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"AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMEINTO DE NUESTRA DIVERSIDAD"

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAÁN

“E.A.P. IngEnIEríA CIvIl”

TEMA

: ENSAYOS DE HIDROSTÁTICA EN LABORATORIO

CURSO

:

Mecánica de Fluidos I

DOCENTE

:

Ing. Antonio Domínguez Magino

ALUMNO

:HUAYNATE TITO, Rubén MASGO SOTO, Javier Loel ORTIZ CHUJUTALLI, Carlos Adrian SOTELO DE LA TORRE, Christian O.

HUÁNUCO - PERÚ

OBJETIVO GENERAL 

Verificar por medio de ensayos de laboratorio las teorías base de la mecánica de fluidos

OBJETIVOS ESPECÍFICOS   

Verificar el Principio de Pascal Verificar el Principio de Arquímedes Verificar el Principio de los Vasos Comunicantes

INTRODUCCIÓN La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos (que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. La hipótesis fundamental en la que se basa toda la mecánica de fluidos es la hipótesis del medio continuo. En este trabajo explicaremos y demostraremos a través de ejemplos prácticos y ensayos de laboratorio los principios básicos de la mecánica de fluidos acerca de los temas desarrollados en clase.

MARCO TEÓRICO PRINCIPIO DE ARQUIMEDES 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 las figuras: 1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. 2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a , donde p solamente depende de la profundidad y es un elemento de superficie. Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje. De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple

El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V. Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje. Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje. Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coincide el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.

HIDROSTATICA - PRESION - TUBO EN "U" TUBO EN U Se trata de un tubo transparente doblado en forma de “U” y abierto en ambos extremos. Por cada rama se vierten dos líquidos de diferente densidad e inmiscibles entre sí; por ejemplo, agua y aceite de cocina. No importa cuál ocupe el fondo del tubo (eso dependerá de cuánto pongamos de cada uno), pero siempre ocurrirá que el de menor densidad va a quedar por arriba del más denso. Se puede apreciar: acá muestro las dos posibilidades y en ambas representé al agua en celeste y al aceite (que es menos denso que el agua) en amarillo.

Un tubo en U funciona igual aunque esté inclinado, o sus ramas tengan diferente largo o grosor (un tubo en U)

Los tubos en U tienen varias finalidades: una de ellas es que conociendo la densidad de uno de los líquidos, se puede conocer la del otro. Otra finalidad es poder armar con ellos ejercicios para los exámenes. Para cualquiera de esas dos finalidades se procede de la misma manera (lo voy a ejemplificar con el caso de la izquierda): voy a considerar el nivel indicado por la superficie que separa los dos líquidos inmiscibles, que corta ambas ramas a la misma altura.

Como el líquido por debajo de ese nivel es de un sólo tipo -en este caso agua-, la presión en ese nivel es idéntica en ambas ramas. La superficie que queda al aire en ambos fluidos también es la misma: la atmosférica, de modo que la diferencia de presión de ambas columnas es la misma.

Aplicando entonces el principio general de la hidrostática en ambas columnas tenemos:

y también

Con medir ambas alturas y conocer la densidad de uno de los líquidos, puede conocerse la del otro. NOTA:  Si el tubo en U se llenase con un único líquido, la consecuencia es que el nivel superior en ambas ramas -por distantes que estuvieransería el mismo. Los albañiles suelen valerse de este fenómeno para ubicar posiciones de igual altura pero distantes. En lugar de un tubo de vidrio usan una manguera larga y transparente.

VASOS COMUNICANTES Los vasos comunicantes son recipientes comunicados entre sí, generalmente por su base. No importa cuál sea la forma y el tamaño de los recipientes; en todos ellos, el líquido alcanza la misma altura.

Cuando tenemos un recipiente vertical conteniendo un líquido y le hacemos perforaciones en sus paredes, las emisiones del líquido de los agujeros de la base tendrán mayor alcance que las emisiones de arriba, ya que a mayor profundidad hay mayor presión.

FUNCIONAMIENTO Sirven para demostrar que la presión hidrostática sólo depende de la altura. En nuestro caso consta de cuatro recipientes de vidrio de diferente capacidad y forma unidos en su parte inferior por un tubo metálico que va cerrado por uno de los extremos. Al verter el líquido en uno cualquiera de los vasos se observa que en todos ellos alcanza la misma altura. TEORÍA Galileo dedujo lo siguiente: cuando vertemos un mismo fluido dentro de varios vasos de diferentes formas comunicados entre sí, la altura que alcanza el fluido es la misma para todos ellos. Sin embargo si a los vasos echamos líquidos diferentes, las alturas que ocupan los líquidos es la siguiente. El más denso de todos estará abajo y el más ligero ocupará la altura más alta. En medio los demás según razón inversa de su densidad. APLICACIONES 

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Los canales entre ríos o entre mares son cursos de agua que unen ríos o mares. Funcionan en compartimentos o puertas herméticas que hacen posible el llenado o vaciado del agua. Esto sirve para vencer los distintos niveles de agua. Las esclusas sirven para que las embarcaciones salven diferencias de nivel. La embarcación entra en la esclusa. Esta se llena de agua para igualar el nivel con la siguiente esclusa. A partir de ese momento, la embarcación puede pasar a esta esclusa, y así sucesivamente. Las instalaciones municipales suelen aprovechar este principio de vasos comunicantes para suministrar agua a las viviendas. En el baño es imprescindible usar el sifón que sirve para trasvasar agua y aislar. Manómetro. Prensa hidráulica.

