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1 I. RESUMEN: La mecánica de fluidos es el estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea que estén en reposo o en movimiento, los fluidos pueden ser líquidos o gases, en este informe aprenderemos a reconocer los líquidos comunes y caracterizarlos por medio de sus propiedades físicas. Se considera la energía del fluido según su velocidad, elevación y presión; se toma en cuenta las pérdidas y ganancias de energía mientras el fluido pasa a través de los componentes de un sistema de flujo de fluidos, permitirá que analice el rendimiento de dicho sistema. Para comprender mejor sobre la mecánica de fluidos se va a realizar en el laboratorio con experimentos en el estado líquido con los temas de la viscosidad, tensión superficial, capilaridad y densidad. (MOTT, 2006) MECÁNICA DE FLUIDOS

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I. RESUMEN:

La mecánica de fluidos es el estudio del comportamiento de los fluidos,

ya sea que estén en reposo o en movimiento, los fluidos pueden ser

líquidos o gases, en este informe aprenderemos a reconocer los

líquidos comunes y caracterizarlos por medio de sus propiedades

físicas. Se considera la energía del fluido según su velocidad,

elevación y presión; se toma en cuenta las pérdidas y ganancias de

energía mientras el fluido pasa a través de los componentes de un

sistema de flujo de fluidos, permitirá que analice el rendimiento de

dicho sistema. Para comprender mejor sobre la mecánica de fluidos se

va a realizar en el laboratorio con experimentos en el estado líquido

con los temas de la viscosidad, tensión superficial, capilaridad y

densidad. (MOTT, 2006)

MECÁNICA DE FLUIDOS

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II. INTRODUCCIÓN :

La mecánica de fluidos es la ciencia que estudia el efecto de fuerzas

aplicadas a los fluidos. Se subdivide en dos categorías generales,

hidrodinámica y dinámica de gases. En lo fundamental la

hidrodinámica estudia el flujo de los fluidos, para los que

prácticamente no hay cambio de densidad, como el caso del flujo de

líquidos o gases a bajas velocidades. (CROWE, 2007)

En un sólido, un fluido en una sustancia cuyas partículas se mueven y

cambian sus posiciones relativas con gran facilidad. Analizamos

mediante la práctica la densidad, la viscosidad, tensión superficial y

capilaridad. La rapidez de deformación del fluido está relacionada con

el esfuerzo cortante aplicado por viscosidad, que es una propiedad del

fluido; Así los fluidos muy viscosos como el jabón líquido y los aceites

fríos, fluyen con lentitud a causa de un esfuerzo cortante dado.

(CROWE, 2007) La viscosidad de un fluido como el jabón líquido fluye más despacio

que el agua porque tiene una viscosidad mayor. Llevando acabo

algunos experimentos que demuestren un rango amplio de viscosidad

para diferentes clases de fluidos. Teniendo nuestras muestras y una

moneda podemos observar que el jabón es más viscoso que el agua.

(MOTT 2006)El objetivo general es observar y experimentar los videos dejadas en el

aula virtual.

Unas de las conclusión más importante es que la tensión superficial es

el fenómeno en la cual la superficie de un líquido se comporta como

una película fina elástica, también concluimos que en el ensayo de la

densidad, el aceite es más denso que el alcohol porque el aceite

queda en la parte inferior y el alcohol en la parte superior de la

probeta.

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III. OBJETIVO:

1. OBJETIVOS GENERALES:

Observar y experimentar los videos dejadas en el aula virtual

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Analizar cada uno de los ensayos, viscosidad, tensión

superficial y capilaridad.

Entender aspectos básicos sobre las propiedades de los

fluidos.

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IV. MARCO TEÓRICO:

A. DENSIDAD

La densidad de una sustancia homogénea es una propiedad física

que la caracteriza y está definida como el cociente entre la masa y

el volumen de la sustancia que se trate. Esta propiedad depende

de la temperatura, por lo que al medir la densidad de una sustancia

se debe considerar la temperatura a la cual se realiza la medición.

