Hidrostática

Hidrostática

La hidrostática o estática de fluidos es la parte de la física que estudia los fluidos en reposo.

Se denominan fluidos los cuerpos que no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma de la vasija que los contiene, son líquidos o gases.

Los líquidos tiene forma variable, volumen constante, son poco compresibles, y ejercen, a causa de su peso, presiones sobre las paredes del recipiente que los contienen.Se deforman con facilidad y su superficie libre tiene forma definida. Los gases no tienen volumen constante y son fácilmente compresibles.

Bibliografía:

Serway-Faughin.Física. Editorial Pearson Educación- Cualquier edición.

Cromer A. Física para las Ciencias de la Vida. Editorial Reverté.

Kane J.W. Física. Editorial Reverté.

Wilson - Buffa. Física.

Schaum- Física general.

Serie Schaum, capítulo 13, fluidos en reposo ( pág 132)  recuperado de:

https://higieneyseguridadlaboralcvs2.files.wordpress.com/2013/08/fc3adsica-general-10ma-edicic3b3n-schaum.pdf

Actividad
1a) Elabora un mapa conceptual sobre Hidrostática:
Contenidos mínimos: presión, principio de Pascal, prensa hidráulica, densidad, presión manométrica, presión absoluta, volumen, principio de Aequímedes. Ecuaciones y unidades.( luego agregaran la parte de hidrodinámica)

1b) Del siguiente link de Khan Academy: https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids

leer ¿Qué es la presión?
Extrae los conceptos fundamentales

Luego del  link:

 http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.html

Estudiaran diversos conceptos: presión en sólidos, presión en fluidos, Principio de Pascal, prensa hidráulica y presión atmosférica.

Presión en sólidos:

Ingresa al link y trabaja con la pestaña: "concepto de presión"

1- Imagina que colocas una tachuela entre  el pulgar y el dedo índice, aprietas la tachuela y el extremo agudo de la misma, causa dolor, no así  el extremo plano. De acuerdo al principio de acción-reacción, ¿ cómo son las fuerzas que se ejercen sobre el pulgar y sobre el dedo índice?  Sin embargo, la presión en el extremo agudo de la tachuela es mucho mayor que la presión en el extremo plano, ¿ a qué se debe? Defiende tu respuesta.

2- El concepto de fuerza es uno y el de presión, otro muy distinto,¿ cuál es la diferencia?

3-a) ¿ Es lo mismo área y superficie?

b) Anota la ecuación para hallar el área de un cuadrado, de un rectángulo, de un círculo.

4- Realiza la actividad sobre presión propuesta en el link, comprueba si el valor es correcto.

5-a) ¿Cuánto vale la presión ejercida por la nieve sobre los esquíes de un esquiador de 80 kg que se desliza por una pendiente de 20 °? En primer lugar realiza un esquema y determina la componente de la fuerza de gravedad perpendicular a la pendiente. El área de los dos esquís juntos es de 0,30 m2. Rta: 2460 Pa

b)Hallar  la  presión que ejerce una caja de 5 Kg de dimensiones 10 x 25 x 40 cm cuando lo

      apoyamos en la más pequeña de sus caras

6- A continuación es importante que recuerdes el concepto de densidad, para ello realiza las actividades propuestas en el siguiente link: 

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/temperatura.htm

( trabajar con las pestañas: masa, problema, volumen y densidad)

6-b) La densidad del agua en el SI es 1000 kg/m3, exprésalo en g/cm3

c) La masa de 3 L de etanol es 2367 g. ¿ Cuál es la densidad del etanol?¿ Cuál es la masa de 5 cm3 de etanol?

Presión hidrostática

7- Ahora trabaja nuevamente con  link:

  http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.html  

 Segunda pestaña: "P. fundamental de la estática de los fluidos"

8- Interpreta y desarrolla la ecuación de presión hidrostática (en los fluidos): Ph= d g h

9- En dónde es mayor la presión hidrostática, en una jarra a 5 cm de profundidad o en un lago a la misma profundidad. Justifica 

10- ¿ La presión en el interior de un líquido, depende de la cantidad de líquido que hay en el recipiente, depende de la forma del recipiente?

11- Dos recipientes contienen respectivamente 5000 L y 100 L de agua. En ambos se sumerge un cuerpo a una profundidad de 1 m. ¿ Soportan igual a distinta presión? Justifica.

Unicoos

https://www.youtube.com/watch?v=zCznNbqadio

Principio de Pascal

12- ¿Qué expresa el principio de Pascal?

