πΉπ = (0.823)(9.81ππ/π3 )(1.389π2 )(2.50π) πΉπ = 28.1 ππ ππππ βπππππ πΉπ» πΉπ» = 0 β¦ β¦ πππ ππ’π ππ ππ ππ’πππ§ππ ππ π‘ππ ππ πππ’ππππππ
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πΉπ = (0.823)(9.81ππ/π3 )(1.389π2 )(2.50π) πΉπ = 28.1 ππ ππππ βπππππ πΉπ» πΉπ» = 0 β¦ β¦ πππ ππ’π ππ ππ ππ’πππ§ππ ππ π‘ππ ππ πππ’πππππππ Ahora para hallar la FRESULTANTE 2
2 πΉπ
= βπΉπ» 2 + πΉπ 2 = β(0)2 + (28.1ππ)2
πΉπ
= 28.1 ππ PROBLEMA 4.49 Consulte la figura 4.49. La superficie mide 5.00 pies de longitud.
FIGURA problema SoluciΓ³n.
4.49 4.49.
y1 = Rsin15Β° = 3.882ft s = R β y1 = 15 β 3.882 β π = ππ. πππ ππ hc = β + y1 +
π = 10 + 3.882 + 5.559 β π‘π = ππ. πππππ 2
FH = πΎhc π π€ = (62.4)(19.441)(11.118)(5) β π
π = ππ. πππππ hp = hc +
π 2 = 19.441 + 0.53 β π‘π© = ππ. πππππ 12hc FV = πΎπ = πΎπ΄ π π€
π΄1 = (14.489ππ‘)(10ππ‘) β π¨π = πππ. πππππ π΄2 =
π¦1 π
πππ 15Β° (3.882)(14.189) = β π¨π = ππ. πππππ 2 2
π΄3 = ππ
2
75 75 = (15)2 β π¨π = πππ. πππππ 360 360
π΄ π = π΄1 + π΄2 + π΄3 β π΄ π = 320.27ππ‘ 2 πΉπ = πΎπ΄ π π€ = (62.4)(320.27)(5) β ππ½ = πππππππ π₯1 =
14.489 = 7.245ππ‘ 2
2 π₯1 = (14.489) = 9.659ππ‘ 3 π₯3 = ππ ππ37.5Β° πππππ π =
38.197π
π ππ(37.5Β°) = 9.301ππ‘ 37.5Β°
π₯3 = 9.30 sin(37.5Β°) = 5.662ππ‘ π₯=
π΄1 π₯1 + π΄2 π₯2 + π΄3 π₯3 = 6738ππ‘ π΄π
πΉπ
= β(πΉπ» )2 + (πΉπ )2 = β(67437)2 + (99925)2 = 120550ππ πΉπ 99925 π = ππππ‘ππ ( ) = ππππ‘ππ ( ) β π = ππ. ππ β
ππΒ° πΉπ» 67437
PROBLEMA 4.51 Se muestra una superficie curva que detiene un cuerpo de fluido estΓ‘tico. Calcule la magnitud de las componentes horizontal y vertical de la fuerza que el fluido ejerce sobre dicha superficie. DespuΓ©s calcule la magnitud de la fuerza resultante, asΓ como su direcciΓ³n. Demuestre que la fuerza resultante actΓΊa sobre la superficie curva. La superficie de interΓ©s es una porciΓ³n de un cilindro con la misma longitud que la superficie dada en el enunciado del problema.