En el caso de sustancias no homogéneas lo que obtenemos al

dividir la masa y el volumen es la densidad promedio. Por otra

parte, si se desea determinar con mayor precisión la densidad de

una sustancia liquida es común utilizar un picnómetro. Esto nos

sirve para comparar las densidades de entre líquidos diferentes,

basta con pesar el picnómetro con cada líquido por separado y

comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un

líquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura

determinada, por lo que al dividir la masa de un líquido dentro del

picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua,

obtendremos la densidad relativa del líquido respecto a la del agua

a la temperatura de medición.

Para el agua a presión estándar (760 mm Hg) y 4 °C de

temperatura, la densidad es:

Sistema Internacional de unidades: 1000 kg/m3.

Sistema Ingles: 1.94 slug/ft3.

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DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD ESPECÍFICA (S)

La densidad relativa de un cuerpo es adimensional que viene dado

por la relación del peso del cuerpo al peso del volumen de una

sustancia que se toma como referencia.

Densidad relativa = peso de la sustancia / peso del igual volumen

de agua. (VASQUEZ, 2014)

ENSAYO DE LABORATORIO DENSIDAD

MATERIALES

PROBETA

ACEITE

ALCOHOL

DATOS DE DENSIDAD DE LÍQUIDO

ACEITE DE PALMA

Tabla 1

TEMPERATURA VALOR UNIDAD MÉTODODensidad A 20°C Ca. 0.88-0.93 g/cm3 DIN 51757

(HEESS, 2011)

ACEITE Tabla 2

Densidad del alcohol (g/cm3) 0.845 ± 0.005(CAYPANE, 2013)

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PROCEDIMIENTO

1. En una probeta se vierte uno de los líquidos.

2. Luego se vierte el siguiente líquido.

3. Luego observamos que liquido está en la parte inferior y cual

está en la parte superior.

B. VISCOSIDAD:

La viscosidad de un fluido viene a ser la medida de la resistencia

que ofrecen las partículas fluidas para el desplazamiento, como

resultado de la interacción y cohesión de sus moléculas.

(VASQUEZ, 2014)

A= área

Y= altura

I= deformación de un elemento de fluido

De la geometría de la figura, vemos que:

tg =V . ty

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Figura 1 Figura 2

= Ángulo de deformación

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La longitud: l=V*t

En el caso límite de variaciones infinitesimales, queda una relación

entre la velocidad de deformación y el gradiente de la velocidad.

ddt

=dV .dy

La ecuación indica que el esfuerzo aplicado es también

proporcional al gradiente de la velocidad para los fluidos comunes.

La constante de proporcionalidad es el coeficiente de viscosidad

τ=. ddt

=. dVdy

1. FLUJO ENTRE PLACAS PARALELAS

Un problema clásico es el flujo inducido entre una placa fija

inferior y otra superior que se mueve con velocidad V, pero la

partícula inmediata inferior ofrecerá resistencia al movimiento y

será arrastrada con una velocidad ligeramente menor que la

partícula superficial, esto sucede una capa tras otra

Figura 3

Asumimos que la distribución de velocidades es lineal como se

muestra en la figura, La viscosidad de un fluido viene a ser la

medida de la resistencia que ofrecen las partículas fluidas para

el desplazamiento, como resultado de la interacción y cohesión

de sus moléculas.

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Figura 4

La fuerza está en función de la velocidad, el área y el

espaciamiento entre placas:

F=f (dV . A)dy

Luego se tiene que:

F=f (dv )

τ=. dVdy

Al término se le conoce como viscosidad absoluta o viscosidad

dinámica y generalmente se aplica cuando la distribución de

velocidades es lineal. (VASQUEZ, 2014)

2. CLASES DE VISCOSIDAD:

2.1 VISCOSIDAD DINÁMICA

Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un

esfuerzo cortante, cuya magnitud depende de la viscosidad

del fluido. Se define al esfuerzo cortante, denotado con la

letra griega τ (tau), como la fuerza que se requiere para que

una unidad de área de una sustancia se deslice sobre otra.

