Transcript HIDROMECANICA FLUIDOS : LIQUIDOS Y GASES

HIDROMECANICA
Estudia los fluidos: Líquidos y gases
Se divide en:
• Hidrostática: estudia los líquidos en reposo
• Hidrodinámica: Estudia los líquidos en
movimiento
• Neumática: Estudia los gases
Experimentos
• http://www.experimentosdefisica.net/submar
ino-casero-experimento-facil-principioarquimedes/ Submarino casero
• Experimento del huevo que flota
PRESION
P = PRESION F = FUERZA A = AREA
LA UNIDAD ES : PASCAL =
•
1 BARIA = DINA / CM2
• LA
PRESION
ES
DIRECTAMENTE
PROPORCIONAL
A
LA
FUERZA
E
INVERSAMENTE PROPORCIONAL AL AREA :
• A MAYOR FUERZA , MAYOR PRESION
• A MAYOR AREA MENOR PRESION
AREA MAYOR , PRESION MENOR
AREA MEDIANA ,
PRESION MEDIANA
AREA MENOR , PRESION MAYOR
PRESION HIDROSTATICA
LIQUIDOS EN REPOSO
• m = d . v m=masa ; d = densidad ;V=Volumen
• V=A.h
V=Volumen ; A = Area ; h = Altura
• F = m . g F = d . A . h . g Fuerza sobre
un líquido
• P = d h g Presión sobre un líquido
La presión es igual en dos o más
puntos a la misma profundidad
PD Igual PC
La Presión aumenta
con la profundidad:
PB Mayor PA;
PC Mayor PB
D
C
PRESION HIDROSTATICA
• Pe = d g Pe = Peso específico
• P = Pe h = dgh
TENSIOMETRO
MANOMETRO
PRINCIPIO DE PASCAL
• UN LIQUIDO TRANSMITE EN TODOS LOS SENTIDOS
LA PRESION QUE SE EJERCE SOBRE EL
• LOS LIQUIDOS TIENEN LA PROPIEDAD
MULTIPLICAR O REDUCIR UNA FUERZA
DE
UN SOLIDO TRANSMITE LA FUERZA QUE SE EJERCE SOBRE EL
A2 = 200 cm2
A1 = 20 cm2
F1 = 10 N
F2 = 10 N
LOS LIQUIDOS TRANSMITEN LA PRESION QUE SE
EJERCE SOBRE ELLOS
A2 = 200 cm2
A1 = 20 cm2
F1 = 10 N
F2 = 100 N
PRENSA HIDRAULICA
• EJEMPLOS: Montacargas, Volquetas , Baúl de los
carros, además los amortiguadores
•
𝐹1
𝐴1
=
𝐹2
𝐴2
𝐹1
=
𝐴1.𝐹2
𝐴2
𝐹1.𝐴2
𝐹2
=
𝐴1
• La fuerza sobre el pistón menor es D.P a su
área y a la fuerza sobre el pistón mayor e I.P
al área del pistón mayor
PARADOJA HIDROSTATICA
En varios recipientes unidos con una misma
base pero con diferente forma y
tamaño(vasos comunicantes) al colocarles
un solo líquido, este alcanza el mismo nivel
en todos.
Vasos comunicantes con líquidos no
miscibles
Al colocar un líquido alcanza el mismo nivel en las
dos ramas. Al echar aceite, las superficies del agua
quedan a distintos niveles. Por lo anterior se
concluye que las alturas de los dos líquidos son
inversamente proporcionales a sus densidades o a
sus pesos específicos
=
LEY FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA
• PA – PB = HA . Pe – HB . Pe
• PA – PB = Pe (HA – HB)
• La diferencia de presión entre dos puntos de un
mismo líquido depende de la diferencia de las
alturas.
