01) La presión en un neumático de automóvil depende de la temperatura del aire
contenido en él. Cuando la temperatura del aire es de 25°C, la lectura del manómetro es de 210 kPa. Si el volumen del neumático es de 0.025 m3, determine la elevación de la presión cuando la temperatura del aire en él sube hasta 50°C. También, determine la cantidad de aire que debe purgarse para restablecer la presión hasta su valor original, a esta temperatura. Suponga que la presión atmosférica es de 100 kPa.
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02) La densidad del aire atmosférico varía con la elevación y decrece con el aumento
de la altitud. a) Use los datos que se indican en la tabla y obtenga una relación para la variación de la densidad con la elevación y calcule la densidad a una elevación de 7 000 m. b) Calcule la masa de la atmósfera, use la correlación que obtuvo. Suponga que la Tierra es una esfera perfecta con un radio de 6 377 km y tómese el espesor de la atmósfera como 25 km.
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03) Se debe mover un bloque de 50 cm x 30 cm x 20 cm que pesa 150 N a una velocidad
constante de 0.8 m/s sobre una superficie inclinada con un coeficiente de fricción de 0.27. a) Determine la fuerza F necesaria a aplicar en la dirección horizontal. b) Si se aplica una película de aceite de 0.4 mm de espesor, con una viscosidad dinámica de 0.012 Pa . s entre el bloque y la superficie inclinada, determine el porcentaje de reducción en la fuerza necesaria.
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04) Se jala horizontalmente de una placa plana delgada de 20 cm x 20 cm a 1 m/s a
través de una capa de aceite de 3.6 mm de espesor, que está entre dos placas, una estacionaria y la otra moviéndose a una velocidad constante de 0.3 m/s, como se muestra en la figura. La viscosidad dinámica del aceite es de 0.027 Pa . s. Suponiendo que la velocidad en cada una de las capas de aceite varía en forma lineal, a) trace la gráfica del perfil de velocidad y encuentre el lugar en donde la velocidad del aceite es cero y b) determine la fuerza que se necesita aplicar sobre la placa para mantener este movimiento.
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05) Se va a medir la viscosidad de un fluido con un viscosímetro construido de dos
cilindros concéntricos de 75 cm de largo. El diámetro exterior del cilindro interior es de 15 cm y la brecha entre los dos cilindros es de 0.12 cm. Se hace girar el cilindro interior a 200 rpm y se mide que el par de torsión es de 0.8 N . m. Determine la viscosidad del fluido.
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6) El agua corre a través de una tubería. El perfil de velocidad en una sección es como se muestra en la figura y matemáticamente está dado por Donde: β = r = V =
una constante. distancia radial desde la línea central. velocidad en cualquier posición r.
¿Cuál es el esfuerzo cortante sobre la pared de la tubería causado por el agua? ¿Cuál es el esfuerzo cortante en una posición r = D/4?; si en el perfil anterior persiste una distancia L a lo largo de la tubería, ¿qué arrastre se induce sobre la tubería por acción del agua en la dirección del flujo a lo largo de esta distancia?
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7) Considere un recipiente cilíndrico vertical parcialmente lleno con agua. Ahora se hace
girar el cilindro alrededor de su eje a una velocidad angular especificada y se establece un movimiento de cuerpo rígido. Explique cómo resultará afectada la presión en el punto medio y en los bordes de la superficie del fondo debido a la rotación.
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8) Se está remolcando un tanque de agua sobre una cuesta de una carretera que forma 20° con la horizontal, con una aceleración constante de 5 m/s 2 en la dirección del movimiento. Determine el ángulo que la superficie libre del agua forma con la horizontal. ¿Cuál sería su respuesta si la dirección del movimiento fuera descendente sobre la misma carretera y con la misma aceleración?