Entonces, τ es una fuerza dividida entre un área, y se mide

en las unidades de N/m2 (pa) o lb/pie2.

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En fluidos como el agua, el alcohol u otros líquidos

comunes, la magnitud de esfuerzos cortantes es

directamente proporcional al cambio de la velocidad entre

las posiciones diferentes del fluido.

En la figura 5 ilustra el concepto de cambio de velocidad de

un fluido con el esquema de una capa delgada de fluido

entre dos superficies, una de las cuales es estacionaria, en

tanto que la otra esta en movimiento. Una condición

fundamental, cunado un fluido real está en contacto con una

superficie de frontera es que el fluido tenga la misma

velocidad que esta. Entonces, en la figura 5 la parte del

fluido en contacto con la superficie inferior tiene una

velocidad igual a cero, ya que en contacto con la superficie

superior tiene una velocidad V. si la distancia entre las dos

superficies es pequeña, entonces la tasa de cambio de la

velocidad con posición y es lineal. Es decir, varía en forma

lineal. El gradiente de la velocidad es una medida de

cambio de la velocidad, y se define como ∆V∆Y . También se

denomina tasa cortante. (MOTT, 2006)

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 5 Gradiente de velocidad de un fluido en movimiento

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2.2 VISCOSIDAD CINEMÁTICA:

Como una convención, la viscosidad cinemática se define

como el cociente entre la viscosidad dinámica de un fluido y

su densidad. Debido a que la viscosidad dinámica y la

densidad son propiedades del fluido, la viscosidad

cinemática.

Temperatura. La viscosidad de un líquido como el jabón

varía con la temperatura. Al calentarse, el jabón se vuelve

menos viscoso y fluye con mayor facilidad, gracias al

movimiento incrementado de las moléculas que lo

componen. Dado que el aceite pasa por los motores y por

tanto se calienta todo el tiempo, cambiará constantemente

su viscosidad, lo que debe tenerse en cuenta cuando se

compra o se categoriza. (WHITE, 2005)

ENSAYO DE LABORATORIO VISCOSIDAD

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

2 vasitos descartables.

3 fluidos diferentes: jabón líquido, agua y una moneda.

Cronómetro

PROCEDIMIENTO

1. En un vaso hemos colocado jabón líquido y en el otro agua

con la misma cantidad.

2. Ya obtenido los recipientes llenos de líquido sumergimos la

moneda en el vaso con agua.

3. Procedimos a sumergir la moneda al vaso con jabón.

4. Calculamos el tiempo que demora en asentar la moneda al

fondo del vaso.

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DATOS EXPERIMENTALES

FLUIDO CANTIDAD (ml) TIEMPO (s)

JABÓN LIQUIDO 20 ml 21 s

AGUA 10 ml 0.9 s

MONEDAS 2 0

C. TENSIÓN SUPERFICIAL

DEFINICIÓN

De acuerdo con la teoría de atracción molecular, las moléculas de

un líquido que se encuentren considerablemente de bajo de la

superficie actúan una sobre otra por medio de fuerzas que son

iguales en todas direcciones. Sin embargo, las moléculas que se

encuentren cerca de la superficie tienen una mayor atracción entre

sí, que la presente entre moléculas que están inmediatamente

debajo de ella. Esto produce una superficie de líquido que actúan

como una membrana estirada. Debido a este efecto de membrana,

cada porción de la superficie de líquido ejerce “tensión” sobre

porciones adyacentes o sobre objetos que estén en contacto con la

superficie del líquido. Esta tensión actúa en el plano de la

superficie, y su magnitud por unidad de longitud se define como

tensión superficial, σ (sigma). La tensión superficial para una

superficie entre aire y agua es 0.073 N/m a temperatura ambiente.

