INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL “LA TECNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO INGENIERIA CIVIL HIDRAULICA BASICA 4º SEMESTRE
PRACTICA 2: “HIDROSTATICA”
GRUPO: 4CM1 ALUMNO: RUIZ MONTIEL MIGUEL ANGEL PROFESOR: MARIO HUERTA ENRIQUEZ OCTUBRE, 2016
TITULO: PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA. OBJETIVO: Comprender el concepto de carga de presión y observar que el cumplimiento de este principio de que la presión de un líquido es igual al peso específico por la altura sin importar la forma ni el volumen del líquido.
MATERIALES Y EQUIPO: Balanza hidrostática. Tubos de prueba. Contrapesos. Vasos de precipitado. Vernier.
CONSIDERACIONES TEORICAS:
El principio fundamental de la hidrostática establece que la presión en un punto del interior de un fluido (presión hidrostática) es directamente proporcional a su densidad, a la profundidad que se encuentre dicho punto y a la graveda d del sitio en el que se encuentre el fluido. La fuerza ejercida por un sólido sobre la superficie que lo sustenta es igual a su peso. Dado que los líquidos también pesan, resulta lógico pensar que también ejercerán una cierta fuerza sobre la base del recipiente que los contiene. Sin embargo, existe una diferencia fundamental: un líquido también ejerce una cierta fuerza sobre las paredes del recipiente. Además esta fuerza es perpendicular a dicha superficie, como se puede observar si se agujerea una bolsa de plástico rellena de agua: por los agujeros saldrán chorros de agua perpendicularmente a la superficie. De hecho, todo cuerpo sumergido en un fluido sufre una presión sobre toda su superficie exterior debida al propio peso del mismo. A esta presión se la conoce como presión hidrostática. Es posible deducir de una forma sencilla la ecuación que rige la presi ón hidrostática y comprobar que verifica los hechos experimentales antes expuestos. Supongamos un recipiente lleno de un líquido de densidad d, sobre una superficie S de forma circular situada a una profundidad h respecto a la superficie del líquido.
La fuerza ejercida sobre la superficie se debe, tal y como se ha indicado antes, al peso de la columna de agua situada sobre ella. El peso de cualquier sustancia en la Tierra es igual a su masa por la aceleración de la gravedad g cuyo valor es de 9.8 m/s 2 (p = mg ). La masa m de dicha columna puede obtenerse a partir de la densidad ( d=m/V), sabiendo que el volumen ( V) de un cilindro es igual a la superficie de la base por su altura. Según esto
m = dV = dSh Y entonces, el peso resulta ser:
p = dShg Finalmente, dado que por la definición de presión ( PH) ésta es igual a la fuerza partido por la superficie:
PH = dShg / S = dgh Se obtiene como resultado la expresión matemática de la presión hidrostática. "La presión hidrostática en un punto de un fluido es igual al producto de la densidad del líquido por la aceleración de la gravedad y por la profundidad del punto considerado" o bien “La presión hidrostática de un fluido es igual al producto del peso específico por la profundidad en el punto considerado”.
PH = ϒh
DESARROLLO DE LA PRCTICA:
1. Para poder realizar la práctica primero el encargado del laboratorio nos explicó cómo es que funciona la balanza hidrostática. 2. Se colocó en la balanza un tubo de prueba recto de media pulgada y se llenó con agua para demostrar que llegaría al nivel marcado en la balanza.
3. Se cambió el tubo recto por uno de sección variable y pudimos observar que nuevamente llego al nivel establecido.
4. Se colocó un tubo de pruebas de un diámetro mayor con la finalidad de observar que aunque el volumen fuera mayor el nivel seria el mismo.
5. Por último se repitió la prueba con un contenedor adaptado para la balanza pero de mayor volumen y sección variable para co mprobar que la altura seria la misma.
TITULO: PRINCIPIO DE ARQUIMEDES OBJETIVO: Tener una definición clara del principio de Arquímedes a través de experimentos, como también tener presente sus ecuaciones y unidades en el S.I. y así mismo saber dar aplicación a la ingeniería civil.
MATERIALES Y EQUIPO:
Balanza de Arquímedes. Cilindros de Arquímedes. Pesas. Cilindro de Arquímedes biselado en un extremo. Tapa de vidrio. 2 vasos de precipitado.
CONSIDERACIONES TEORICAS: “Todo cuerpo sumergido parcialmente o totalmente en el seno de un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del líquido desalojado o desplazado.” El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:
ó bien
Donde E es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa.
De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales y descritas de modo simplificado) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.
DESARROLLO DE LA PRCTICA: 1. Para el primer experimento realizado se utilizó la balanza de Arquímedes, las pesas, los cilindros de Arquímedes y un contenedor con agua. 2. Se colocaron de un lado los contrapesos y del otro lado los cilindros de Arquímedes y se observó que la balanza estaba en equilibrio.
3. Una vez que la balanza estaba en equilibrio se colocó debajo de los cilindros el contenedor con agua con la finalidad de que se sumergieran los cilindros y observáramos el empuje ejercido por el agua.
4. Se llenó de agua el cilindro de Arquímedes en su totalidad para reponer el volumen desplazado y la balanza se volvió a equilibrar.
5. Para el experimento numero 2 ocupamos el cilindro de Arquímedes biselado en un extremo en el cual se colocó la tapa de vidrio del lado del bisel y se sumergió en un vaso de precipitado con agua.
