HIDROMECANICAEstudia los fluidos: Líquidos y gases

Se divide en:• Hidrostática: estudia los líquidos en reposo• Hidrodinámica: Estudia los líquidos en

movimiento• Neumática: Estudia los gases

Experimentos

• http://www.experimentosdefisica.net/submarino-casero-experimento-facil-principio-arquimedes/ Submarino casero

• Experimento del huevo que flota

PRESION

• 1 BARIA = DINA / CM2

• LA PRESION ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA FUERZA E INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL AREA :

• A MAYOR FUERZA , MAYOR PRESION • A MAYOR AREA MENOR PRESION

P = PRESION F = FUERZA A = AREA

LA UNIDAD ES : PASCAL =

AREA MAYOR , PRESION MENOR

AREA MENOR , PRESION MAYOR

AREA MEDIANA ,PRESION MEDIANA

PRESION HIDROSTATICALIQUIDOS EN REPOSO• m = d . v m=masa ; d = densidad ;V=Volumen

• V = A . h V=Volumen ; A = Area ; h = Altura

• F = m . g F = d . A . h . g Fuerza sobre un líquido

• P = d h g Presión sobre un líquido

La presión es igual en dos o más puntos a la misma profundidad PD Igual PC

La Presión aumenta con la profundidad:

PB Mayor PA;

PC Mayor PB

CD

PRESION HIDROSTATICA

• Pe = d g Pe = Peso específico • P = Pe h = dgh

TENSIOMETRO MANOMETRO

PRINCIPIO DE PASCAL • UN LIQUIDO TRANSMITE EN TODOS LOS SENTIDOS

LA PRESION QUE SE EJERCE SOBRE EL

• LOS LIQUIDOS TIENEN LA PROPIEDAD DE MULTIPLICAR O REDUCIR UNA FUERZA

UN SOLIDO TRANSMITE LA FUERZA QUE SE EJERCE SOBRE EL

A1 = 20 cm2

F1 = 10 N

A2 = 200 cm2

F2 = 10 N

LOS LIQUIDOS TRANSMITEN LA PRESION QUE SE EJERCE SOBRE ELLOS

A1 = 20 cm2

F1 = 10 N

A2 = 200 cm2

F2 = 100 N

PRENSA HIDRAULICA• EJEMPLOS: Montacargas, Volquetas , Baúl de los

carros, además los amortiguadores

• = = =

• La fuerza sobre el pistón menor es D.P a su área y a la fuerza sobre el pistón mayor e I.P al área del pistón mayor

PARADOJA HIDROSTATICA

En varios recipientes unidos con una misma base pero con diferente forma y tamaño(vasos comunicantes) al colocarles un solo líquido, este alcanza el mismo nivel en todos.

Vasos comunicantes con líquidos no miscibles

Al colocar un líquido alcanza el mismo nivel en las dos ramas. Al echar aceite, las superficies del agua quedan a distintos niveles. Por lo anterior se concluye que las alturas de los dos líquidos son inversamente proporcionales a sus densidades o a sus pesos específicos

=

LEY FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA

• PA – PB = HA . Pe – HB . Pe

• PA – PB = Pe (HA – HB)• La diferencia de presión entre dos puntos de un

mismo líquido depende de la diferencia de las alturas.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES• TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN LIQUIDO

RECIBE UN EMPUJE , DE ABAJO HACIA ARRIBA , IGUAL AL PESO DEL LIQUIDO DESALOJADO

• E = V Pe E = Empuje ; V = Volumen del cuerpo

Pe = Peso específico

EJEMPLO

PESO APARENTE• P1 = P – E P1 = PESO APARENTE ; E = EMPUJE

P = PESO DEL CUERPO

• CUERPOS FLOTANTES (Huevo que flota)

1. E < P 2. E = P 3. E > P

23

E

P

1

HIDRODINAMICA• LIQUIDOS EN MOVIMIENTO

• TEOREMA DE EVANGELISTA TORRICELLI

• LA VELOCIDAD DE SALIDA DE UN LIQUIDO POR UN ORIFICIO ES IGUAL A LA VELOCIDAD ADQUIRIDA POR CUALQUIER CUERPO AL CAER LIBREMENTE DESDE UNA ALTURA h

• GASTO TEORICO :

CANTIDAD DE LIQUIDO O CAUDAL QUE SALE POR UN ORIFICIO

GT =

ECUACION DE CONTINUIDADCuando un fluido se encuentra en movimiento puede cambiar su velocidad. En un río el agua avanza lento en sectores anchos o de mucha profundidad y avanza muy rápido en sectores angostos o poco profundos. La relación entre área y velocidad de un fluído está definida por la ecuación de continuidad: A1 . V1 = A2 . V2

ECUACION DE BERNOULLI

En un fluido la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitacional por unidad de volumen, se mantiene constante, a lo largo de una línea de corriente. ½ ρ .V2 + ρgh+P= Constante

APLICACIONES DE LA ECUACION DE BERNOULLI

• TUBO DE VENTURIInstrumento para medir la velocidad de un fluido y su funcionamiento se basa en el principio de Bernoulli ½ ρ.V2 + P = Constante.