El efecto de la tensión superficial se ilustra figura 6. (CROWE,

2007)

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Figura 6 acción capilar en un tubo pequeño

En el caso de acción capilar en un pequeño tubo aquí, el extremo

de un tubo de diámetro pequeño se coloca dentro de un depósito

de agua y la característica superficie curva del agua se presenta

dentro del tubo. La atracción relativamente grande de las moléculas

del agua para el vidrio ocasiona que la superficie del agua se curve

hacia arriba en la región de las paredes del vidrio. Entonces la

fuerza de tención superficial actúa alrededor de la circunferencia

del tubo, en la dirección indicada. Se puede suponer que θ es igual

a 0° para agua contra vidrio. Esto produce una fuerza neta hacia

arriba sobre el agua que hace el agua del tubo se eleva por arriba

de la superficie de agua del depósito. (CROWE, 2007)

Otras manifestaciones de tensión superficial incluyen el exceso de

presión (en y sobre la presión atmosférica) creado dentro de

pequeñas gotas y burbujas, la transformación de un chorro de

líquido en pequeñas gotas, y la unión en su conjunto de material

granulado húmedo, como el caso de tierra arenosa fina.

Las fuerzas de tensión superficial par algunas aplicaciones se

muestran en la figura 7. (CROWE, 2007)

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Figura 7

ENSAYO DE LABORATORIO TENSIÓN SUPERFICIAL

MATERIALES

RECIPIENTE

AGUA

PAPEL BOND

PROCEDIMIENTO

En un recipiente con agua introduciremos un trocito de

papel.

Esperamos un momento hasta que el papel este

completamente húmedo.

Observamos una pequeña “piel” estirándose bajo el peso

del papel.

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D. CAPILARIDAD:

DEFINICIÓN:

La elevación o descenso de un líquido en un tubo capilar (o en

situaciones físicas análogas, tales como en medios porosos) vienen

producidos por la tensión superficial, dependiendo de las

magnitudes relativas de la cohesión del líquido y de la adhesión del

líquido a las paredes del tubo. Los líquidos ascienden en tubos que

mojan (adhesión > cohesión) y descienden en tubos a los que no

mojan (cohesión > adhesión). (VASQUEZ, 2014)

La altura a la que se eleva o desciende un líquido en un capilar es

directamente proporcional a su tensión superficial y está en razón

inversa a la densidad del líquido y del radio del tubo.

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 9 Figura 8

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La altura a la que se eleva o desciende un líquido en un capilar es

directamente proporcional a su tensión superficial y está en razón

inversa a la densidad del líquido y del radio del tubo.

Para el caso de un tubo capilar, y de acuerdo a la figura, podemos

hacer una sumatoria de fuerzas e igualarla a cero para obtener la

altura que se elevaría un líquido en el tubo capilar.

Tenemos que considerar el peso del líquido que será igual al peso

específico del mismo por el volumen que ocupa, así como la fuerza

que se contrapone a éste peso, que es la fuerza debida a la tensión

superficial.

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 10

Figura 11

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Aplicando la condición de equilibrio para fuerzas verticales,

tenemos:

∑ Fy=0 ⇒ ( π . r2 ) .H . γ−2. π .r .σ .cos α=0

Entonces:

H=2 .σ . cos αγ . r

NOTA: Si el tubo está limpio, el ángulo θ es 0° para el agua y 140°

para el mercurio. (VASQUEZ, 2014)

TUBO CAPILAR:

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 12

Figura 13

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Un tubo capilar es una conducción de fluido muy estrecha y de

pequeña sección circular. Su nombre se origina en similitud con el

espesor del cabello, y es en estos tubos en los que se manifiestan

los fenómenos de capilaridad.

Por su parte, estos pueden estar hechos de distintos materiales

como vidrio, cobre, aleaciones metálicas, etc., conforme el uso y

aplicación. (GONZALEZ ESCOBAR, s.f.)

ENSAYO DE LABORATORIO CAPILARIDAD

MATERIALES:

Ladrillo

Agua Potable

Cronometro

Tina

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 15

Figura 14

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Regla

PROCEDIMIENTO:

Primero ponemos agua en la tina a una cierta cantidad.

