Fuerza de presión sobre superficies curvas

FUERZAS DE PRESIÓN EN SUPERFICIES CURVAS

Objetivo: Observar y cuantificar el efecto de las fuerzas de presión sobre una

superficie curvas. Equipo y Materiae!: o o o o

Agua Sector circular sólido Nivel Regla I"tro#u$$i%" 

La presión hidrostática es la parte de la presión debida presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la nica presión e!istente es la presión hidrostática" en un fluido en #ovi#iento ade#ás puede aparecer una presión hidrodiná#ica adicional relacionada con la velocidad del fluido. El pres presen ente te ensa ensayo yo de Labo Labora rato tori rioo de desc scri ribe be el proc proces esoo para para hall hallar ar e!peri# e!peri#enta ental#en l#ente te la fuerza fuerza hidros hidrostát tática ica e$erci e$ercida da sobre sobre una superfi superficie cie parcial#ente parcial#ente su#ergida su#ergida y luego co#pararla co#pararla con la hallada hallada e#p%rica#ente" e#p%rica#ente" en cons consec ecue uenc ncia ia de dete ter# r#in inar ar el co#p co#por orta ta#i #ien ento to &ue &ue tien tienee un flui fluido do en su distribución de presiones sobre una superficie plana parcial#ente su#ergida. 'uando un l%&uido en reposo acta sobre una sección curva" la fuerza resultante producida por el efecto del l%&uido" está confor#ada por dos co#ponentes( una vertical y otra horizontal. Las fuerzas originadas por la presión son indispensables para el dise)o de las estructuras &ue los contienen. E!isten varios tipos de estructuras &ue se encuentran so#etidos a fuerzas de presión presión &ue acta sobre ellas. Los tan&ues de al#acena#iento al#acena#iento de agua" di&ues" di&ues" presas" co#puertas" los cascos de los barcos" e$e#plifican la necesidad de llevar a cabo dise)os de estructuras estructuras &ue soporten las fuerzas procedentes de los fluidos con los &ue entran en contacto. *na parte i#portante de la #ecánica de fluidos es la deter#inación de las fuerzas de presión &ue esas estructuras tienen &ue soportar a fin de funcionar de #anera apropiada.

Mar$o &e%ri$o 

La fuerza resultante de la presión sobre superficies curvas su#ergidas no puede calcularse con las ecuaciones desarrolladas para la fuerza de la presión sobre superficies planas su#ergidas" debido a las variaciones en dirección de la fuerza de la presión. Sin e#bargo la fuerza resultante de la presión puede calcularse deter#inando sus co#ponentes horizontales y co#binándolos vertical#ente. Las fuerzas ya &ue actan de #anera nor#al a estas superficies curvas la resultante resulta #uy co#plicada de calcular por las diferentes direcciones" pero desco#poni+ndolas resulta #uy fácil calcularlas. Regla general para 'urvas,  La co#ponente horizontal de la fuerza e$ercida sobre una superficie curva es igual a la fuerza e$ercida sobre el área plana for#ada por la proyección de a&uella sobre un plano vertical. •

 La co#ponente vertical de las fuerzas de presión &ue actan sobre una superficie curva es igual en #agnitud y dirección al peso de la colu#na de fluido" l%&uido y aire at#osf+rico &ue hay enci#a de dicha superficie. Si la superficie está en contacto con varios fluidos se trata de #anera independiente la zona afectada por cada fluido. •

Pro$e#i'ie"to:

-. alancear el peso del sector circular" #ove#os el $oc/ey hasta &ue el nivel est+ calibrado. 0edi#os la distancia desde el $oc/ey hasta el pivote. 1. Llena#os el recipiente con agua hasta cierta altura 2&ue se aprecie &ue el nivel se desbalancea3. 4. 0ove#os el $oc/ey para balancear nueva#ente el siste#a. 5. 0edi#os la altura su#ergida de la superficie 6. 0edi#os la nueva distancia desde el $oc/ey al pivote. 7. 'alcula#os los valores teórico y e!peri#ental 8. 'alcula#os porcenta$e de Error

E$ua$i%":

 Momento Jockey = Momento Fuerza de Presión

W  jockey∗∆ x = F  H ∗ y − F v∗ x

0o#ento $oc/ey ( 9alor E!peri#ental 0o#ento :uerza de presión ( 9alor teórico ∆x

( Resta de las dos distancias #edidas desde el $oc/ey hasta el pivote

 F  P

( :uerza de presión  F  H = γ ∗h´ ∗ A γ 

 ( ;eso espec%fico

h´

(
su#ergida

A( =rea de la superficie su#ergida  F V  =γ ∗volumen

  =

 y

4∗ ! 3∗" 

 (
´  %   A∗ y #$

C($uo! 

