U N I DA D N ° 3F Í S I C A

P R O F. G O N Z Á L E Z , C A R O L I N AT E C N I C AT U RA S U P E R I O R E N S E G U R I DA D

H I G I E N E Y M E D I O A M B I E N T E

HIDROSTÁTICA

FLUIDOS

Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidezLiquido

s Gaseosos

FLUIDOS

• Tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. Se caracterizan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptan el recipiente que lo contienen. • Los Líquidos, son difícilmente compresibles,

poseen volumen propio, mientras que los gases son compresibles ( capacidad de disminuir su volumen al ser sometido a fuerzas), ocupan la totalidad del volumen del recipiente que lo contiene

HIDROSTÁTICA

• La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.

PRESIÓN

• La presión se define como la fuerza aplicada por unidad de área. Matemáticamente se expresa con la siguiente fórmula:

Ph= h.Pe

• Unidades: Las unidades de los tres sistemas métricos son:

• La unidad del sistema C.G.S. ( dina / cm 2 ) se la denomina baria y a la unidad del M.K.S. (N/m 2 ) se la denomina Pascal . una unidad muy utilizada es el Bar que equivale a 1 millon de barias.

• Equivalencias entre los tres sistemas: la siguiente igualdad establece la equivalencia entre las unidades de los tres sistemas vistos:

• 1 Kg/m 2 = 9.8 N/m 2 = 9,8 Pascal= 98 dyn / cm 2 = 98 baria•  Otras Unidades: • Hectopascal 1Hpa= 100Pa Psi(libra sobre pulgada cuadrada)

1Psi=6894,75 Pa• Bar 1bar=100.00Pa Milibar 1milibar= 100pa=1Hpa

TEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTÁTICA

• " La diferencia de presión entre dos puntos de una masa líquida en equilibrio, es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de nivel entre ambos puntos”• P b – P a = Pe.h• [Pe] = g / cm 3 • [ h ] = cm 2 • [ P ] = g.cm/cm 3 = g / cm 2

• 1. Todos los puntos situados a igual distancia de la superficie libre de un líquido, o sea, los situados en el mismo plano horizontal, tienen la misma presión.• 2. Todos los puntos de la superficie libre de un

líquido están a la misma altura y, por tanto, la superficie es plana y horizontal. • 3. De la ecuación P = Pe · h se deduce que la

presión aumenta con h ; es decir, con la profundidad.

PRESIÓN SOBRE PAREDES Y FONDO EN RECIPIENTES

• Las presiones ejercidas por un líquido sobre las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene, son siempre perpendiculares a la superficie. Esto lo vamos a comprobar en el primer trabajo práctico.

• En la figura que sigue, la presión en el fondo del recipiente (P b ) es la suma entre la presión ejercida sobre la superficie del líquido (presión atmosférica) y el producto del peso específico por la altura de éste:

Análisis: P a = P o + Pe. h a P b = P o + Pe. h b Pa: Presión ejercida en la pared Pb: Presión ejercida en el fondo Po: Presión ejercida sobre la superficie el líquido (presión atmosférica) Pe : peso específico del líquido h: altura de líquido sobre el punto

La presión ejercida en el fondo del recipiente depende del peso específico y de la altura del líquido siendo independiente de la forma del recipiente y de la cantidad de líquido contenido en él.

 VASOS COMUNICANTES (V.C) • Si se coloca varios recipientes con formas diferentes conectados

entre sí por su parte inferior, se tiene un sistema de vasos comunicantes.

• Suponiendo que todos los recipientes están abiertos en su parte superior y volcamos agua dentro de ellos, ¿ qué esperas que ocurra con el nivel del líquido en todos ellos?. Este alcanza el mismo nivel en todos los recipientes pues la superficie está sometida a la misma presión (atmosférica) y todos los puntos que están a igual nivel tienen la misma presión

PO : PRESIÓN ATMOSFÉRICA • En los V.C. con dos líquidos distintos, inmiscibles y de

diferente densidad, éstos alcanzan distintos niveles.• P a = P o + h a . Pe a • P b = P o + h b . Pe b • P a = P b • P a = P b= P o + h a .Pe a = P o + h b . Pe b• h a .Pea = hb. Peb

PRINCIPIO DE PASCAL • " La presión ejercida sobre la superficie libre de

un líquido en equilibrio se transmite íntegramente y en todo sentido a todos los puntos de la masa líquida ".

P' B = P B + P Donde P = F / S P´b= Pe.hb + F/S

• Se observa experimentalmente que al aplicar una presión sobre el pistón del tubo central, el nivel de líquido asciende valores iguales en todos los tubos laterales.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

TENSIÓN SUPERFICIAL

• tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

DENSIDAD

• Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

HIDRODINÁMICA• La hidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos.• Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres

aproximaciones importantes:• que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad

no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases;

• se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento;

• se supone que el flujo de los líquidos es un régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

• La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

v1S1=v2S2

La ecuación de continuidad nos proporciona la forma de la superficie el agua que recorre en el caño, tal como apreciamos en la figura.

VISCOSIDAD• La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A

causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de fluido a deslizar sobre otra.

• En la figura, se representa un fluido comprendido entre una lámina inferior fija y una lámina superior móvil.

• La capa de fluido en contacto con la lámina móvil tiene la misma velocidad que ella, mientras que la adyacente a la pared fija está en reposo. La velocidad de las distintas capas intermedias aumenta uniformemente entre ambas láminas tal como sugieren las flechas. Un flujo de este tipo se denomina laminar.