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• Edgar Kevin Pesantes Echeverre

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE JÁEN CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

CUR 1. TEMA: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS - TENSIÓN SUPERFICIAL 2. RESUMEN: El presente trabajo de laboratorio consiste en realizar las propiedades físicas de los fluidos, para este caso, el agua, y así obtener sus propiedades tales como la Tensión Superficial y Presión Atmosférica de dicho fluido. Denotaremos el coeficiente de Tensión Superficial para los cálculos que serán realizados. Luego se describirá los procedimientos del ensayo de tal fluido. Al término de este reporte se dará las respectivas conclusiones y recomendaciones.

3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL: Determinar y comprobar las propiedades básicas de un fluido 3.2. OBJETIVO ESPECÍFICO: experimentar y demostrar, mediante un experimento casero, la tensión superficial como una propiedad de los fluidos.

4. FUNDAMENTO TEORICO: 4.1. DEFINICION DE FLUIDO: Un fluido es una sustancia capaz de fluir, por lo que el término "fluido" engloba a líquidos y gases. Una definición más formal: "un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea el esfuerzo aplicado". 4.2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS: 4.2.1. DENSIDAD( ): Se define como masa por unidad de volumen:

𝝆=

1

𝒎 𝑽

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CUR Sus dimensiones físicas son [𝜌] = [𝑀][𝐿]−3 y sus unidades en el S.I. son kg/m3

4.2.2. VOLUMEN ESPECÍFICO(Vs): Es el inverso de la densidad y se define como el volumen ocupado por la unidad de masa del fluido:

𝑽𝑺 =

𝟏 𝝆

Sus dimensiones físicas son [𝑉𝑆 ] = [𝑀]−1 [𝐿]3 m3/kg 4.2.3. PESO ESPECÍFICO(): Es el peso del

fluido

por

y sus unidades en el S.I. son

unidad

de

volumen:

𝜸 = 𝝆. 𝒈

Cambia de lugar dependiendo de la magnitud de la aceleración de la gravedad g. Sus dimensiones físicas son [𝑉𝑆 ] = [𝑀][𝐿]−2 [𝑇]−2 y sus unidades en el S.I. son N/m3 4.2.4. GRAVEDAD ESPECÍFICA(S): Llamada también "densidad relativa", es la relación entre el peso específico de un volumen de fluido y el peso específico del mismo volumen de agua en condiciones estándar de presión y temperatura.

𝑺= Es adimensional.

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𝜸 𝜸𝒂

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4.2.5. PRESIÓN DE VAPOR: Los líquidos se evaporan debido a que las moléculas se escapan de su superficie. Las moléculas de vapor ejercen una presión parcial en el espacio que las rodea conocida como "presión de vapor". Si el espacio encima de la superficie del líquido es limitado, como cuando se tiene una botella de agua medio llena, después de un cierto tiempo la cantidad de moléculas que salen del líquido es la misma que el número de moléculas que golpean la superficie y se condensan, llegando al equilibrio. Como ésto depende de la actividad molecular y ésta es función de la temperatura, la presión de vapor de un fluido dependerá de la misma y aumentará con ella. Cuando la presión por encima de un líquido es igual a la presión de vapor del líquido, se produce la ebullición a temperaturas bajas. Este fenómeno se denomina "cavitación", la cual consiste en la formación de una cavidad de vapor en rápida expansión que es barrida lejos de su punto de origen y penetra regiones donde la presión es superior a la presión de la cavidad, produciendo su implosión. Este fenómeno afecta a las bombas hidráulicas y a las turbinas.

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CUR 4.2.6. TENSIÓN SUPERFICIAL: Una molécula en el interior de un líquido está sometida a fuerzas de atracción en todas las direcciones, siendo la resultante de dichas fuerzas igual a cero. Sin embargo, una molécula situada en la superficie de un líquido se ve sometida a una fuerza de cohesión neta perpendicular a la superficie y hacia el interior del fluido. Como se necesita realizar un trabajo para mover una molécula del interior hacia la superficie, en contra de dicha fuerza de cohesión neta, las moléculas superficiales tienen más cantidad de energía mecánica que las moléculas del interior del líquido. La superficie se comporta como una capa especial del fluido con propiedades elásticas debido a las fuerzas de cohesión entre las moléculas de la superficie.

