1 HIDRÁULICA

1.1 FLUIDOS

Cuando hablamos de fluidos, necesitamos tener en cuenta ciertas ramas de la física como son la mecánica de los mismos y la hidráulica,  la primera se relaciona con los principios de la mecánica general aplicados en el comportamiento de los fluidos  ya sea en reposo o en movimiento y la segunda es  aquella área de la física que nos ayuda a entender el movimiento de los líquidos y estudia la obtención de mejores métodos para el aprovechamiento de los líquidos; en esta encontramos dos subramas que son la hidrostática y la hidrodinámica donde en ambas tenemos como “HIDRO”: agua, en la primera “ESTÁTICA” significa: reposo, y en la segunda “DINAMICA”: movimiento.

Para todo esto debemos conocer que FLUIDO no solo se refiere a los líquidos sino a toda sustancia que tenga la capacidad de fluir, así entonces entendemos que fluidos abarca tanto a líquidos como a gases, y a pesar de esto ambos tienen sus diferencias que veremos a continuación.

1.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS

También tenemos ciertas características de los líquidos y los gases que los hacen particulares a cada uno, como la capilaridad que es como decir cuando el líquido se filtra sobre la superficie que se encuentra; la adherencia la encontramos cuando se unen el líquido con una  superficie sólida; la cohesión nos adentramos a las moléculas de una sustancia y  vemos que se mantienen juntas; la tensión superficial es cuando se forma la capa elástica en la superficie de cualquier líquido, por ello cuando ciertos cuerpos menos densos como una hoja de un árbol cae al agua flota sobre la superficie de esta debido a la tensión superficial; viscosidad entendemos como la resistencia a fluir, y se dice que es viscoso un líquido cuando es más consistente de lo normal.

En cambio en los gases tenemos características como la expansión que debido a sus partículas en movilidad tornan a tomar la forma y el volumen de donde se encuentren; la presión es como decir la fuerza que ejercen las partículas contra las paredes que los contengan; densidad es lo que resulta de la masa conforme a su volumen, suele ser menor la densidad de los gases que la de los líquidos y los sólidos; comprensión es la reducción de espacios intermoleculares, por ello es que los gases lo podemos “guardar” en ciertos recipientes como los tanques, que pueden ser tanques de oxígeno, de gas, entre otros, la difusión es cuando una gas se dispersa para ocupar un espacio.

1.4 DENSIDAD DE LOS LÍQUIDOS

En los líquidos se encuentra dos tipos de densidad, la absoluta y la relativa, en la primera se toman dos aspectos que son la masa y el volumen del líquido a tratar, donde su fórmula es ρ = m/v; en la segunda se toma la ρ de la sustancia dada con respecto a la ρ de otra sustancia, generalmente la del agua, donde su fórmula es δ = ρ sustancia/ρ agua.

Para ejemplificar la densidad realizamos un experimento donde se tomó como materiales dos vasos con agua, solo que a uno se le agregó cierta cantidad de sal, entonces al momento de meterles un huevo crudo a cada uno, pudimos notar como el que tenía sal flotaba, debido a que sobre el huevo actúan dos fuerzas, su peso y empuje, entonces comprobamos que si el peso es mayor que el empuje, el huevo se hunde, en este caso sufre lo contrario ya que es más denso el solvente, y los cuerpos con menor peso llegan a flotar, como el huevo, y si son iguales, queda en medio

PROBLEMA DE DENSIDAD.

·       
  El acido de los acumuladores tiene una densidad relativa de 1.285 y el 38% de su peso pertenece al acido sulfúrico de los acumuladores ¿Cuál es la masa del acido sulfúrico que se encuentra contenida en 1 L. del acido del acumulador?

DATOS                                                  FORMULA                                  

δ = 1.285 g/cm³                                δ = ρSustancia/ρAgua            

v = 1L = 0.001 m³                             ρ = Masa/Volumen                  

m= ?    
                                                                 

SUSTITUCION
1.285g/cm³  = Masa/0.001cm³
1,285kg (0.001m³)= 1.285kg/m³
1.285(0.38%) = 0.4883 Kg

RESULTADO

m = 488.3 g.
1.4.4 PESO ESPECÍFICO

Es el cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa.

Calcular la masa y el peso especifico de 1500 Litros de gasolina. La densidad de la gasolina tiene un valor de 700 Kg/m3 

V= 1500 L.                                1m3 =  1000 L. = 15 m3

                                         ρgas = 700 Kg/m ^[3]                                

                                         γgas = ρgas ·   ^g

^{g= 9.81 m/s2.}            γ= 700 Kg/m3 (9.81 m/s3)

^m =?                         γ= 6867 N/m3

 γ= ?