Ponemos el ladrillo en la tina con agua para ver qué

cantidad de agua absorbe por los tubos capilares.

Controlamos el tiempo con el cronometro 2 minutos para

ver qué cantidad de agua absorbió.

Medimos con una regla la capilaridad del ladrillo que

absorbió el agua por los tubos capilares.

1. CICLO DEL AGUA:

Con seguridad es el ciclo más conocido de todos, puesto que

resulta evidente su circulación permanente ante nuestros ojos y

se define como el proceso de cambio en la ubicación y el estado

físico del agua (solido, líquido y gaseoso) en el medio,

incluyendo los seres vivos, aunque estos últimos tienen un papel

“despreciable” en el ciclo del agua que se da de manera natural,

funcionando esencialmente gracias a la energía solar.

(GONZÁLEZ, 1995)

El movimiento del agua a través de las diversas fases del ciclo

hidrológico es muy complejo, dada su naturaleza errática en lo

temporal y espacial. (DAVIS, 2005).

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 16

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El agua de los océanos es la reserva más grande, la

atmosfera la reserva más pequeña y las reservas más

grandes de agua del subsuelo son los mantos acuíferos,

estratos porosos del subsuelo, a menudo de piedra caliza,

arena o grava, limitados por rocas impermeables o barro que

retiene el agua, como si fuesen una tubería gigante o una

gran cisterna. (ODUM, 2006.)

Y es precisamente en la reserva más grande “los océanos” en

donde empieza y termina este ciclo.

De manera simple podemos mencionar que las

consideraciones básicas de este ciclo son:

1. La radiación solar promueva la evaporación.

2. El enfriamiento de las masas de aire húmedo promueven

la condensación del vapor de agua, acción contraria a la

evaporación, es decir el vapor se transforma en gotas

(estado líquido).

3. Para que el agua retorne a la atmosfera, puede seguir

infinidad de rutas.

El ciclo del agua incluye la evaporación, transpiración,

condensación, precipitación e infiltración de este líquido.

EVAPORACIÓN.

Esta etapa del ciclo del agua consiste en la conversión del

agua líquida a vapor, de esta forma, el agua alcanza la

atmósfera. El agua se evapora de los océanos, de las aguas

continentales y de las plantas (transpiración). Solo en los

océanos hay aproximadamente siete veces más evaporación

que desde la superficie terrestre. (GONZÁLEZ, 1995)

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TRANSPIRACIÓN:Es otra vía por la cual el agua pasa a la atmósfera, a diferencia

de la evaporación, la transpiración es realizada por las plantas

y es el proceso por el que las plantas emiten agua por medio

de sus estomas pequeños orificios en el anverso de las hojas

que están conectados por el tejido vascular.

Ocurre principalmente durante la fotosíntesis, cuando las

estomas de las hojas están abiertas para la transferencia de

dióxido de carbono y oxígeno. (MASTEN, 2005)

CONDENSACIÓN:

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 17. La evaporación es el proceso por el cual el agua de los océanos y de la tierra se convierte en vapor de agua y penetra en la atmosfera y en forma de gas. La evaporación de las plantas se denomina transpiración,

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Una vez en la atmósfera, por el decremento de la temperatura,

el agua se condensa, es decir, se vuelve líquida nuevamente,

esas gotas van formando nubes, cuando una nube está lo

suficientemente saturada, precipita.

ESTADOS DEL AGUA:

Podemos encontrar agua en la Naturaleza de tres formas

distintas. Estas formas se llaman estados del agua.

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Figura 18. Condensación. El vapor de agua se enfría a medida que se eleva

Figura 20

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LOS CAMBIOS DE ESTADOCuando el agua se calienta o se enfría mucho puede llegar a

cambiar de estado. ¿Qué pasa, por ejemplo, cuando metemos

agua en el congelador? ¿Y, cuándo ponemos una cazuela con

agua en el fuego?