13- Un tubo en forma de U (vasos comunicantes) permite hallar, por ejemplo la densidad de uno de los líquidos inmiscibles, conociendo la del otro, interpreta y anota la ecuación correspondiente.

Tubos en U. Presión manométrica.

Tubo en U. Vasos comunicantes y líquidos inmiscibles.Recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=IywFNF8ai1U

FISICA Hidrostatica -TUBO en U- BACHILLERATO Principio de Pascal fluidos. Unicoos.recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=DcdgGN69BCM

Estática de fluidos - Cálculo de la Diferencia de presiones: recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=ZuGM4Xqni5o

14- Una de las aplicaciones del Principio de Pascal es la prensa hidráulica, analiza y anata su ecuación.

b) Realiza la actividad propuesta en el link para elevar el elefante.

15- Una prensa hidráulica posee émbolos de 6 cm y 20 cm de diámetro respectivamente. Realiza un esquema de la prensa hidráulica. a) Calcula la superficie de cada émbolo,b)¿ Qué fuerza debe realizarse sobre el émbolo menor para mantener el sistema en equilibrio , cuando sobre el émbolo mayor se ubica un cuerpo que pesa 15000 N? c)¿Qué presión se logra aplicar sobre el émbolo menor?d) Cuál es el valor de la presión en el émbolo mayor? Justifica. e)Si el émbolo menor se hace descender 50 cm, ¿ qué volumen de agua desplaza? (recuerda la ecuación de volumen de un cilindro) f) Sabiendo que el volumen de agua calculado en el punto anterior, ocupa el tubo del émbolo mayor, ¿qué altura se eleva el émbolo mayor?

Prensa hidráulica. Unicoos, recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=QV0Iw0fdIWY

Presión atmosférica

16- A continuación trabaja con la tercer pestaña: "midiendo la presión"

Link:  http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.html  

17- ¿Aproximadamente, cuántos kg de aire hay en un salón de clases cuyo piso tiene un área de 200 m cuadrados y cuyo techo está a 4 m de altura? Sabiendo que la densidad del aire es 1,2 kg/m3. ¿Cuánto pesa ese volumen de aire?

18- ¿A qué se debe la presión atmosférica?

19- ¿Por qué la presión de la atmósfera no rompe los vidrios de la ventana?

20- Define presión atmosférica normal.

21- ¿Cómo determinó Torricelli el valor de la presión atmosférica normal? Analiza como se obtiene la unidad de presión.

22-a- Si existiese un líquido  dos veces más denso que el mercurio y se utilizase para construir un barómetro, ¿ qué altura tendría la columna?

b- Explica la diferencia entre presión absoluta y presión manométrica.

c-El cerro tronador se encuentra a 3491 m de altura , ¿qué valor tiene la presión absoluta allí?

d-En el océano Pacífico se encuentra  el abismo de Challenger al sur de las fosas de las Marianas,a una profundidad de 10994 m. Determina el valor de la presión absoluta a esa profundidad.23- ¿Cómo funciona un barómetro?

24-¿ Es constante el valor de la presión atmosférica?

Principio de Arquímedes

1) Trabajar con el siguiente link: http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/eureka.html (el índice de contenidos se ubica en el lateral izquierdo)

2) ¿Qué expresa el principio de Arquímedes? ¿ Cómo se obtiene la ecuación de empuje? ( interpreta y deduce la ecuación de dos formas diferentes, a partir de las fuerzas F1 y F2; luego interpretando el enunciado E = Peso  del volumen de líquido desalojado)

3) Clic en EMPUJE, realiza la experiencia y anota como se determina el peso aparente de un cuerpo sumergido en un fluido.

4) Anota cuando un cuerpo flota o se hunde, comparando peso del cuerpo y el empuje.

5)  Clic en EXPERIENCIAS y realiza desde la 1 a la 5,

a) ¿El empuje depende del tipo de material del cuerpo sumergido?

b) ¿El empuje depende del volumen del cuerpo sumergido?

c) ¿El empuje depende de la forma del cuerpo sumergido?

d) ¿Depende de la densidad del líquido en donde se sumerge el cuerpo?

e) ¿El empuje cambia a medida que el cuerpo se ubica a mayor profundidad en un líquido?

extrae una conclusión en cada una de ellas.

6)Se tiene un cubo de aluminio cuya densidad es de 2700 kg/m3, de 2 cm de arista. calcular:

a) su volumen, b) el empuje que recibe cuando se lo sumerge en aceite, densidad 900 kg/m3, c) el peso del cuerpo en el aire, d) el peso del cuerpo sumergido en aceite.

