Modulo 3: Fluid_o·s

Fluidos

o lQue es un fluido? o En Fisica, un fluido es una sustancia que se deforma

continuamente (fluye) bajo la aplicaci6n de una tension tangencial, por muy pequefia que sea.

o Es decir, cuando hablemos de fluidos estaremos hablando de gases y de liquidos

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Densidad

o Se llama densidad p al cociente entre la masa y el volumen que ocupa

o p=m/V o Sus unidades son por lo tanto kgfm3. 0 se pueden usar ellitro: ll=lo-3 m3 o Por ejemplo, la densidad del agua es 1 kg/1 a la presion

de 1 atm y la temperatura de 4 °C.

Densidad especifica

o El cociente de la densidad de una sustancia y la del agua se llama densidad especifica de la sustancia

o Por ejemplo, la densidad del aluminio es 2.7, lo que significa que un volumen de aluminio tiene 2. 7 veces mas masa que el mismo volumen de agua

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Densidad y condiciones estandar

o Se suele darla densidad a una temperatura, pues Ia densidad de la mayorla de las sustancias vana con esta.

o Aunque en el caso de los lfquidos y los s6lidos varian tan poco que suelen tomarse como constantes a P y T.

o No asi en el caso de gases, por lo que se suele dar Ia densidad a una P y una T dada.

o N onnalmente se dan en condiciones estandar

Presi6n en un fluido

o Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido como el agua, el fluido ejerce una fuerza perpendicular a Ia superficie del cuerpo en cada punto de Ia superficie

F

~'~

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Presi6n en un tluido

o Cuando se sumerge un cuerpo en un tluido como el agua, el tluido ejerce una fuerza perpendicular ala superficie del cuerpo en cada punto de Ia superficie

o Es debida al choque de las moleculas del fluido con las paredes del cuerpo (y tambien del recipiente)

o Esta fuerza por unidad de area se llama Presi6n

P=F/A o La unidad de medida es el Pascal

1 Pa=1N/m2

o Otra unidad muy utilizada es Ia atm6sfera

1 atm = 101325 Pa=101.325 kPa

Presion y profundidad

o Cuando hacemos submarinismo, notamos que Ia presion aumenta con Ia profundidad

o En el caso de un liquido como el agua, cuya densidad es practicamente constante en todo su volumen, Ia presi6n aumenta linealmente con la profundidad

o Vamos a demostrarlo ,.

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II

-.-

-·-

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Presi6n y profundidad

o La presi6n en la parte inferior de la columna debe ser mayor que en Ia parte superior, puesto que debe soportar el peso de la columna de altura ~.

o El peso de esta columna es: w=mg=(p·V)g=p(A·&)g

Presi6n y profundidad

o Si P 0 es Ia presi6n en la parte superior y P en la parte inferior, la fuerza neta bacia arriba ejercida por esta diferencia de presiones es

PA-PcA o Igualando esta fuerza hacia

arriba con el peso de Ia columna setiene:

PA-P~=pMhg

o Y por lo tanto, dividiendo par A P=P

0+p4hg

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,,

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Presi6n y profundidad

o Es decir, Ia diferencia de presiones es proporcional a Ia profundidad

P-P 0 =p4hg=cte • .4h

o Es decir, Ia presi6n s6lo depende de la profundidad, no de Ia forma del recipiente.

Ejemplo

,, -.-

o Sabiendo que Ia presi6n en Ia superficie de un lago es de 1 atm, a que profundidad la presi6n es el doble?

o P 0 =1 atm=101.325 kPa

o P=2 atm= 202.65 kPa o p=l kgfl =tooo kg/m3 o g=9,81 m/s2 = m/s2 (kg/kg)= N/kg o L1h=MI/p·g=10.3 m

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Principio de Pascal

o Lo descubri6 Blaise Pascal en el siglo XVII

o En su honor se nombr6 Ia unidad del SI de presi6n, el Pa (1 Pa=I N/m2

)

Principio de Pascal

o Ya hemos visto que la presi6n de todos los liquidos aumenta linealniente con la profundidad en cualquier recipiente.

o Y que ademas Ia presi6n es la misma en todos los puntos que estan a una misma profundidad

o Un cambio de presi6n aplicado a un l(quido encerradD dentro de un recipiente se transmite por igual a todos los puntos delfluido y a las propias paredes del recipiente

o Este es elllamado Principio de Pascal

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Principio de Pascal

o Tenemos un em bolo de superficie A, sabre el que aplicamos una fuerza de 100 N.

o En otro embolo de superficie B=soA tenemos un par de pesas que juntas pesan 450 kg

D lPodra levantarlas el embolo B?

o Vamos a verlo ...

Principio de Pascal

o Para levantar los pesos necesito al menos 4500 N

D PA=lOO/A

o P8 =F/B=F/soA

o P A= P8 , luego 100/A=F/soA

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o F=sooo N, suficiente para levantarlas (es mayor que su peso)

AL't 1 r l

• • sa

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Principio de Pascal

o Es deeir, ipodemos multiplicar fuerzas usando este aparato!

o Y asi tenemos la prensa hidraulica

Ejemplo

o El embolo grande de un elevador hidraulico tiene un radio de 20 em. lQue fuerza debe apliearse al embolo peque:fio de radio 2 em para elevar un eoehe de masa 1500 kg?

o Soluei6n: 14 7 N

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Presi6n manometrica

o Para medir presiones se utiliza el heCho de que Ia diferencia de presiones es proporcional a Ia profundidad (ya lo vimos)

o Se utilizan para ello el man6metro

o Por ejemplo, este man6metro de tubo abiertc

Presi6n manometrica

o La parte abierta se encuentra a presi6n atmosferica

0 m otro extrema cerrado se encuentra cerrado a Ia presi6n P que se desea medir

o Sabemos que

P-P atm=PJ¢h o En donde pes Ia densidad

delliquido en el tubo, y_ a P-P atm. se le llama presion manom6triea

Pa

! T h

l.s

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Pa

! T h

l. s

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Presion manometrica

o En la practica la presi6n se mide en milimetros de mercurio (mmHg)

o Y se tiene que

1 atm=760 mmHg=l01325 Pa

Empuje

Cuando un objeto esta swnergido, el fuido ejerce una presi6n en todos los puntos del objeto

Y perpendicular a Ia superficie de ese objeto

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Empuje

Como la presion depende de la profundidad, sobre un cuerpo sumergido aetna mayor presi6n sobre la superficie de abajo que sobre lade arriba.

El efecto neto es tener una fuerza que va bacia arriba Hamada empuje.

En cambia las fuerzas en horizontal se anulan entre si

Empuje

Por eso cuesta menos levantar una piedra muy pesada pero que este sumergida que cuando esta en la superficie

Elagua"nosayuda"a levantarla

Pesqj

Si el peso es mayor que el empuje entonces el objeto se hunde; en case contrario flotara.

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