Microsoft® Encarta® Online 2009)

MECÁNICA DE FLUIDOS

Figura 21

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V. GLOSARIO:

PICNÓMETRO: Es un instrumento sencillo cuya característica

principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes

líquidos en su interior.

CAZUELA: bandeja plana que sirve para transportar material

ERRÁTICA: que no se puede predecir

SLUG: El slug se define como la masa que se desplaza a una

aceleración de 1 ft/s² cuando se ejerce una fuerza de

una libra sobre ella. De la ecuación F=ma "despejando" m=F/a

tendríamos lo siguiente: 1 unidad de masa = unidad de fuerza / unidad

de aceleración.

ÁTOMO: es la cantidad menor de un elemento químico que tiene

existencia propia y que está considerada como indivisible.

(CORREA,2002).

PERCOLACIÓN: se refiere al paso lento de fluidos a través de

materiales porosos. (CROW-2007).

SOLUBILIDAD: Capacidad de una sustancia o un cuerpo para

disolverse al mezclarse con un líquido. (CROW-2007).

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VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

observamos en el ensayo de densidad que el aceite es más denso que

el alcohol por que el aceite queda en la parte inferior el alcohol en la

parte superior de la probeta.

Llegamos a comprender que shampoo es más viscoso que el agua ya

que la moneda demoro un mayor tiempo en asentarse en el sampoo

ya que a más velocidad menos viscosidad.

Observamos algunas propiedades de la tensión superficial generadas

en el experimento de laboratorio por tal motivo el papel pudo flotar.

observamos que el ladrillo mediante un cierto tiempo el agua

absorbida por una cierta cantidad, ascendido por la presencia de los

tubos capilares en el ladrillo.

Estudiamos aspectos básicos sobre las propiedades de los fluidos.

RECOMENDACIONES Se recomienda a los alumnos que debemos utilizar el EPP

adecuadamente

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VII. BIBLIOGRAFÍA

Castellan, G. W. (2005). Fisicoquímica. MEXICO: PEARSON.

CAYPANE, N. F. (SEPTIEMBRE de 2013). GOOGLE. Obtenido de http://www.academia.edu/5699869/Densidad_1_

CROWE, C. (2007). MECANICA DE FLUIDOS. MEXICO: PATRIA.

GILES, R. V. (1969). MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA. PANAMA MEXICO.

GONZÁLEZ. (1995). Obtenido de http://www.capa.gob.mx/cultura/pdfs/ciclo_agua.pdf

GONZALEZ ESCOBAR, F. (s.f.). GOOGLE. Obtenido de http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Capilaridad.html

HEESS, G. (27 de 06 de 2011). GOOGLE. Obtenido de http://gustavheess.com/pdf_esp/1101seg.pdf

JENKINS. (s.f.). google. Obtenido de http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/9497648/Informe-sobre-el-agua-hecho-por-mi.html.

MARTINEZ, M. (s.f.). GOOGLE. Obtenido de http://www.monografias.com/trabajos14/propiedades-agua/propiedades-agua.shtml#ixzz3xWRe4tdy

MOTT, R. (2006). MECÁNICA DE FLUIDOS. MÉXICO: PERSON.

VASQUEZ, L. (SEPTIEMBRE de 2014). AULA VIRTUAL. Obtenido de https://aulavirtual.upn.edu.pe/

WHITE, F. M. (2005). MECÁNICA DE FLUIDOS V ED.

ZEMANSKY. (2006). FISICA UNIVERSITARIA. MEXICO: PEARSON EDUCACION.

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VIII. PANEL FOTOGRÁFICO

Integrantes de grupo

Material para ensayo de densidad

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Ensayo de densidad

Ensayo de capilaridad

Resultado final de la densidad del aceite y el alcohol

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Ensayo de capilaridad

Ladrillo sumergido

Resultado después de dos minutos

Ensayo de tención superficial

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Resultado del ensayo de tensión superficial

Ensayo de viscosidad

Resultado del ensayo de viscosidad

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