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9) Un tanque cilíndrico vertical, de 3 m de diámetro, que contiene leche, gira a una razón constante de 12 rpm. Si la presión en el centro de la superficie del fondo es de 130 kPa, determine la presión en el borde de la superficie del fondo del tanque. Tome la densidad de la leche como 1 030 kg/m.
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10) Un tanque cilíndrico vertical de 2 ft de diámetro, abierto a la atmósfera contiene agua hasta una altura de 1 ft. Ahora se hace girar el tanque alrededor de la línea central y el nivel del agua desciende en el centro al mismo tiempo que se eleva en los bordes. Determine la velocidad angular a la cual el fondo del tanque empezará a quedar expuesto. Asimismo, determine la altura máxima del agua en este momento.
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11) Un tanque de 8 ft de largo, abierto a la atmósfera, inicialmente contiene agua hasta una altura de 3 ft. Un camión lo remolca sobre una carretera horizontal. El conductor aplica los frenos y el nivel del agua en el frente se eleva 0.5 ft por arriba del nivel inicial. Determine la desaceleración del camión.
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12) Un tanque cilíndrico, de 3 m de diámetro y 7 m de largo, está lleno con agua. Un camión
jala del tanque sobre una carretera horizontal estando horizontal el eje de 7 m de largo. Determine la diferencia de presión entre los extremos delantero y trasero del tanque a lo largo de una recta horizontal, cuando el camión a) aceler a a 3 m/s 2 y b) desacelera a 3 m/s 2.
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13) Se presuriza el agua que está en un tanque mediante aire y se mide la presión con un
manómetro de fluidos múltiples, como se muestra en la figura. Determine la presión manométrica del aire en el tanque si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m, y h3 = 0.46 m. Tome las densidades del agua, el aceite y el mercurio como 1 000 kg/m 3, 850 kg/m 3, y 13 600 kg/m 3, respectivamente.
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14) Un gas está contenido en un dispositivo de cilindro y émbolo en posición vertical. El émbolo tiene una masa de 4 kg y un área de la sección transversal de 35 cm2. Un resorte comprimido arriba del émbolo ejerce una fuerza de 60 N sobre éste. Si la presión atmosf érica es de 95 kPa, determine la presión en el interior del cilindro. Respuesta: 123.4 kPa
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15) Con referencia a la figura y despreciando el rozamiento entre el pistón I y el cilindro que
contiene el gas, determinar la presión manométrica en B en cm de agua. Supóngase que el gas y el aire tienen pesos específicos constantes e iguales, respectivamente, a 0,560 y 1,200 kg/m 3. Rpta.: 60.60 cm de agua
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16) El aire del recipiente de la izquierda mostrado en la figura está a una presión de -23 cm
de mercurio. Determinar la cota del líquido manométrico en la parte derecha, en A.
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17) Una placa plana horizontal sumergida está suspendida en agua mediante un cable sujeto al centroide de su superficie superior. Ahora se hace girar la placa 45° alrededor de un eje que pasa por su centroide. Analice el cambio en la fuerza hidrostática que actúa sobre la superficie superior de esta placa como resultado de esta rotación. Suponga que la placa permanece sumergida en todo momento.
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18) En la figura el cilindro de 2 m de diámetro y 2 m de longitud está sometido a la acción del agua por su lado izquierdo y de un aceite de densidad relat iva 0,800 por su lado derecho. Determinar (a) la fuerza normal en B si el cilindro pesa 6000 kg y (b) la fuerza horizontal debida al aceite y al agua si el nivel de aceite desciende 0,50 m.
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19) En el muro de retención del agua del mar mostrado en la figura mostrada, ¿qué
momento respecto de A, por metro de longitud del muro, se origina por la exclusiva acción de los 3 m de profundidad del agua ( = 1 025 kg/m 3)?
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20) En la figura dada la compuerta automática ABC pesa 3300 kg/m de longitud y su centro
de gravedad está situado 180 cm a la derecha del eje de giro A ¿Se abrirá la compuerta con la profundidad de agua que se muestra en la figura?
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