Cuando la velocidad aumenta , la presión disminuye

FLUJO SANGUINEOLa circulación sanguínea es una función vital, ya que es el medio a través del cual las células de nuestro cuerpo pueden recibir el oxigeno y los nutrientes que necesitan y además eliminar las sustancias de desecho. Por esto es importante que la sangre esté en movimiento, es decir que su comportamiento sea similar al de un fluido en movimiento.La sangre circula como consecuencia de la existencia de zonas que están a distinta presión y se mueve desde donde la presión es mayor hacia donde la presión es menor.La presión sanguínea es máxima al salir del ventrículo izquierdo y va disminuyendo hasta llegar a la aurícula derecha a muy baja presión. Los vasos sanguíneos se adecuan a los cambios en la presión del flujo sanguíneo.

La presión está relacionada con la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos sanguíneos. Esta presión es llamada presión arterial y se mide con el tensiómetro. Cuando el corazón se contrae , la presión es máxima(Sistólica) 120 mmHg y cuando el corazón se relaja, la presión es mínima (diastólica) 80 mmHg

VISCOSIDAD

Es la propiedad que tienen los fluidos de presentar resistencia a fluir o derramarse. Los fluidos más viscosos fluyen más lentamente y también es más difícil mover objetos a través de ellos. No hay que confundir viscosidad con densidad. Ejemplo: El aceite es más viscoso pero menos denso que el agua. La viscosidad aumenta con la presión

TENSION SUPERFICIAL

• FENOMENO QUE SE PRESENTA EN LA SUPERFICIE DE LOS LIQUIDOS DEBIDO A LA COMPOSICION DE LAS FUERZAS ENTRE LOS ATOMOS Y MOLECULAS DE SU SUPERFICIE

CAPILARIDAD

ES LA TENDENCIA DE UN LIQUIDO A ASCENDER O DESCENDER EN UN TUBO DELGADO , COMO CONSECUENCIA DE LA ADHESION O COHESION DE LAS MOLECULAS .

EL CLIP ESTA DEBAJO DEL NIVEL DEL AGUA QUE HA AUMENTADO LIGERAMENTE. LA TENSIÓN SUPERFICIAL EVITA QUE EL CLIP SE SUMERJA Y QUE EL VASO REBOSE.

UN EJEMPLO DE TENSION SUPERFICIAL : UNA AGUJA DE ACERO SOBRE EL AGUA

NEUMATICANeumática que trata los movimientos y procesos del aire.

Es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse .

CAPAS DE LA ATMOSFERA

• 1. TROPOSFERA• 2. ESTRATOSFERA• 3. OZONOSFERA• 4. MESOSFERA• 5. IONOSFERA• 6. EXOSFERA

ATMOSFERA

ES LA CAPA GASEOSA DE LA TIERRA , SIENDO LA CAPA MAS EXTERNA Y MENOS DENSA . LA ATMOSFERA PROTEGE LA VIDA SOBRE LA TIERRA ABSORBIENDO LOS RAYOS ULTRAVIOLETA DEL SOL Y ADEMAS como escudo protector contra los meteoritos,

TROPOSFERA

CAPA MAS CERCANA A LA TIERRA ALTURA : 11 KMS ZONA MAS TURBULENTA COMPRENDE :NUBES , VIENTOS

HORIZONTALES , CORRIENTES VERTICALES , TORMENTAS , PRECIPITACIONES ATMOSFERICAS

COMPRENDE LAS ¾ PARTES DE LA ATMOSFERA

TEMPERATURA : ENTRE 14º.C y -55º.C

ESTRATOSFERA

• Altitud 32 kms• Temperatura – 55ºC es constante• Está dispuesta en capas más o menos

horizontales (o estratos) • Es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra.• A medida que se sube, la temperatura en la

estratosfera aumenta. • El aumento de la temperatura se debe a que los

rayos ultravioleta transforman al oxígeno en ozono, proceso que involucra calor

OZONOSFERA

• Es la capa que contiene una concentración relativamente alta de ozono.

• Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15 km a los 40 km de altitud, reúne el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97% al 99% de la radiación ultravioleta de alta frecuencia.

MESOSFERA

• Es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra. • Se extiende entre los 50 y 80 km de altura• Contiene solo el 0.1% de la masa total del aire. • Es la zona más fría de la atmósfera, pudiendo

alcanzar los -80 °C. • Es importante por la ionización y las reacciones

químicas que ocurren en ella. • La baja densidad del aire en la mesosfera

determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.