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
• TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN LIQUIDO
RECIBE UN EMPUJE , DE ABAJO HACIA ARRIBA ,
IGUAL AL PESO DEL LIQUIDO DESALOJADO
• E = V Pe
E = Empuje ; V = Volumen del cuerpo
Pe = Peso específico
EJEMPLO
PESO APARENTE
• P1 = P – E
P1 = PESO APARENTE ; E = EMPUJE
P = PESO DEL CUERPO
• CUERPOS FLOTANTES (Huevo que flota)
1. E < P
2. E = P
3. E > P
P
1
E
2
3
HIDRODINAMICA
• LIQUIDOS EN MOVIMIENTO
• TEOREMA DE EVANGELISTA TORRICELLI
• LA VELOCIDAD DE SALIDA DE UN LIQUIDO POR UN
ORIFICIO ES IGUAL A LA VELOCIDAD ADQUIRIDA
POR CUALQUIER CUERPO AL CAER LIBREMENTE
DESDE UNA ALTURA h
• GASTO TEORICO :
CANTIDAD DE LIQUIDO O CAUDAL QUE SALE POR UN ORIFICIO
GT =
ECUACION DE CONTINUIDAD
Cuando un fluido se encuentra en movimiento puede cambiar su
velocidad. En un río el agua avanza lento en sectores anchos o de
mucha profundidad y avanza muy rápido en sectores angostos o poco
profundos. La relación entre área y velocidad de un fluído está definida
por la ecuación de continuidad: A1 . V1 = A2 . V2
ECUACION DE BERNOULLI
En un fluido la suma de la presión, la energía
cinética por unidad de volumen y la energía
potencial gravitacional por unidad de volumen,
se mantiene constante, a lo largo de una línea
de corriente. ½ ρ .V2 + ρgh+P= Constante
APLICACIONES DE LA ECUACION DE BERNOULLI
• TUBO DE VENTURI
Instrumento para medir la velocidad de un
fluido y su funcionamiento se basa en el
principio de Bernoulli ½ ρ.V2 + P = Constante.
Cuando la velocidad aumenta , la presión
disminuye
FLUJO SANGUINEO
La circulación sanguínea es una función vital, ya que es el medio
a través del cual las células de nuestro cuerpo pueden recibir el
oxigeno y los nutrientes que necesitan y además eliminar las
sustancias de desecho. Por esto es importante que la sangre esté
en movimiento, es decir que su comportamiento sea similar al
de un fluido en movimiento.
La sangre circula como consecuencia de la existencia de zonas
que están a distinta presión y se mueve desde donde la presión
es mayor hacia donde la presión es menor.
La presión sanguínea es máxima al salir del ventrículo izquierdo y
va disminuyendo hasta llegar a la aurícula derecha a muy baja
presión. Los vasos sanguíneos se adecuan a los cambios en la
presión del flujo sanguíneo.
La presión está relacionada con la fuerza que
ejerce la sangre sobre las paredes de los vasos
sanguíneos. Esta presión es llamada presión
arterial y se mide con el tensiómetro. Cuando el
corazón se contrae , la presión es
máxima(Sistólica) 120 mmHg y cuando el
corazón se relaja, la presión es mínima
(diastólica) 80 mmHg
VISCOSIDAD
Es la propiedad que tienen los fluidos de
presentar resistencia a fluir o derramarse. Los
fluidos más viscosos fluyen más lentamente y
también es más difícil mover objetos a través de
ellos. No hay que confundir viscosidad con
densidad. Ejemplo: El aceite es más viscoso pero
menos denso que el agua. La viscosidad
aumenta con la presión
TENSION SUPERFICIAL
• FENOMENO QUE SE PRESENTA EN LA SUPERFICIE
DE LOS LIQUIDOS DEBIDO A LA COMPOSICION
DE LAS FUERZAS ENTRE LOS ATOMOS Y
MOLECULAS DE SU SUPERFICIE
CAPILARIDAD
ES LA TENDENCIA DE UN LIQUIDO A
ASCENDER O DESCENDER EN UN TUBO
DELGADO , COMO CONSECUENCIA DE
LA ADHESION O COHESION DE LAS
MOLECULAS .
UN EJEMPLO DE TENSION
SUPERFICIAL : UNA AGUJA DE
ACERO SOBRE EL AGUA
EL CLIP ESTA DEBAJO DEL NIVEL
DEL AGUA QUE HA AUMENTADO
LIGERAMENTE.
LA
TENSIÓN
SUPERFICIAL EVITA QUE EL CLIP SE
SUMERJA Y QUE EL VASO REBOSE.