7-Un prisma de hierro, densidad 7800 kg/m³, de 10 cm de ancho por 30 cm de largo y 5 cm de altura, se coloca en agua, densidad 1000 kg / m³. a)Compara las densidades, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta. b) Ahora calcula el peso del cuerpo y el empuje que recibe el cuerpo, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta.

8- Con 0,83 N de Zinc, densidad 7100 kg/ m³, se construye un cuerpo que ocupa un volumen de 80 cm³. Si se coloca este cuerpo en agua de mar, densidad 1030 kg/m³. Compara las densidades, ¿flota o se hunde? Defiende tu respuesta.b) Calcula el empuje que recibe el cuerpo. Compara el peso y el empuje ¿flota o se hunde? Justifica.

Proyecto G: la ciencia de la presión

https://www.youtube.com/watch?v=SFcLbAe1P1w 

Proyecto G: Presión atmosférica

 https://www.youtube.com/watch?v=d7xvPQMrMdo

Unicoos: Principio de Arquímedes, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=scO9JARtW4s

2)Introducción de la hidrostática (video)recuperado de:
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrostatica/introduccion-a-la-hidroestatica-video

3)Principio de Pascal, recuperado de:
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrostatica/principio-de-pascal-video

https://www.youtube.com/watch?v=q32BKfuXDU0

4)Principio de Pascal, transmisión de fuerzas en líquidos, recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=Uxo8ZckoLV0

5)Prensa de Pascal, recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=-Vj918UdJFE

Densidad, recuperados de:

Densidad 1 ( alcohol, agua y mercurio)
https://www.youtube.com/watch?v=WxxE0piXF7A

Densidad 2 (Agua , solución ácida, solución salina)

https://www.youtube.com/watch?v=L5_q6REfAJY

Densidad 3 ( agua, leche, alcohol, vino)

https://www.youtube.com/watch?v=GiaknYQETy4

Densidad patrón: el agua

https://www.youtube.com/watch?v=BgDEEV0TkGs

Laboratorio virtual sobre densidad, recuperado de:
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/densidad.htm

Densidad del aire recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=TL-bbchI8hA



6)Presión hidrostática: Germán Rodríguez Ojeda,recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=G6hvhfhUoAg

Caída de agua a diferentes alturas, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=JFt94aSfGgM

7)Vasos comunicantes, recuperado de:
https://www.youtube.com/watch?v=wUKZk0WWZzQ



Principio de Arquímedes, recuperado de:
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrostatica/principio-de-arquimedes-1-video
¨
Principio de Arquímedes II, recuperado de:
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrostatica/principio-de-arquimedes-2-video

Sitio interactivo, recuperado de:
http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/eureka.swf

http://labovirtual.blogspot.com.ar/p/fisica.html

http://biofisica-ual.blogspot.com.ar/p/unidad03.html

1)Sitio interactivo, recuperado de:
http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/presion.html

Sitio interactivo sobre Priquímedes, recuperado de:

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/eureka.html

Tubos en U. Presión manométrica.

Tubo en U. Vasos comunicantes y líquidos inmiscibles.Recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=IywFNF8ai1U

FISICA Hidrostatica -TUBO en U- BACHILLERATO Principio de Pascal fluidos. Unicoos.recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=DcdgGN69BCM

Estática de fluidos - Cálculo de la Diferencia de presiones: recuperado de:

https://www.youtube.com/watch?v=ZuGM4Xqni5o

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica

Física

Guía 5

Hidrostática

1) En un recipiente cúbico de 10 cm de lado se encuentra un gas a la presión de 15 atm, si la presión exterior (atmosférica) es de 750 mm Hg, hallar: a) la fuerza que soporta la pared del recipiente debido al gas interior, b) la fuerza que soporta  debido a la atmósfera. c) la fuerza neta perpendicular a la pared del recipiente y dirigida hacia afuera. Rta: 1,519.10⁴ N; 1.10³ N; 1,419.10⁴ N.

2) Calcular la presión que ejerce sobre su base un cilindro de oro de 20 cm de alto. Densidad del oro 19,3 g/cm³. Rta: 0,37 atm.

3) Si la presión manométrica del agua en la tubería a nivel del depósito de un edificio es de 500 kPa, ¿a qué altura se elevará el agua? Rta: 51 m.

