Fuerzas Hidrostaticas sobre superficies planas.

Fuerza Hidrostatica sobre Superficie Plana

Integrantes:     Sebastián Barahona        

Benito Meneses        

Bruno Molinelli                

Ignacio Placencia        

Paula Troncoso        

Profesor:         Vladimir Alarcón        

Fecha de entrega: 15/04/2016        

1.  Introducción:

Un fluido es una sustancia capaz de fluir y que se adapta a la forma del  recipiente que lo contiene. La estática de los fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos, es decir, que todas y cada una de sus partículas se encuentren en reposo o tienen una velocidad constante con respecto a un punto de referencia inercial. Cuando se encuentran en equilibrio los fluidos no pueden soportar fuerzas tangenciales o cortantes, teniendo en cuenta esto, solo utilizaremos distribuciones escalares de presión. Esta distribución a lo largo de toda el área puede reemplazarse por una sola fuerza resultante, ubicada en un punto específico. A partir de los conceptos físicos (densidad, presión y altura), se obtiene una ecuación fundamental de la hidrostática la cual utilizaremos y demostraremos en este informe.

El objetivo de este experimento es verificar la predicción teórica de la fuerza hidrostática resultante y su línea de acción en una superficie plana que estará completamente sumergida y parcialmente sumergida en un líquido.

1. Conceptos previos.

Presión: Representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Mientras mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, a su vez si es menor la superficie para una fuerza dada, mayor será la presión resultante. La presión de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y actúa normalmente a cualquier superficie plana. En el mismo plano horizontal, el valor de la presión en un líquido es igual en cualquier punto.[pic 2]

[pic 3]

Donde F es la fuerza que actúa sobre la superficie y A el área de la superficie.

Presión de un fluido: Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, es la única presión existente en un fluido en reposo, la cual  provoca una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura del líquido con referencia del punto del que se mida. Se define por la fórmula:[pic 4]

Donde usando unidades SI:

P: Presión hidrostática.

: Densidad del fluido.[pic 5]

g : Aceleración de gravedad.

h : Altura del fluido.

Pa: Presión atmosférica.

Variación de la presión con la altura en un fluido en reposo:

La diferencia de presiones entre dos puntos distintos niveles en un líquido es

[pic 6]

Fuerza hidrostática: Para calcular una fuerza hidrostática sobre un cuerpo hay que tener en cuenta el área de ese cuerpo y la distribución de presiones sobre esa área. Esta fuerza normal a la superficie será una resultante representativa de la distribución de presión de ese cuerpo.

En el caso más simple para calcular la fuerza provocada por la presión hidrostática, ya que como la altura será constante sobre la superficie horizontal, la presión también lo será.

De la ecuación EC.2 obtenemos:

[pic 7]

La fuerza F ejercida por un líquido sobre un área plana A es igual al producto del peso específico del líquido por la profundidad Hcg del centro de gravedad de la superficie y por el área de la misma.

1. Materiales:

         Los materiales utilizados son :

• Una huincha para medir las dimensiones del cuadrante y la distancia entre el pivote y la suspensión de los pesos utilizados.

• Pesas calibradas de distintas magnitudes  las cuales se colocaran en el platillo de la balanza del equipo .
• Una probeta para el vaciado de agua hasta equilibrar el brazo basculante o viga del sistema.

El sistema en general  tiene la forma de un segmento de anillo de sección rectangular, balanceada y pivoteada en su centro de curvatura y rígidamente conectado a un sistema de pesas. Está montado en la parte superior de un recipiente de paredes transparentes que permite una visión completa del experimento. El recipiente descansa sobre un soporte de metal con reguladores de nivel.Además contiene un tanque acrílico que debe ser nivelado con la ayuda de una burbuja circular  para el correcto alineamiento del instrumento (Ver imagen 1).

[pic 8]

  Figura 1: Aparato de presión hidrostática Armield

1. Procedimiento:

             El experimento comienza ajustando el aparato, equilibrando sin agua y sin masa, esto para que las fórmulas en la guía sean válidas (la razón de este ajuste será explicada posteriormente en el análisis de datos),luego se miden las dimensiones de la superficie a sumergir (b y d), la distancia vertical del pivote a la superficie(a) y la distancia que se encuentra entre el pivote y la suspensión de las masas (L). Con estos datos se procede a dos etapas :

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