NEUMATICA
Neumática que trata los movimientos y
procesos del aire.
Es la tecnología que emplea el aire
comprimido como modo de transmisión de
la energía necesaria para mover y hacer
funcionar mecanismos. El aire es un
material elástico y, por tanto, al aplicarle
una fuerza se comprime, mantiene esta
compresión y devuelve la energía
acumulada cuando se le permite
expandirse .
ATMOSFERA
ES LA CAPA GASEOSA DE LA TIERRA , SIENDO LA CAPA MAS
EXTERNA Y MENOS DENSA . LA ATMOSFERA PROTEGE LA VIDA
SOBRE LA TIERRA ABSORBIENDO LOS RAYOS ULTRAVIOLETA
DEL SOL Y ADEMAS como escudo protector contra los meteoritos,
CAPAS DE LA ATMOSFERA
•
•
•
•
•
•
1. TROPOSFERA
2. ESTRATOSFERA
3. OZONOSFERA
4. MESOSFERA
5. IONOSFERA
6. EXOSFERA
TROPOSFERA




CAPA MAS CERCANA A LA TIERRA
ALTURA : 11 KMS
ZONA MAS TURBULENTA
COMPRENDE
:NUBES
,
VIENTOS
HORIZONTALES , CORRIENTES VERTICALES ,
TORMENTAS
,
PRECIPITACIONES
ATMOSFERICAS
 COMPRENDE LAS ¾ PARTES DE LA
ATMOSFERA
 TEMPERATURA : ENTRE 14º.C y -55º.C
ESTRATOSFERA
• Altitud 32 kms
• Temperatura – 55ºC es constante
• Está dispuesta en capas más o menos
horizontales (o estratos)
• Es la segunda capa de la atmósfera de la Tierra.
• A medida que se sube, la temperatura en la
estratosfera aumenta.
• El aumento de la temperatura se debe a que los
rayos ultravioleta transforman al oxígeno en
ozono, proceso que involucra calor
OZONOSFERA
• Es
la
capa
que
contiene
una
concentración relativamente alta de
ozono.
• Esta
capa,
que
se
extiende
aproximadamente de los 15 km a los 40
km de altitud, reúne el 90% del ozono
presente en la atmósfera y absorbe del
97% al 99% de la radiación ultravioleta de
alta frecuencia.
MESOSFERA
•
•
•
•
Es la tercera capa de la atmósfera de la Tierra.
Se extiende entre los 50 y 80 km de altura
Contiene solo el 0.1% de la masa total del aire.
Es la zona más fría de la atmósfera, pudiendo
alcanzar los -80 °C.
• Es importante por la ionización y las reacciones
químicas que ocurren en ella.
• La baja densidad del aire en la mesosfera
determina la formación de turbulencias y ondas
atmosféricas que actúan a escalas espaciales y
temporales muy grandes.
IONOSFERA
• Altura 966 KMS
• Capa conductora de electricidad
• CONTIENE CAPAS REFLECTORAS QUE DEVUELVEN
HACIA LA TIERRA LAS ONDAS DE RADIO
• Se presentan las AURORAS BOREALES
• Temperatura máxima 2200º.C
• La temperatura aumenta con la altitud.
• Es la cuarta capa de la atmósfera de la Tierra.
• A esta altura, el aire es muy tenue y la temperatura
cambia con la actividad solar.
• Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera
pueden llegar a 1.500° C e incluso más altas.
• En ella se encuentra el 0.1% de los gases.
EXOSFERA
• Altura 72500 KMS
• Es la última capa de la atmósfera de la Tierra
• Esta es el área donde los átomos se escapan
hacia el espacio.
CINTURON VAN ALLEN (MAGNETOSFERA)
•
•
•
•
•
•
Región de partículas energéticas cargadas de electricidad ,
existen dos cinturones :
El cinturón exterior está compuesto en su mayor parte por
electrones.
Un segundo cinturón más cerca de la Tierra ,está formado
principalmente por protones de gran energía y algunos
electrones de poca energía.