IONOSFERA

• Altura 966 KMS• Capa conductora de electricidad• CONTIENE CAPAS REFLECTORAS QUE DEVUELVEN

HACIA LA TIERRA LAS ONDAS DE RADIO• Se presentan las AURORAS BOREALES• Temperatura máxima 2200º.C• La temperatura aumenta con la altitud. • Es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra. • A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura cambia

con la actividad solar. • Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera

pueden llegar a 1.500° C e incluso más altas. • En ella se encuentra el 0.1% de los gases.

EXOSFERA

• Altura 72500 KMS• Es la última capa de la atmósfera de la Tierra • Esta es el área donde los átomos se escapan

hacia el espacio.

CINTURON VAN ALLEN (MAGNETOSFERA)

• Región de partículas energéticas cargadas de electricidad , existen dos cinturones :

• El cinturón exterior está compuesto en su mayor parte por electrones.

• Un segundo cinturón más cerca de la Tierra ,está formado principalmente por protones de gran energía y algunos electrones de poca energía.

• Podemos pensar a cada uno de estos cinturones como un río de cargas, una corriente eléctrica en forma de llanta, la cual no circula en un alambre o conductor.

• Se sostiene girando en el espacio alrededor de la Tierra, como los anillos de Saturno que lo acompañan en todos sus movimientos

• Los anillos o cinturones de Van Allen protegen a la Tierra de las partículas eléctricas con que el Sol bombardea a los planetas de su sistema y que son transportadas por el viento solar.

TEORIA CINETICA DE LOS GASES

• LAS MOLECULAS EN LOS GASES ESTAN MUY SEPARADAS ENTRE SI CON VELOCIDAD DE 1500 m/s aprox.

• LAS MOLECULAS DE UN GAS SALTAN EN TODAS DIRECCIONES , POR LO CUAL , UN GAS ENCERRADO EJERCE PRESION HACIA ARRIBA , HACIA ABAJO Y A LOS LADOS.

PRESION ATMOSFERICATorricelli llenó de mercurio un tubo de 1 m de largo, (cerrado por uno de los extremos) y lo invirtió sobre una cubeta llena de mercurio, de inmediato la columna de mercurio bajó varios centímetros, permaneciendo estática a unos 76 cm (760 mm) de altura ya que en esta influía la presión atmosférica.

Como según se observa la presión era directamente proporcional a la altura de la columna de mercurio (h), se adoptó como medida de la presión el mm (milímetro) de mercurio. Así la presión considerada como "normal" se correspondía con una columna de altura 760 mm.

La presión atmosférica se puede medir también en atmósferas (atm):

1 atm = 760 mm = 101.325 Pa = 1,0 kgf/cm2

Conclusión

La columna de mercurio no cae debido a que la presión atmosférica ejercida sobre la superficie del mercurio (y transmitida a todo el líquido y en todas direcciones) es capaz de equilibrar la presión ejercida por su peso.760 mmHg = 1 atm1 atm = 1.013 mbar o hPa1 mbar o hPa = 0,7502467 mmHg

PRESION ATMOSFERICA

• ES LA PRESION QUE EJERCE LA ATMOSFERA SOBRE LAS COSAS Y LAS PERSONAS QUE ESTAN EN LA TIERRA.

• LA PRESION ATMOSFERICA TIENE SU MAYOR VALOR AL NIVEL DEL MAR DONDE HAY MAYOR CANTIDAD DE AIRE

• P = d h g =13,6 gr/cm3.980 cm/s2 . 76 cm• P = 1012928 Dinas / cm2 (Barias)

• 1 atmosfera = 1033,6 gf/cm2• 1 atm = 0,010336 kgf/cm2

• AL SUBIR EN UN ASCENSOR : AL PASAR SALIVA SE IGUALAN LAS PRESIONES

• LA PRESION ATMOSFERICA SE MIDE CON BAROMETROS Y EXISTEN :

• -BAROGRAFOS • -ALTIMETROS• -ANEROIDES

DIFUSION DE LOS GASES

• La difusión, es la mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro gas, en virtud de sus propiedades cinéticas

• Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas se distribuyen uniformemente en otro gas.

• También se establece como la capacidad de las moléculas gaseosas para pasar a través de aberturas pequeñas, tales como paredes porosas, de cerámica o porcelana que no se halla vidriada

• La difusión siempre procede de una región de mayor concentración a otra menos concentrada.

• A pesar de que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusión toma una tiempo relativamente grande para complementarse.

• Por eso, la difusión de los gases siempre sucede en forma gradual.