4.2.7. CAPILARIDAD: Uno de los efectos más curiosos producido por la tensión superficial en líquidos es el fenómeno de la “capilaridad”. Imagínate un tubo de vidrio muy fino, el cual lo sumergimos parcialmente en un fluido. Si observamos atentamente el comportamiento del líquido junto a las paredes del tubo podemos observar uno de estos dos fenómenos:

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Si observamos el fenómeno “A”, decimos que el líquido “moja” el vidrio. Esto ocurre cuando, por ejemplo, tenemos agua en un recipiente y le introducimos un tubo delgado. Vemos cómo el agua penetra en el interior del tubo y alcanza una altura superior al nivel que tiene el agua en el recipiente. Es como si las partículas de agua “treparan” por las paredes del tubo, “mojándolas”. Si observamos el fenómeno “B”, decimos que el líquido “no moja” el vidrio. Supongamos que tenemos mercurio en un recipiente y le introducimos un tubo muy fino. El mercurio penetra en el tubo pero su superficie libre no alcanza el nivel del líquido dentro del recipiente. Es como si al mercurio “le costara trepar” por las paredes del tubo. Estos dos fenómenos dependen de las magnitudes relativas de las fuerzas de cohesión entre las partículas del fluido y las fuerzas de adhesión de las partículas del fluido a las paredes del recipiente. En “A” las fuerzas de adhesión son mayores que las de cohesión y en “B” las fuerzas de cohesión son mayores que las de adhesión.

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4.2.8. VISCOSIDAD: Esta propiedad es una de las más importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos están en movimiento. La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo. Cuando deslizamos un sólido sobre otro, es preciso aplicar una fuerza igual en dirección y magnitud a la fuerza de rozamiento pero de sentido opuesto: ⃗𝑭 = − ⃗𝒇𝑹 = −𝝁. ⃗𝑵 ⃗ Donde (𝝁)es el coeficiente de rozamiento y (𝑵) es la fuerza normal, para que ⃗ ) en dirección, sentido y el sólido se mueva con velocidad constante (𝒗 magnitud.

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CUR ¿Y cuál es la relación entre la viscosidad y la temperatura? En un líquido, la viscosidad disminuye cuando aumenta la temperatura, pero en un gas, la viscosidad aumenta cuando aumenta la temperatura… ¿a qué es debido esto? La resistencia de un fluido al corte depende de dos factores importantes: Las fuerzas de cohesión entre las moléculas La rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecular Las moléculas de un líquido presentan fuerzas de cohesión de mayor magnitud que las que presenta un gas. Dicha cohesión parece ser la causa más predominante de la viscosidad en líquidos. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, aumenta la energía cinética de sus moléculas y, por tanto, las fuerzas de cohesión disminuyen en magnitud. Esto hace que disminuya la viscosidad. En un gas, la magnitud de las fuerzas cohesivas entre las moléculas es muy pequeña, por lo que la causa predominante de la viscosidad es la transferencia de la cantidad de movimiento molecular. Expliquemos qué es esto.

5. MATERIALES:    

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2 vasos de vidrio con un diámetro de 7 cm. Medio litro de agua. 4 monedas de 20 céntimos 2 cartas de una baraja de casino

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6. EXPERIMENTACIÓN:   

   

Primero: Vertimos una cantidad de agua en uno de los vasos con tal de llegar a ocupar toda la capacidad de tal vaso Segundo: con las 2 cartas cubrimos horizontalmente la abertura del vaso lleno de agua. Tercero: giramos 180° el vaso lleno de agua y observamos cómo es que el agua y las cartas se mantienen en su posición sin dejarse caer por acción de la gravedad. Cuarto: llenamos totalmente otro vaso y lo colocamos debajo del vaso adherido a las cartas. Quinto: Lentamente quitamos las cartas del intermedio de los dos vasos y los dejamos en tal posición vertical uno debajo del otro. Sexto: Con mucho cuidado introducimos dos monedas en los bordes extremos de la unión de los vasos. Sétimo: mediante la abertura provocada por la acción de las dos monedas introducimos monedas de menor grosor.

7. HIPÓTESIS: Las cartas junto con el agua se dejaran caer al girar el vaso, debido a la acción de la gravedad y el peso de los materiales, como son el agua y las cartas utilizadas. Al dejar una abertura, a causa de las monedas introducidas en los bordes de la unión de vasos, el agua lograra derramarse por los espacios dejados libres. 8. RESULTADOS:  Al girar el primer vaso lleno de agua y cubierto por las cartas, observamos que, ninguno de los dos materiales (agua y cartas) se dejan caer y esto por la presión atmosférica que se produce en tal vaso.

 Al provocar una pequeña abertura en la unión de los vasos llenos de agua y colocados uno encima del otro observamos que debido a la Tensión Superficial que tiene el fluido entonces las partículas de agua se mantienen en su posición y no se derraman ni se dejan caer. 8

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9. CONCLUSIONES:  La presión atmosférica exterior y la tensión superficial del agua impiden que salga el líquido. Si la separación entre los vasos aumenta la tensión superficial del agua no podrá impedir la entrada del aire y se derramará toda el agua del vaso superior.  La superficie del agua actúa como una membrana elástica por la acción de la tensión superficial. La tensión superficial es la resultante de las fuerzas que actúan sobre las moléculas de agua en la superficie del líquido. 10. ANEXOS:

MATERIALES

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CUR 11. BIBLIOGRAFIA:  El agua contenida en un vaso boca abajo/sabes física.

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TENSION SUPERFICIAL E INTERFACIAL.

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VASO CON AGUA INVERTIDO.

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El aire presiona en todas direcciones.

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LE VERRE A L'ENVERS.