Podemos pensar a cada uno de estos cinturones como un río
de cargas, una corriente eléctrica en forma de llanta, la cual no
circula en un alambre o conductor.
Se sostiene girando en el espacio alrededor de la Tierra, como
los anillos de Saturno que lo acompañan en todos sus
movimientos
Los anillos o cinturones de Van Allen protegen a la Tierra de las
partículas eléctricas con que el Sol bombardea a los planetas de
su sistema y que son transportadas por el viento solar.
TEORIA CINETICA DE LOS GASES
• LAS MOLECULAS EN LOS GASES ESTAN MUY
SEPARADAS ENTRE SI CON VELOCIDAD DE
1500 m/s aprox.
• LAS MOLECULAS DE UN GAS SALTAN EN
TODAS DIRECCIONES , POR LO CUAL , UN GAS
ENCERRADO EJERCE PRESION HACIA ARRIBA ,
HACIA ABAJO Y A LOS LADOS.
PRESION ATMOSFERICA
Torricelli llenó de mercurio un tubo de 1 m de largo, (cerrado por uno de
los extremos) y lo invirtió sobre una cubeta llena de mercurio, de
inmediato la columna de mercurio bajó varios centímetros, permaneciendo
estática a unos 76 cm (760 mm) de altura ya que en esta influía la presión
atmosférica.
Como según se observa la presión era directamente proporcional a la
altura de la columna de mercurio (h), se adoptó como medida de la
presión el mm (milímetro) de mercurio. Así la presión considerada como
"normal" se correspondía con una columna de altura 760 mm.
La presión atmosférica se puede medir también en atmósferas (atm):
1 atm = 760 mm = 101.325 Pa = 1,0 kgf/cm2
Conclusión
La columna de mercurio no cae debido a que la presión atmosférica
ejercida sobre la superficie del mercurio (y transmitida a todo el líquido y
en todas direcciones) es capaz de equilibrar la presión ejercida por su
peso.
760 mmHg = 1 atm
1 atm = 1.013 mbar o hPa
1 mbar o hPa = 0,7502467 mmHg
PRESION ATMOSFERICA
• ES LA PRESION QUE EJERCE LA ATMOSFERA
SOBRE LAS COSAS Y LAS PERSONAS QUE
ESTAN EN LA TIERRA.
• LA PRESION ATMOSFERICA TIENE SU MAYOR
VALOR AL NIVEL DEL MAR DONDE HAY MAYOR
CANTIDAD DE AIRE
• P = d h g =13,6 gr/cm3.980 cm/s2 . 76 cm
• P = 1012928 Dinas / cm2 (Barias)
• 1 atmosfera = 1033,6 gf/cm2
• 1 atm = 0,010336 kgf/cm2
• AL SUBIR EN UN ASCENSOR : AL PASAR
SALIVA SE IGUALAN LAS PRESIONES
• LA PRESION ATMOSFERICA SE MIDE
CON BAROMETROS Y EXISTEN :
• -BAROGRAFOS
• -ALTIMETROS
• -ANEROIDES
DIFUSION DE LOS GASES
• La difusión, es la mezcla gradual de las moléculas de un
gas con moléculas de otro gas, en virtud de sus
propiedades cinéticas
• Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas se
distribuyen uniformemente en otro gas.
• También se establece como la capacidad de las
moléculas gaseosas para pasar a través de aberturas
pequeñas, tales como paredes porosas, de cerámica o
porcelana que no se halla vidriada
• La difusión siempre procede de una región de mayor
concentración a otra menos concentrada.
• A pesar de que las velocidades moleculares son muy
grandes, el proceso de difusión toma una tiempo
relativamente grande para complementarse.
• Por eso, la difusión de los gases siempre
sucede en forma gradual.
• Un gas ligero se difundirá a través de un
cierto espacio mas rápido que un gas pesado
LEY DE LA DIFUSIÓN GASEOSA
• Fue establecida por Thomas Graham; quien
manifiesta lo siguiente:
• “en las mismas condiciones de presión y
temperatura, las velocidades de difusión de
dos gases son inversamente proporcionales
a las raíces cuadradas de sus masas
moleculares
PRINCIPIO DE PASCAL EN LOS GASES
• LOS GASES TRANSMITEN PRESIONES
EN TODAS LAS DIRECCIONES Y
SENTIDOS , IGUAL QUE LOS LIQUIDOS.