4) Estimar la diferencia de la presión hidrostática, debida a la sangre, entre la cabeza y el corazón, el corazón y los pies, la cabeza y los pies, de una persona que mide 1,75 m de altura, para distintas posiciones: de pie, acostada. Densidad de la sangre: 1,06.10³ kg/m³. Rta: 13,5 cmHg; 3,2 cmHg; 10,3 cmHg, a cargo del alumno.

5) Al desplazarse en ascensor de un piso a otro de un edificio, una persona experimenta en su oído una fuerza neta hacia afuera debido a una disminución de la presión externa (suponiendo constate la presión detrás del tímpano), dicha fuerza vale 0,025 N y el tímpano tiene un área de 0,5 cm². Suponiendo que el aire es un fluido incompresible, cuya densidad es de 1,2 g/l, determinar la distancia recorrida por el ascensor y el sentido del movimiento. Rta: 41,7 m;

6) Dos vasos A y B contienen agua en equilibrio. El vaso A tiene una base de 2 cm² y contiene agua hasta 10 cm de altura. El B, tiene una base de 4 cm² y la altura de agua es de 5 cm. ¿Cuál es la presión debida al peso del agua en cada a 4 cm de profundidad? ¿Cuál es la presión generada por el agua en el fondo de cada vaso? Rta: 400 Pa, 1000 Pa; 500 Pa.

7) En el tubo en U abierto como se muestra en la figura, hay dos líquidos inmiscibles de pesos específicos ρ₁ y ρ₂. Si h₁ = 2 cm y h₂ = 3 cm y el líquido de la izquierda es agua¿Cuánto vale ρ₂? Peso específico del agua 1 gf/cm³. Rta: 0,66 gf/ cm³.

8) Los diámetros de los émbolos grande y pequeño de un elevador hidráulico son 24 y 8 cm, respectivamente. a) ¿Cuál es el módulo de la fuerza que debe aplicarse al émbolo más pequeño para mantener en equilibrio un automóvil de 1000 kg colocado sobre el émbolo grande? b) Si el émbolo grande asciende 5 cm, ¿Cuánto desciende el émbolo pequeño? Rta: 1111 N, 45 cm.

9) Tenemos una prensa hidráulica, las superficies de sus secciones son 50 cm² la del pistón pequeño y 250 cm² la del pistón grade. Con ella queremos levantar una masa de 400 kg. a) ¿Qué fuerza tiene que realizar el operador de la prensa? b) ¿Dónde debe colocar el objeto de 400 kg? c) Si la máxima fuerza que puede realizar fuese de 700 N, ¿Podrá levantar el objeto?.

10) El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N. ¿Cuál es el radio de éste émbolo?

11) El tubo de la figura está cerrado por el extremo de la ampolla y abierto en el otro, y tiene mercurio alojado en las dos asas inferiores. Los números indican las alturas en milímetros. Si la presión atmosférica es de 760 mmHg. ¿Cuánto vale la presión en el interior de la ampolla? Rta: 540 mmHg.

12) Se dispone de un tubo en U de ramas iguales y lleno de mercurio hasta 50 cm de los bordes. La presión atmosférica es de 75,5 cmHg. Se obturan ambas bocas y en una de ellas se conecta una bomba de vacío? (Suponga que no hubo cambios de temperatura) Rta: 25,1 cm.

13) Se sumerge un cuerpo de forma irregular y material homogéneo pero de densidad desconocida en alcohol  (δ_alcohol = 1,2 g/cm³) y en agua (δ_agua = 1 g/cm³) obteniendo pesos aparentes de 2,3 N en agua y 2,5 N en alcohol. Determine: a) El peso del cuerpo, b) La densidad del cuerpo. Rta: 3,3 N; 3300 kg/m³.

14) Un cilindro hueco de altura 4 L flota en el agua como se muestra en la figura 1. La figura 2 muestra al mismo cilindro después de habérsele introducido un lastre que pesa la quinta parte del peso del cilindro. Entonces, la altura de la porción de cilindro que sobresale de la superficie del agua será:

a)      L/5        b) 2L/5       c) L/2      d) 3L/5       e) 3L/4       f) L/6

15) En el equilibrio, el objeto flota con sólo una parte de su volumen sumergida, en donde la fuerza de empuje es igual a la fuerza de gravedad. a) ¿Cuál es la expresión matemática que permite hallar la fracción del volumen del objeto que está sumergido?

b) La densidad del hielo es 920 kg/m³ mientras que la del agua de mar es 1025 kg/m³. ¿Qué fracción de un iceberg se halla sumergida?