La superficie mide 4.00m de longitud Sol. Rsen30Β°=3.00m x1 A1
h=5.20m x2 hp
A2
R=6.00m
y=Rcos30Β°=5.196m
15Β° 15Β°
x3 b
30Β° A3
s
FH
Fv Ξ± Fr DATOS: J: gravedad especΓfica
J=0.72
Fv: fuerza vertical FH: fuerza horizontal FR: fuerza resultante Sol: S=R-y=6.00m-5.196m=0.804m hc=h+y+s/2=5.20m+5.196m+0.402m=10.798m Hallamos la fuerza horizontal: FH=J*s*w*hc=(0.72)(9.81m/s2)(0.804m)(4.00m)(10.798m) FH=245.3kN
hp=hc+s2/12hc=10.798m+(0.804m)2/12(10.798m)=10.798m+0.0050m hp=10.83m Hallamos la fuerza vertical: Fv=JV=JAw A1=(5.20m)(3.00m)=15.60m2 A2=(3.00m)/2*(5.196m)=7.794m2 A3= π *R2*(30/360)= π *(6.00m)2/12=9.425m2 AT=A1+A2+A3=32.819m2 Entonces Fv=JAw Fv=(0.72)(9.81m/s2)(32.819m2)(4.00m) Fv=245.3kN X1=3.00m/2=1.5m X2=2*(3.00m)/3=2.00m X3=b*sen15Β°=(38.197*R*sen15Β°/15)*sen15Β°=1.023m X=(A1*X1+A2*X2+A3*X3)/AT=1482m Hallamos la fuerza resultante FR2=FH2+Fv2= (245.3KN)2+ (927.2KN)2 FR=959.1KN
(Fuerza resultante)
DirecciΓ³n: Ξ±=tan-1(Fv/ FH)=tan-1(927.2KN/245.3KN)=75.2Β° PROBLEMA 4.52
πΉπ£ = π¦π΄π€ π΄ = π΄1 + π΄2 = (1.20)(2.80) + πΉπ£ = (9.81
π(1.20)2 = 4.491π2 4
ππ ) (4.491π2 )(1.50π) = 66.1ππ π3
π₯1 = 0.5(1.20) = 0.60π ; π₯2 = 0.424(1.20) = 0.509π π₯Μ
=
π΄1 π₯1 + π΄2 π₯2 (3.36)(0.60) + (1.13)(0.509) = = 0.577π π΄π 4.491 βπ = β +
π 1.20 = 2.80 + = 3.40π 2 2
πΉπ» = π¦π π€βπ = (9.81)(1.20)(1.50)(3.40) = 60.0ππ π 2 1.202 βπ = βπ + = 3.40 + = 3.435π 12βπ 12(3.40) πΉπ
= βπΉπ2 + πΉπ»2 = β66.12 + 60.02 = 89.3ππ β
= π‘ππβ1
πΉπ£ 66.1 = π‘ππβ1 ( ) = 47.8Β° πΉπ» 60.0
PROBLEMA 4.53 Calcular las componentes Horizontal y vertical de la fuerza en la superficie curva
Dato: Ancho = 2.50m; πππ π ππ ππππππππ πππ πππ’π = 9.81
πΎπ π3
Hallamos: π΄1 = (1.20π)(2.80π) = 3.36π2
π΄2 = π
2 β π
π
2 = 0.309π2 4
π΄ = π΄1 + π΄2 = 3.669π2 πΉπ£ = πππ π = (πππ π ππ ππππππππ πππ πππ’π)(ππππ’πππ) = (9.81
πΎπ ) (3.669π2 )(2.50π) = 54πΎπ π3
La ubicaciΓ³n del centroide se encuentra por medio de la tΓ©cnica del Γ‘rea compuesta De la fig: π1 =
1.20π = 0.6π 2
π2 = 0.2234π
= 0.268π La ubicaciΓ³n del centroide para el Γ‘rea compuesta es π=
(π΄1)(π1) + (π΄2)(π2) (3.36π2 )(0.6π) + (0.309π2 )(0.268π) = = 0.572π π΄ 3.669π2
La profundidad del centroide es: βπ = β +
π 1.20 = 2.80 + = 3.40π 2 2
La Fuerza horizontal: πΉβ = (πππ π ππ ππππππππ πππ πππ’π)(πππβπ)(π )(βπ) = (9.81
πΎπ ) (2.50m)(1.20π)(3.40π) = 60πΎπ π3
L a profundidad al centro de presiones: βπ = β +
π 2 1.202 = 3.40 + = 3.435π 12βπ 12(3.40)
La fuerza resultante en la superficie es: 2
2
πΉπ = βπΉπ£ 2 + πΉβ2 = β54πΎπ 2 + 60πΎπ 2 = 80.7πΎπ
PROBLEMA 4.54 Calcule la magnitud de las componentes horizontal y vertical de la fuerza que el fluido ejerce sobre dicha superficie. DespuΓ©s calcule la magnitud de las fuerzas resultante; asΓ como su direcciΓ³n Demuestre que la fuerza resultante actΓΊa sobre la superficie curva. En cada caso, la superficie de interΓ©s es una porciΓ³n de un cilindro con la misma longitud que la superficie dada.