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES EN GASES
• TODO CUERPO SUMERGIDO EN UN GAS
RECIBE UN EMPUJE DE ABAJO HACIA ARRIBA
IGUAL AL PESO DEL GAS DESALOJADO
•
LEY DE BOYLE-MARIOTTE
(1)
(2) Pe = P/V
1. LOS VOLUMENES QUE OCUPAN UNA MISMA
MASA DE GAS , A TEMPERATURA CONSTANTE
, INVERSAMENTE PROPORCIONALES A SUS
PRESIONES (LEY ISOTERMICA , IGUAL
TEMPERATURA)
2. A UNA MISMA TEMPERATURA , EL PESO
ESPECIFICO DE UN GAS ES DIRECTAMENTE
PROPORCIONAL A SU PRESION
TERMODINAMICA
• CALOR
• LA CANTIDAD DE CALOR DE UN CUERPO
DEPENDE DE SU MASA
• TEMPERATURA
• LA TEMPERATURA DE UN CUERPO DEPENDE
DE LA ENERGIA CINETICA DE LAS MOLECULAS
ESCALAS TERMOMETRICAS
CON TEMPERATURA DE REFERENCIA
C
K
100
R
F
Ra
373
80
212
672
273
0
32
492
• --------------------------------------------------------
0
• -------------------------------------------------------
• LAS ECUACIONES SE TOMAN POR PAREJAS
DILATACION DE CUERPOS SOLIDOS
• DILATACION LINEAL
L= ∞ Lo. t
• LA PROPORCION QUE UN CUERPO SE
DILATA O CONTRAE CON LOS CAMBIOS
DE TEMPERATURA DEPENDE DE :
• MATERIAL DEL CUERPO
• LONGITUD DEL CUERPO
• CAMBIO DE TEMPERATURA
• DILATACION SUPERFICIAL O DE AREA
• La dilatación superficial corresponde a la
variación del área de una placa, cuando
sometida a una variación de temperatura. Las
figuras a continuación, representan una placa
rectangular a temperatura To a temperatura T
>To.
• Dilatación Volumétrica
• En este tipo de dilatación, vamos a considerar
la variación del volumen, esto es, la dilatación
en las tres dimensiones del sólido (longitud
ancho y altura). Veamos el ejemplo del cuadro
debajo:
• Dilatación de los Líquidos
• Los sólidos tienen forma propia y volumen definido,
pero los líquidos tienen solamente volumen definido.
Así, el estudio de la dilatación térmica de los líquidos
es realizado solamente en relación a la dilatación
volumétrica. Esta obedece a una ley idéntica a la
dilatación volumétrica de un sólido o sea, la
dilatación volumétrica de un líquido podrá ser
calculada por las mismas fórmulas de la dilatación
volumétrica de los sólidos.
• Veamos en esta tabla, el coeficiente de dilatación de
algunos líquidos, medidos en
• Veja na tabela abaixo, o coeficiente de dilatação de
alguns líquidos, medido em oC -1
GASES
• LEY CHARLES(ISOBARICA):
P=CONSTANTE, VOLUMENES SON D.P A LAS
TEMPERATURAS V/T = Vo/To
• GAY LUSSAC(ISOMETRICAS): V=CONSTANTE
PRESIONES D.P A LAS TEMPEATURAS P/T =Po/To
• LEY BOYLE-ARIOTTE(ISOTERMICA):T=CONSTANTE
P/Po = Vo/V PRESIONES I.P VOLUMENES
• ECUACION GENERAL DE GASES
VoPo/To=VP/T
LEY ISOBARICA
LEY ISOMETRICA
• LEY ISOTERMICA
TERMODINAMICA
• 1º.LEY: EL CALOR PUEDE SER CONVERTIDO EN
OTRAS FORMAS DE ENERGIA Y ESTAS PUEDEN
TRANSFORMARSE EN CALOR
• 2º. LEY: EL CALOR FLUYE DE UN CUERPO
CALIENTE A OTRO FRIO