancia en donde las moléculas pueden deslizarse unas sobre otras como sucede en los líquidos, o bien en las moléculas sueltas como ocurre con los gases, debido a que se encuentran mas separadas entre si.

Una característica importante de los gases es que son expandibles, mientras que los líquidos son incompresibles. Es decir que mantienen el mismo volumen en todo momento, aun cuando sea sometido a cualquier esfuerzo.

Por ejemplo el fluido que se utiliza en los frenos hidráulicos de los automóviles en un fluido incompresible. Cuando el conductor de un automóvil pisa el pedal de freno, empuja el fluido conocido como liquido de frenos a través de los tubos del sistema de frenos. Estos tubos son de alta resistencia para soportar este empuje. Así este líquido de frenos llega a las balatas que se desplazan para presionar ya sea los discos o tambores, los cuales presionan las paredes circulares que transmiten el movimiento a las ruedas, para que entonces la velocidad disminuya.

Ejemplo con la jeringa

1.1.2 CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS: VISCOSIDAD, TENSION SUPERFICIAL, COHESION, ADHERENCIA Y CAPILARIDAD

De forma general los líquidos tienen 5 características: Viscosidad, tensión superficial cohesión, adherencia y capilaridad.

La viscosidad es la oposición que presenta un liquido a moverse o trasladarse libremente. La fuerza necesaria para que un liquido se mueva con libertad esta dada por:

Donde F es la fuerza para desplazarse, es el coeficiente de viscosidad, v es la velocidad con la que se mueve el liquido, A es la superficie o área que cubre el liquido y h es la distancia que se desplaza el liquido.

Ejemplo:

Un lago presenta un desprendimiento en la placa de hielo que tiene en su superficie. El área de la capa desprendida es de 12 m2 aproximadamente. En cierto momento, una ráfaga de viento golpea la placa de forma que le aplica una fuerza de .028 N. La distancia entre la placa de hielo y el fondo del lago es de 4 m, la velocidad del agua a los 2m de profundidad es de 2.5 m/s. Determina la viscosidad del agua considerando que bajo la placa de agua se encuentra a una temperatura aproximadamente de 0° C.

SUSTANCIA TEMPERATURA COEFICIENTE DE VISCOSIDAD

Plasma sanguíneo 37 4X10-3

Aceite de motor 30 200X10-3

Hidrogeno 0 .009X10-3

Vapor de agua 100 .013X10-3

Alcohol etílico 20 1.2110-3

Glicerina 20 1500X10-3

Aire 20 .0018X10-3

Dióxido de carbono 20 .147X10-3

Helio 20 .0196X10-3

Metanol 20 .548X10-3

Agua 0 1.8X10-3

Agua 20 1X10-3

Agua 100 .3X10-3

La Tensión superficial: En la superficie de los líquidos la suma de las fuerzas de atracción entre si proporciona una resultante que va hacia dentro del fluido y a los lados de la superficie.

Si ponemos atención en la molécula que esta en la superficie del liquido, observaremos que las moléculas mas próximas a ella están por debajo y a la misma altura que ella, por esto, las moléculas próximas la atraen hacia dentro del fluido y en dirección paralela a la superficie pero no hay fuerza que la atraiga hacia arriba, esto causa que la superficie del liquido se contraiga haciendo que el liquido obtenga la superficie mas pequeña como sea posible.

Por eso se dice que la tensión superficial es una pequeña membrana que se forma en la superficie de un líquido y puede soportar objetos pequeños o que no rompan dicha tensión superficial.

es la tensión de la superpie, F fuerza para romper la tensión superficial, l es el perímetro de contacto

Ejemplo: un mosquito coloca sus patas en la superficie del agua contenida en un recipiente, el perímetro total de las patas que esta en contacto con el agua es de 1.5 cm. y la tensión superficial del agua es de .0742 N/m. cual es la masa del mosquito si esta flotando en la superficie.

La cohesión, es la capacidad que tienen los líquidos para unirse ya sean de la misma o distinta sustancia.

La adherencia, es la capacidad de los líquidos para adherirse a algún objeto.

La capilaridad, se representa cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida.

1.1.3 DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO

Es la masa contenida de una sustancia dentro de una unidad de volumen

Elemento Densidad kg/m3 Elemento Densidad kg/m3

Plata 10500 Agua 1000

Oro 19300 Mercurio 13600

Cobre 8890 Alcohol etílico 806

Bronce 8560 Glicerina 1260

Uranio 19050 Diesel 850

Latón 8470 Hidrogeno .089

Aluminio 2700 Nitrógeno 1.25

Hielo 917 Helio .179

Acero 7860 Oxigeno 1.43

Plomo 11300 Dióxido de carbono 1.98

Estaño 7280 Aire 1.29

Platino 21450

Ejemplos:

1.- determine la densidad de un trozo de metal que tiene una masa de 50 gr. Y un volumen de 2.587 cm3.

2.- cuantifique la cantidad de agua si

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