unidad n3 fisica
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U N I DA D N ° 3F Í S I C A
P R O F. G O N Z Á L E Z , C A R O L I N AT E C N I C AT U RA S U P E R I O R E N S E G U R I DA D
H I G I E N E Y M E D I O A M B I E N T E
HIDROSTÁTICA
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FLUIDOS
Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidezLiquido
s Gaseosos
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FLUIDOS
• Tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. Se caracterizan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptan el recipiente que lo contienen. • Los Líquidos, son difícilmente compresibles,
poseen volumen propio, mientras que los gases son compresibles ( capacidad de disminuir su volumen al ser sometido a fuerzas), ocupan la totalidad del volumen del recipiente que lo contiene
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HIDROSTÁTICA
• La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
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PRESIÓN
• La presión se define como la fuerza aplicada por unidad de área. Matemáticamente se expresa con la siguiente fórmula:
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Ph= h.Pe
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• Unidades: Las unidades de los tres sistemas métricos son:
• La unidad del sistema C.G.S. ( dina / cm 2 ) se la denomina baria y a la unidad del M.K.S. (N/m 2 ) se la denomina Pascal . una unidad muy utilizada es el Bar que equivale a 1 millon de barias.
• Equivalencias entre los tres sistemas: la siguiente igualdad establece la equivalencia entre las unidades de los tres sistemas vistos:
• 1 Kg/m 2 = 9.8 N/m 2 = 9,8 Pascal= 98 dyn / cm 2 = 98 baria• Otras Unidades: • Hectopascal 1Hpa= 100Pa Psi(libra sobre pulgada cuadrada)
1Psi=6894,75 Pa• Bar 1bar=100.00Pa Milibar 1milibar= 100pa=1Hpa
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TEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTÁTICA
• " La diferencia de presión entre dos puntos de una masa líquida en equilibrio, es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de nivel entre ambos puntos”• P b – P a = Pe.h• [Pe] = g / cm 3 • [ h ] = cm 2 • [ P ] = g.cm/cm 3 = g / cm 2
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• 1. Todos los puntos situados a igual distancia de la superficie libre de un líquido, o sea, los situados en el mismo plano horizontal, tienen la misma presión.• 2. Todos los puntos de la superficie libre de un
líquido están a la misma altura y, por tanto, la superficie es plana y horizontal. • 3. De la ecuación P = Pe · h se deduce que la
presión aumenta con h ; es decir, con la profundidad.
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PRESIÓN SOBRE PAREDES Y FONDO EN RECIPIENTES
• Las presiones ejercidas por un líquido sobre las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene, son siempre perpendiculares a la superficie. Esto lo vamos a comprobar en el primer trabajo práctico.
• En la figura que sigue, la presión en el fondo del recipiente (P b ) es la suma entre la presión ejercida sobre la superficie del líquido (presión atmosférica) y el producto del peso específico por la altura de éste:
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Análisis: P a = P o + Pe. h a P b = P o + Pe. h b Pa: Presión ejercida en la pared Pb: Presión ejercida en el fondo Po: Presión ejercida sobre la superficie el líquido (presión atmosférica) Pe : peso específico del líquido h: altura de líquido sobre el punto
La presión ejercida en el fondo del recipiente depende del peso específico y de la altura del líquido siendo independiente de la forma del recipiente y de la cantidad de líquido contenido en él.
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VASOS COMUNICANTES (V.C) • Si se coloca varios recipientes con formas diferentes conectados
entre sí por su parte inferior, se tiene un sistema de vasos comunicantes.
• Suponiendo que todos los recipientes están abiertos en su parte superior y volcamos agua dentro de ellos, ¿ qué esperas que ocurra con el nivel del líquido en todos ellos?. Este alcanza el mismo nivel en todos los recipientes pues la superficie está sometida a la misma presión (atmosférica) y todos los puntos que están a igual nivel tienen la misma presión
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PO : PRESIÓN ATMOSFÉRICA • En los V.C. con dos líquidos distintos, inmiscibles y de
diferente densidad, éstos alcanzan distintos niveles.• P a = P o + h a . Pe a • P b = P o + h b . Pe b • P a = P b • P a = P b= P o + h a .Pe a = P o + h b . Pe b• h a .Pea = hb. Peb
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PRINCIPIO DE PASCAL • " La presión ejercida sobre la superficie libre de
un líquido en equilibrio se transmite íntegramente y en todo sentido a todos los puntos de la masa líquida ".
P' B = P B + P Donde P = F / S P´b= Pe.hb + F/S
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• Se observa experimentalmente que al aplicar una presión sobre el pistón del tubo central, el nivel de líquido asciende valores iguales en todos los tubos laterales.
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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
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La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
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TENSIÓN SUPERFICIAL
• tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.
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DENSIDAD
• Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
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HIDRODINÁMICA• La hidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos.• Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres
aproximaciones importantes:• que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad
no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases;
• se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento;
• se supone que el flujo de los líquidos es un régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.
• La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.
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ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
v1S1=v2S2
La ecuación de continuidad nos proporciona la forma de la superficie el agua que recorre en el caño, tal como apreciamos en la figura.
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VISCOSIDAD• La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A
causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.
• En la figura, se representa un fluido comprendido entre una lámina inferior fija y una lámina superior móvil.
• La capa de fluido en contacto con la lámina móvil tiene la misma velocidad que ella, mientras que la adyacente a la pared fija está en reposo. La velocidad de las distintas capas intermedias aumenta uniformemente entre ambas láminas tal como sugieren las flechas. Un flujo de este tipo se denomina laminar.