• Un gas ligero se difundirá a través de un cierto espacio mas rápido que un gas pesado

LEY DE LA DIFUSIÓN GASEOSA

• Fue establecida por Thomas Graham; quien manifiesta lo siguiente:

• “en las mismas condiciones de presión y temperatura, las velocidades de difusión de dos gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus masas moleculares

PRINCIPIO DE PASCAL EN LOS GASES

• LOS GASES TRANSMITEN PRESIONES EN TODAS LAS DIRECCIONES Y SENTIDOS , IGUAL QUE LOS LIQUIDOS.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES EN GASES

• TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN GAS RECIBE UN EMPUJE DE ABAJO HACIA ARRIBA IGUAL AL PESO DEL GAS DESALOJADO

LEY DE BOYLE-MARIOTTE• (1) (2) Pe = P/V

1. LOS VOLUMENES QUE OCUPAN UNA MISMA MASA DE GAS , A TEMPERATURA CONSTANTE , INVERSAMENTE PROPORCIONALES A SUS PRESIONES (LEY ISOTERMICA , IGUAL TEMPERATURA)

2. A UNA MISMA TEMPERATURA , EL PESO ESPECIFICO DE UN GAS ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A SU PRESION

TERMODINAMICA• CALOR • LA CANTIDAD DE CALOR DE UN CUERPO

DEPENDE DE SU MASA• TEMPERATURA• LA TEMPERATURA DE UN CUERPO DEPENDE

DE LA ENERGIA CINETICA DE LAS MOLECULAS

CALOR

• El calor es energía en tránsito, porque los cuerpos ceden o ganan calor.

• Es la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo, el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

• La energía puede ser transferida por : la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica.

EQUILIBRIO TERMICO

• Cuando dos cuerpos se ponen en contacto a diferente temperatura, después de un determinado tiempo alcanzan la misma temperatura, transfiriendo calor desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, alcanzando así el equilibrio térmico.

TRANSMISION DEL CALOR

• POR CONDUCCION• POR CONVECCION • POR RADIACIÓN • Nota: consultar qué es cada uno

ESCALAS TERMOMETRICAS

CON TEMPERATURA DE REFERENCIA

• --------------------------------------------------------

• -------------------------------------------------------

100

C K R F Ra

0 273 0 32 492

373 80 212 672

• LAS ECUACIONES SE TOMAN POR PAREJAS

𝐾−2735𝐾

=𝐶5𝐶

𝐶5𝐶

=𝑅𝑎−4929𝑅𝑎

𝑅𝑎−4929𝑅𝑎

=𝐹−329𝐹

𝐹−329𝐹

=𝑅4𝑅

DILATACION DE CUERPOS SOLIDOS

• DILATACION LINEAL

• LA PROPORCION QUE UN CUERPO SE DILATA O CONTRAE CON LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA DEPENDE DE :

• MATERIAL DEL CUERPO• LONGITUD DEL CUERPO• CAMBIO DE TEMPERATURA

L= ∞ Lo. t

• DILATACION SUPERFICIAL O DE AREA

• La dilatación superficial corresponde a la variación del área de una placa, cuando sometida a una variación de temperatura. Las figuras a continuación, representan una placa rectangular a temperatura To a temperatura T >To.

• Dilatación Volumétrica• En este tipo de dilatación, vamos a considerar

la variación del volumen, esto es, la dilatación en las tres dimensiones del sólido (longitud ancho y altura). Veamos el ejemplo del cuadro debajo:

• Dilatación de los Líquidos• Los sólidos tienen forma propia y volumen definido,

pero los líquidos tienen solamente volumen definido. Así, el estudio de la dilatación térmica de los líquidos es realizado solamente en relación a la dilatación volumétrica. Esta obedece a una ley idéntica a la dilatación volumétrica de un sólido o sea, la dilatación volumétrica de un líquido podrá ser calculada por las mismas fórmulas de la dilatación volumétrica de los sólidos.

• Veamos en esta tabla, el coeficiente de dilatación de algunos líquidos, medidos en

• Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de alguns líquidos, medido em oC -1

GRAFICAS: V vs to ; d vs to

ESTADOS DE LA MATERIA

GASES• LEY CHARLES(ISOBARICA): P=CONSTANTE, VOLUMENES SON D.P A LAS TEMPERATURAS V/T = Vo/To

• GAY LUSSAC(ISOMETRICAS): V=CONSTANTE PRESIONES D.P A LAS TEMPEATURAS P/T =Po/To

• LEY BOYLE-ARIOTTE(ISOTERMICA):T=CONSTANTE P/Po = Vo/V PRESIONES I.P VOLUMENES• ECUACION GENERAL DE GASES VoPo/To=VP/T

LEY ISOBARICA

LEY ISOMETRICA

• LEY ISOTERMICA

TERMODINAMICA

• 1º.LEY: EL CALOR PUEDE SER CONVERTIDO EN OTRAS FORMAS DE ENERGIA Y ESTAS PUEDEN TRANSFORMARSE EN CALOR

• 2º. LEY: EL CALOR FLUYE DE UN CUERPO CALIENTE A OTRO FRIO