6. Una vez sumergido hasta la mitad observamos que la tapa no se caía del tubo por la fuerza de empuje que ejercía el agua del vaso de precipitado.
7. Después se vertió agua con colorante en el tubo para observar que cuando la presión ejercida dentro del tuvo era mayor que la presión que el empuje la tapa de vidrio caería.
TITULO: PRINCIPIO DE PASCAL. OBJETIVO: Tener una definición clara del principio de Pascal a través de experimentos, como también tener presente sus ecuaciones y unidades en el S.I. y así mismo saber dar aplicación a la ingeniería civil.
MATERIALES Y EQUIPO:
Soporte universal. Pinzas para soporte universal. Pulpo de Pascal. Agua con azul de metilo. Recipiente de vidrio. Capsula de metal con una membrana. Manómetro diferencial en “U”.
CONSIDERACIONES TEORICAS: Toda presión ejercida en el seno de un fluido se transmite con la misma magnitud en todas direcciones en ese plano horizontal de referencia. La presión ejercida sobre un fluido incomprensible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas direcciones y en todos los puntos del fluido. En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. En pocas palabras, se podría resumir aún más, afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se esparcirá sobre toda la sustancia de manera integral.
DESARROLLO DE LA PRCTICA:
1. En la primer demostración de este principio se utilizó un pulpo de pascal fijado a un soporte universal y observamos como al presionas o jalar el embolo de la parte superior el nivel de agua en todos los brazos del pulpo siempre era el mismo.
2. En la segunda demostración del principio de pascal se sumergió en el recipiente con agua una capsula de metal con una membrana de látex unida a un manómetro en U hasta un determinado nivel y luego se fue girando esa capsula sobre su propio eje para observar que sin importar la posición la presión será constante a la misma altura.
CUESTIONARIO. 1) ¿Cuál es la ecuación fundamental de la hidrostática? La presión hidrostática es la presión que se ejerce en el interior de un líquido, como consecuencia de su propio peso. La presión hidrostática (p) que soporta un punto de un líquido es directamente proporcional al valor de la gravedad (g), a la densidad (d) del líquido y a la profundidad (h) a la que se encuentra:
p=d·g·h 2) Escriba usted el principio de pascal: Es la presión aplicada sobre el fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas las direcciones y a todas partes del recipiente, siempre que se puedan despreciar las diferencias del peso debidas al peso del fluido.
3) ¿Cuál es la diferencia entre presión y empuje? La presión es una fuerza que ejerce un fluido en todas direcciones, siendo igual su módulo en cualquiera de ellas. El empuje, es una fuer za que se ejerce en una única dirección.
4) Mencione 3 aplicaciones donde intervenga el principio de Arquímedes.
El émbolo de una jeringa es parte del desplazamiento de un líquido. La flotabilidad de los barcos. Se emplea el principio en el cálculo de las masas y desplazamiento de las mismas en los buques, en los medidores de densidad de líquidos.
5) Si se sumergen dos esferas de diferente peso y de igual volumen en un recipiente con agua. ¿Cómo es el empuje ascendente en ambas? ¿Es igual o diferente? ¿Por qué?
Si es ascendente en las dos esferas. Es diferente. Debido al principio de Arquímedes que dice que el empuje ascendente es igual al peso del volumen del líquido desplazado.
6) Mencione algunas aplicaciones de la presión hidrostática:
La presión que ejerce un líquido en reposo dentro de un tanque o bien en el interior de la masa líquida. Prensa hidráulica. La flotación de una embarcación. La presión que ejerce el agua de un tanque sobre las canillas. La presión que soporta una persona sumergida en el mar.
7) ¿Se observa variación en los nieles de los brazos del pulpo de Pascal al deslizar el embolo dentro del globo? Si se observa una variación de nivel igual en todos los brazos del pulpo cuando el embolo se empuja hacia abajo y cuando de jala hacia arriba el nivel en todas las paredes siempre es el mismo.
CONCLUSIONES. Por conclusión puedo decir que en el experimento de principio fundamental de la hidrostática la presión no está en función del volumen sino de la altura y el peso específico es por eso que variaron los volúmenes en los diferentes tubos. En la parte del principio de Pascal puedo concluir en que la presión ejercida en cualquier parte de un fluido incompresible y en equilibrio dentro en un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en to das las direcciones y en todos los puntos del fluido es por eso que subían al mismo nivel en el globo de Pascal. En lo que es el principio de Arquímedes puedo decir que un cuerpo al sumergirse en un líquido, recibe un empuje por parte de ésta, igual al peso de la masa del líquido desplazado. Si el cuerpo es más denso que el líquido, la fuerza que este ejerce no equilibra el peso del cuerpo y éste se hunde. Si el cuerpo es menos denso, la fuerza que ejerce el líquido es mayor a la del cuerpo, y emerge, hasta encontrar un punto de equilibrio, donde el peso del cuerpo que intenta hundirse, es igual a la fuerza que ejerce el líquido desplazado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. https://www.fisicalab.com/apartado/principio-fundamental-hidrostatica#contenidos http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/500/532/html/Unidad_04/pa gina_7.html https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes
COMENTARIO PERSONAL. Considero que los experimentos realizados son muy claros facilitando entenderlos y así llaman mucho la atención, lo que considero que hay que buscar otros experimentos para específicamente del área de ingeniería civil, algo que si me llamo mucho la atención fue el mecanismo que armaron los profesores.