ENSAYO DE LABORATORIO MATERIALES PROBETA GRADUADA Una probeta graduada es un material de laboratorio que consiste en un tubo de cristal con una graduación en mililitros, litros, etc. Se utiliza para medir volúmenes de líquidos y trasvasarlos de un recipiente a otro. Cada probeta tiene un error de medición como todos los aparatos, pero depende del modelo y de la marca de la misma.

AGUA Para el experimento se utiliza Agua al que se le asigna una densidad de 1gr/cm3, esto es referencial y se usa como ayuda para cálculos.

ESFERA METALICA: Para la prueba de “Principio de Arquímedes” se utiliza una esfera metálica con un gancho que es única a un dinamómetro casero, la cual luego será introducida en agua.

DINAMOMETRO Para la prueba de “Principio de Arquímedes” se una un dinamómetro que se deformara de acuerdo a cuanta fuerza se le aplique a éste.

TUBO EN U Es un tubo cilíndrico en forma de "U" de unos 2 cm de diámetro que se utiliza fundamentalmente para verificar reacciones de Oxidación-Reducción (REDOX), en este caso se utiliza para observar la diferencia de densidades de dos sustancias.

ACEITE Es un compuesto orgánico obtenido a partir de semillas u otras partes de las plantas.

VASOS COMUNICANTES Los vasos comunicantes son unos recipientes unidos entre sí de forma que, al echar líquido en uno cualquiera de ellos, puede pasar a los demás.

DESCRIPCION O PROCEDIMIENTO DEL VIDEO  Como se puede apreciar en la primera parte del video trata sobre el principio de pascal; el experimento de laboratorio consta de una probeta graduada en el cual se tiene un líquido de color azul, y la vez se tiene una esfera de metálica unida a un dinamómetro, este unida a la esfera metálica marca 50 cm . Cuando se procede a introducir la esfera metálica en la probeta contenida del líquido azul se observa que la esfera metálica se ha desplazado un volumen aproximado de 6 cm cúbicos de agua coloreada, mientras que su masa aparente, al ser introducida en dicho líquido ha disminuido en 6 gramos. Suponiendo 1gr/cm3 la densidad del agua, la diferencia de peso de la esfera en el aire y la esfera sumergida coincide con el peso del volumen de agua desplazado.

 Para el segundo experimento de laboratorio se tiene como materiales un tubo en U, agua y aceite. El procedimiento de este experimento trata que si tenemos agua en el tubo en U y por uno de los extremos vaciamos otro líquido que en este caso es el aceite, se puede observar que de acuerdo a la cantidad de aceite que se eche en uno de los extremos del tubo, por la otra parte el agua empieza a ascender esto se debe a la diferencia de densidades de ambos líquidos, la altura alcanzada en cada rama del tubo es diferente, cumpliéndose que DgH = dgh; siendo D y d las densidades de los líquidos, H y h las alturas respectivas y g la aceleración de la gravedad.  El tercer experimento trata sobre los vasos comunicantes en el cual echamos agua por uno de los extremos de dicho vaso, la altura en cada uno de los tubos unidos entre si es el mismo. (Principios de los Vasos Comunicantes).

BIBLIOGRAFÍA 

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ANÓNIMO. Principio de Arquímedes. Principio De La Hidrostática: Explicación Resumida De La Teoría. Disponible en: http://www.portalplanetasedna.com.ar/principio02.htm ANÓNIMO [PDF]. Vasos Comunicantes. Disponible en: http://aula2.elmundo.es/aula/laminas/lamina1069326514.pdf CABRERA, Franco (2007). HIDROSTATICA - PRESION - TUBO EN "U". Disponible en: http://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/No_me_salen/FLUIDOS/FT_tubo.html FRANCO G., Ángel (1998). Principio de Arquímedes. Disponible en: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arqu imedes.htm IES Florida Blanca, Departamento de Física y Química (2010). Prácticas de física. Disponible en: http://www.youtube.com/watch?v=YkEXjy5W6cE NAVAS, Mario (2007). Los Principios de Pascal, Arquímedes y teorema de Bernoulli. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos32/pascal-arquimedesbernoulli/pascal-arquimedes-bernoulli.shtml WIKIPEDIA (2012). Principio de Arquímedes. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes WIKIPEDIA (2012). Principio de Pascal. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal WIKIPEDIA (2012). Vasos Comunicantes. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Vasos_comunicantes