                                ρ= m/v    m=ρgas V = (700 Kg/m3)(15m3) 
                                m = 10,500 Kg

                             1.5 PRESIÓN

La presión es una magnitud física escalar que mide la fuerza aplicada por unidad de la superficie. En el sistema internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina Pascal (Pa). Hay que tener en cuenta que  a mayor fuerza aplicada, mayor presión, y a mayor área menor presión

1.6 INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN

PRESIÓN DE LOS FLUIDOS

  

Blaise Pascal, matemático, físico y filósofo francés del siglo XVII enuncio el siguiente principio:

Un fluido ejerce presión tanto en las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene como también sobre en la superficie de cualquier otro objeto sumergido en el, a esta presión le llamamos presión hidrostática con la cual sabemos que al aumentar ésta, la profundidad es mayor

La presión aplicada a un punto de un fluido estático e incompresible encerrado en un recipiente se transmite integralmente a todos los puntos del fluido.

Aquí encontró que la presión en un fluido es perpendicular a cualquier superficie en contacto con el fluido sea cual fuere su oposición y orientación.

A demás que en cualquier punto dado dentro del fluido la magnitud de la presion depende de la profundidad y no de l volumen total del fluido.

PROBLEMA

Un cuerpo de 120 Kg está soportado por 2 columnas de 45 cm de diametro. Encontrar la Presion que ejercen las columnas sobre el piso.

    A= π r²

A= π D² / 4

A= (3.1416)( .45) ²  / 4 = 1590.43 cm²  = .159 m²

W = mg =  (120 Kg) (9.81 m/s² ) = 1,177.2 N.

A= ( 0.16 m²)(2) = 0.32 m²  

P= F/A   

P = 1177.2 N / 0.32 m²

P = 3678.65 Pa.

1.7 PRINCIPIO DE PASCAL

De este tema nosotras aprendimos que el físico francés Blaise Pascal descubrió que los fluidos transmiten presiones, ya que el principio que estableció nos hace comprender que un fluido en reposo, al estar dentro de un recipiente, el cambio de presión se reparte por todo el fluido y es igual en todas sus partes.

Para entender mejor este tema se hizo un experimento donde se utilizo un brazo hidráulico y pudimos observar que se ocuparon jeringas con agua, para cuando se generara presión buscara salida, entonces del otro lado estaba comunicada con otra jeringa donde se alzaba por el empuje del agua, generando que se alzara el brazo y en la mano de éste estaba el agua

También se hizo un experimento de una pluma en una botella con agua donde si esta era presionada se sumergía

Para ejemplificar vamos a poner un problema acerca del principio de Pascal

·                       En el interior de un submarino localizado a una profundidad de 50m se mantiene una presión igual a la atmosférica al nivel del mar. Encontrar la fuerza que actúa sobre una ventana cuadrada de 20cm de lado. Tomar la densidad del mar: 1.03x10³kg/m³

presión atmosférica: 1.013x10⁵Pa 
P=F/A      F=P.A
F₁=P.A= (505,215Pa)(0.04m²)=20,208.6N

Ph: P.g.h                                                                               F₂=P.A= (101,300Pa)(0.04m²)=4052N

Ph: (1030 kg/m³)(9.81m/s²)(50m)

Ph: 505,215 Pa

           ΣF= F₁-F₂

                              ΣF=20,208N+4052N

                   ΣF=16,156.6N

1.8 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Por medio de este tema aprendimos que se presenta empuje hacia arriba en un cuerpo cuando se sumerge en un fluido, y este empuje es igual al peso del fluido desalojado

E= ρ fluido. g. Vcuerpo

Sabiendo esto se deduce que: al tener mayor empuje que masa el objeto sumergido flota y por el contrario, al ser mayor la masa que el empuje, el objeto se hunde.

Para entender mejor este tema se hizo un experimento con vasos de agua y cápsulas que contenían diferentes materiales como el oro, aluminio, corcho, aceite, agua, plata. Cada uno se sumergía conforme a la densidad del liquido (agua y aceite) y al peso del material

Ahora para ejemplificar el principio de Arquímides realizaremos un problema:

Ø  Un tronco de madera de ρ= 430kg/m³ y de las siguientes dimensiones: D= 40cm, h= 60cm. Sumergido a 3/4 partes de su volumen en un líquido de peso específico igual a 10100N/m³. Calcular el peso aparente del tronco.

A=ᴫD²/4 =ᴫ(.4m)²/4= 0.126m²

V desplazado= A.h= (.126m²)(.45m)= .56m³

E= ρ liq. g. V                                                     
E= (10,000 n/m³)(.056m³)                                      
E= 565.6N

                                                                         
V_t= (.126m²)(.6m)

V_t= .075m³ 

W= ρ. g. V                                                   Wap= W_t-E

W=(430kg/m³)(9.81m/s²)(.075m³)                   Wap= 565.6N-316.4N

W= 316.4N                                                   Wap= 249N                       

CONVERSIÓN DE UNIDADES DE UN SISTEMA A OTRO

Debido al hecho de que contamos con diversos sistemas de unidades, en ciertas ocasiones es necesario pasar de uno al otro, por ello se necesita saber convertir estas unidades de medida, ya que en los diversos problemas que se trataran será indispensable el saber convertir dichas unidades para ello necesitamos conocer sus equivalencias, entre las más utilizadas tenemos :

v  1cm² = 1x10^-4m²

v  1m = 100cm

v  1m³ = 1x10⁶cm³

v  1m³ = 1000lt

v  1cm³ = 1ml

v  1lt = 1000cm³

v  1ft = 30.48cm