Fuerza sobre superficie plana

Fuerza Sobre Superficie Plana

Objetivos:

1. Reconocimiento del equipo.
2. Medir y comprobar el momento  creado por la fuerza de la presión que actúa sobre una superficie plana vertical completamente sumergida.
3. Medir y comprobar el momento creado por la fuerza de presión que actúa sobre una superficie plana vertical completamente sumergida.
4. Comprobar la importancia de la geometría de un sistema.  

Teoría

Los fluidos ejercen fuerzas tanto normales con cortantes en la superficie que están en contacto con ellos. Sin embarga únicamente los fluidos con gradientes de velocidad producen esfuerzos cortantes; por lo tanto, para aquellos que están en reposo existen tan solo fuerzas normales. Estas fuerzas normales en flujo se llama fuerza de presión y se distribuyen sobre toda la superficie, pero para fines de analices es conveniente determinar la fuerza resultante y el sitio en el cual actúa, conocido como centro de presión. Estos es, como si la fuerza entera estuviera concentrada en un solo punto. La magnitud de la fuerzas dependen también de la geometría de la superficie.

En esta experiencia s estudiaran los casos:

1. Magnitud de las fuerzas de presión:

F  H = y. hc. S (1), donde

Y: peso específico del agua

hc: altura del equilibrio desde el centroide de la superficie sumergida

S: área de la superficie sumergida.

Y cp= Ix/A(hc) + hc (2)

Ix= momento de iniciar con respecto al eje x

1. Momento teórico: momento creado por la fuerza de presión respecto al pivote.

M teórico= F . Y (3), donde

F= magnitud de fuerza y presión

Y= distancia desde un centro de presión hasta el pivote.  

1. Momento experimental: momento creado por el peso del contrapeso.

M experimental= M. g. (1-d) (4), donde

M= masa del contra peso 508 g

G= aceleración de la gravedad

L= distancia de posición inicial (cero)

d= distancia actual del contra peso

1. Superficie plana parcialmente sumergida:

Magnitud de fuerza y presión: F= pghcS = pg h2  (ah) = ph h2 a, (5) donde

h = altura liquida de la parte superior de la superficie

a= ancho de la superficie sumergida

Centro de presión

ah3

cp = 1 x + hc=12 +  h = h +h = 2 h (6)

Shc      ah  h    2      6     2       3

2

 Materiales

Depósito inferior, depósito superior, cuadrantes, contrapeso, bomba, válvula y medidor de nivel.

Procedimientos

1. Presión sobre la superficie completamente sumergida

• Utilice el destornillador para quitar el sector circular.
• Vierta agua al equipo para llenar completamente el depósito inferior.
• Con el depósito superior vacío, desplace el contra peso hasta que la burbuja del nivel este en las dos rayas centrales. Esta es la distancia que se toman como referencia, es el cero.
• Desplace el contrapeso que el nivel indique que se ha alcanzado la posición horizontal. Lea la altura del agua y la distancia del pivote al contrapeso.
• Abra la válvula colocada en el lateral del depósito superior para regular la cantidad de líquido del mismo, haciendo que este descienda al depósito inferior. La superficie plana debe mantenerse completamente sumergida.
• Repita los últimos dos pasos hasta completar las lecturas correspondientes.

1. Presión sobre una superficie plana parcialmente sumergida

• Abra la válvula haciendo descender un poco de agua. La superficie plana debe quedar parcialmente sumergida.
• Desplace el contrapeso hasta que el nivel indique que se ha alcanzado la posición horizontal. Lea la altura de agua y la distancia del pivote al contra peso  registre los datos.
• Repite los pasos hasta completar los datos  requeridos.

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