Dinamica De Particulas

PROBLEMAS DE DINÁMICA DE PARTÍCULAS (parte 1)

1. Las alas de un aeroplano tienen un área total plana de 320 pies2, el aeroplano pesa 18,000 lbf, y la velocidad normal al nivel de vuelo es de 230 pies/seg cuando la densidad atmosférica es 0.076 lbm/pie:

a) si la cola del aeroplano contribuye en 5 por ciento a la fuerza de elevación total, ¿cuál debe ser el coeficiente de elevación de las alas en esta condición de operación?, considere que al nivel de vuelo, el peso del aeroplano está soportado exactamente por las alas y la cola del mismo.

b) si en la misma condición de vuelo, el coeficiente de arrastre de las alas es de 0.055, y la fuerza de arrastre total es 1.75 veces aquellas causada por las alas solamente, ¿que impulso hacia delante se requiere?, ignore la interferencia entre las alas y el fuselaje.

2. En el diseño de un aeroplano que pesa aproximadamente 17,000 libras (incluyendo pasajeros y carga) y que tiene un área de alas de 400 pies2, se desea estimar la potencia útil del motor para una velocidad de despegue de 180 pies/seg. Los experimentos en el túnel de viento en las alas han proporcionado relaciones entre el ángulo de ataque y los coeficientes de elevación y arrastre, que son como sigue:

CL = 0.4 + 0.072α

y CD = 0.007 + 0.0085α

donde α está expresado en grados. Suponga que la densidad atmosférica es 0.0025 slug/pie3.

3. Dos discos en tándem, cada uno de los cuales con un diámetro de 0.8 m, separados 1.6 m, se arrastran detrás de un barco a través de agua fresca a 18ºC a 6 m/s. ¿Qué potencia se consume en jalar los discos?.

4. Un gran porcentaje del arrastre aerodinámico en un automóvil es debido al arrastre de presión. Mientras que un automóvil abierto, convertible de 1920, con una estructura en forma de caja puede tener un CD = 0.9, un automóvil moderno con el frente redondeado tendrá un CD = 0.32. Considerando que los automóviles viajan a 60 millas por hora, calcular la potencia requerida para superar la fuerza de arrastre en ambos casos. Suponga un área frontal de 18 pies2 para ambos automóviles con una densidad del aire de 0.075 lbm/pie3.

5. ¿Cuál será la velocidad de sedimentación de una partícula esférica de acero de 0.40 mm de diámetro en un aceite con densidad relativa de 0.85 y viscosidad de 10 mNs/m2?. Considere que la densidad relativa del acero es 7.65.

6. Un batiesfera de 15 pies de diámetro se mueve a través de agua de mar de densidad = 2 slugs/pie3 y viscosidad cinemática = 1.5 x 10-5 pie2/seg a una velocidad uniforme de 1 pie por segundo y se va a modelar por una esfera de 8 pulgadas de diámetro que se mueve a través de agua fresca de densidad = 1.935 slugs/pie3 y viscosidad cinemática = 1.0 X 10-5 pies2/seg. Calcular:

a) la velocidad de la esfera modelo para un flujo dinámicamente similar;

b) el número de Reynolds para el flujo,

c) el coeficiente de arrastre total, y

d) la fuerza de arrastre en la esfera prototipo.

7. Calcular la velocidad radial terminal de una partícula de café soluble de 50μ de diámetro, en aire a 250°C entrando a un ciclón de 0.5 cm de diámetro. La velocidad

tangencial de la partícula de café es de 250 cm/s y la densidad relativa del sólido es de 1.15.

8. Un viento sopla a 3 millas por hora sobre un techo plano. Si la temperatura del aire es de 32ºF y el techo es de 10 pies de ancho, calcule la fuerza de arrastre sobre el techo.

9. Calcule el momento de derribo que se ejerce por un viento de 60 millas por hora sobre una chimenea que tiene un diámetro de 8 pies y una altura de 100 pies.

10. Una barca viaja a través de un río a una velocidad de 3 millas por hora. Calcule la fuerza de arrastre total sobre la superficie plana del fondo de la barca. La barca tiene 20 pies de largo y 10 pies de ancho. Considere la velocidad

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