Hidrostatica

Descripción General:

Objetivo General: Proporcionar al lector o lectores, los medios requeridos para desarrollar adecuadamente el estudio de la Estática de Fluidos o Hidrostática, dentro del laboratorio.

Objetivos Específicos:

• Definir y analizar mediante experimentos con el tubo en U, el Principio de Pascal.

• Analizar mediante experimentos con los Vasos Comunicantes, el Principio de Pascal.

• Definir y analizar mediante experimentos con el tubo en Ares, el Principio de Arquímedes.

• Analizar mediante experimento de un cuerpo sumergido en una piscina, el Principio de Arquímedes.

Experimentos:

 Experimento con el tubo en U (Principio de Pascal):

Metodología: Instrumentos utilizados; Agua, Aceite, Tubo en U, Cuaderno y lápiz (para tomar notas).

Se toma el tubo en U y dentro de él se vierte una cantidad de agua, de densidad conocida, luego se vierte un segundo liquido (Aceite) el cual posee una densidad diferente, por lo que se observa que el mismo no se mezcla con el agua, si no que queda por encima de la misma, por ser de menor densidad. Luego se procede a calcular la Densidad del segundo liquido (Aceite).

Cálculos: P= p.g.h+Patm

p(agua)=P(aceite)

p(agua).g.h(agua)=p(aceite).g.h(aceite)

d=5mm= 0,5cm l1=1,5cm y l2=1,5cm

L= l1+l2 = 1,5cm+1,5cm= 3c

p(aceite)=p(agua). p(aceite)=1 . =0,857

 Experimento con los vasos comunicantes ( principio de pascal):

Metodología: Instrumentos utilizados: Cinta métrica, Agua, vasos comunicantes, cuaderno y lápiz (para tomar notas).

Se toman los vasos comunicantes y dentro del mismo se vierte una primera cantidad de agua, observando el nivel equilibrado que alcanza. Luego se vierte una segunda cantidad de agua, dando como resultado un nuevo alcance en el nivel del agua, el cual mantiene un equilibrio de su nivel en todos los recipientes. Ahora se procede a calcular la altura del líquido en cada recipiente.

Cálculos: h= Patm /p.g

h1= = 10,1325 m = 1013,25 cm

h2= =10,1325 m = 1013,25 cm

h3= = 10,1325 m = 1013,25 cm

h4= = 10,1325 m = 1013,25 cm

Se observa que en todos los recipientes el liquido homogéneo (agua) alcanza el mismo nivel equilibrado y esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente, por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre la misma.

 Experimento con el tubo en Ares ( principio de Arquímedes):

Metodología: Instrumentos utilizados: Cinta métrica, Agua, Aceite, Tubo en Ares, Dos recipientes, Cuaderno y lápiz (para tomar notas).

Se toman los dos recipientes vacios, en uno se vierte el agua y en el otro se vierte el aceite. Luego se coloca un extremo del tubo de ares dentro del recipiente con agua y el otro extremo se coloca dentro del recipiente con aceite. Por un tercer extremo que mantiene unido los otros dos extremos del tubo, se succiona tratando de mantener la presión constante y se observan las alturas que alcanzan el agua y el aceite a medida que se van desplazando por el tubo en ares. Se necesitara tomar 3 medidas que alcance el aceite (después de realizar todo este proceso), previamente se tomadas las medidas del tubo. Cabe destacar que solo se necesitara una sola medida de aceite. Ahora calcularemos la densidad de la sustancia (aceite).

Cálculos: Medida del Tubo (MT)= 45cm

1Medida del Aceite(MA)=11cm → (Medida que usaremos)

2Medida del Aceite(MA)=9cm

3Medida del Aceite(MA)=11cm

MT= 45cm – 11cm = 39cm

p(aceite)= p(aceite)= = 0,266

 Experimento de un cuerpo sumergido en una piscina (Principio de Arquímedes):

Metodología: Piscina, Agua, un cuerpo que flote, cuaderno y lápiz (para tomar notas).

Se vierte el agua dentro de la piscina para luego sumergir en ella, el cuerpo a utilizar. Se observara que en este cuerpo actuaran dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba. Para saber si el cuerpo utilizado es capaz de flotar, se necesita conocer su peso especifico, el cual será igual a su peso divido por su volumen.

Se pueden producir tres casos:

1. Si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

2. Si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

3. Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

Cálculos:

o bien

No olvidar que la flotación es un equilibrio, por lo tanto

E = Pc

y, según Arquímedes

E = Pld

por lo tanto

Pc = Pld

Podemos expresar los pesos en función de los pesos específicos o las densidades.

G . δc . Vc = g . δld . Vld

δc . Vc = δld . Vld

Y si el cuerpo tiene una simetría vertical, como en la figura, es decir: si su volumen es igual a la superficie de la base por su altura, entonces

δc . hc = δld . hs

Donde hc es la altura del cuerpo y hs es su porción sumergida.

Ahora te propongo volver a la situación en la que el cuerpo estaba totalmente sumergido pero no sabemos cuál va a ser su destino. Y es así: si el empuje es mayor que el peso del cuerpo, entonces flotará; y si el empuje es menor que el peso del cuerpo, se hundirá.

Pc > Pl → se hunde

Pc < Pl → flota

Pero cuando el cuerpo está sumergido, su volumen es ig

al al del líquido desalojado, de modo que podemos dividir ambos miembros por el volumen y se obtiene

δc > δl → se hunde

δc < δl → flota

Desarrollo:

Fundamentos teóricos:

Hidrostática:

Estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área o superficie (A) de la siguiente forma: P=F/A. La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente:

P = Po + ρgh Siendo:

P: presión

Po: presión superficial

ρ: densidad del fluido

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