Dato! obte"i#o! $o" !u! $o"ver!io"e!( Ɣ >

 &   M  ³

?@-

0  > 6 g ᴊ

(

' 500 (

(

' 5 cm

b > 6 c#

100 cm

' 50 mm

BC > 1-.5 c#

'

(

21.4 cm

1m 1000 mm

(

1m 100 cm

(

) > .6 #

)=

1m 100 cm

0.214 m

)=

150 mm

'

' 50 mm

) > .6 /g

) > .6 #

19.5 cm

'

L > 1D6 >-6 ## R > 6 ##

1000 (

1m

h >6 ##

Bf >-?.6 c#

1 k(

(

1m 1000 mm

! > BCD Bf > .1-5D.-?6 > .-?

0.195 m

(

1m 1000 mm

)

= 0.15 m

) > .6 # m

Ca$ua'o! a )uer*a #e pre!i%": :F >

1 2

Ɣ ) h ²=

1 2

(

9810

&   M  ³

)(

)(

)

0.05 m 0.05 m ² =0.6131 & 

:v >

Ɣ∗Volumen = Ɣ

( ) ( "! 4

2

∗) = 9810

&  3

 M 

)(

" ( 0.05 m ) 4

2

)(

)

0.05 m =¿

.?74- 

& 

Pe!o: '

G  > #g ᴊ

G > ( 0.5 k( )

(

9.81

 m s²

)=

4.905  & 

Ca$uo #e a #i!ta"$ia #e a +"ea #e a$$i%" #e )uer*a #e pre!i%" ,a!ta e pivote:  ycp >

B>

2 3

4 ! 3 " 

h

 >

 >

2 3

( 0.05 m )=0.0333 m

(

4 0.05 m 3 " 

)

> .1-1 # 

Ecuación( 0o#ento Hoc/ey > 0o#ento :uerza de ;resión G  I ! > :F 2LJ ycp3 K :v I B  ᴊ

( 4.905 & ) ( 0.019 m) =( 0.6131 &  ) ( 0.15 m + 0.0333 m )−( 0.9631 &  ) ( 0.0212 m ) ( 0.0932 & −m )=( 0.1124 & −m )− ( 0.0204 & −m ) ( 0.0932 & −m )=( 0.092 & − m)

0o#ento Hoc/ey( valor e!peri#ental 0o#ento :uerza de ;resión( valor teórico Por$e"taje #e error: 9alor e!peri#ental >

0.0932

 ND#

9alor teórico >   0.092  ND#

|

de *rror ( +ivote )=

|

valor te ó rico , valor ex+erimental  x 100 valor teórico

de *rror ( +ivote )

>

|

0.092

|

−0.0932  x

0.092

=1.30

100

Re!uta#o! 

Vaor te%ri$o

Vaor e/peri'e"ta  .  -Mo'e"to 0o$1ey 

-Mo'e"to Fuer*a #e  Pre!i%" . 0.092

 N3'

 

0.0932

 ND#

2 #e error

 

1.30

Co"$u!i%" 

:inal#ente se pudo co#probar e!peri#ental#ente la teor%a de la fuerza hidrostática resultante del sector circular su#ergido para el nivel de agua depositado en el recipiente, con +ste sencillo hecho de ser su#ergido conoci#os la presión &ue e!peri#entó dicho cuerpo. ;ara deter#inar la fuerza de presión en superficies curvas se desco#pone la fuerza en sus co#ponentes vertical y horizontal. 'uando un l%&uido en reposo acta sobre una sección circular la fuerza resultante está confor#ada por dos co#ponentes( vertical y horizontal.
l%&uido situado sobre el área" la l%nea de acción pasará por el centro de gravedad del volu#en. Re$o'e"#a$io"e! 

•

•

•

•

Sie#pre verificar &ue est+ bien calibrado el e&uipo a utilizar. ;or lo tanto se verifica &ue antes y despu+s de llenar el recipiente con agua todo el sector circular est+ balanceado. En esta ocasión" la altura reco#endada ya estaba anunciada por lo &ue se debe seguir con las indicaciones para &ue la e!perienciaa sea an #ás sencilla de realizar. No olvidar to#ar los apuntes correspondientes y las fotos co#o evidencia del co#porta#iento del sector circular. Meniendo en cuenta &ue los instru#entos" e&uipos y de#ás" son frágiles, se reco#ienda conservar los #is#os a trav+s del #anteni#iento y &ue de +sta #anera tenga un #ayor periodo de vida til.

A"e/o! 

El $oc/ey ha sido  #ovido para calibrar  el peso del sector  circular.

9erificando las distancias del centro de  #asa del $oc/ey al pivote. Nsta lectura  se hace tanto al inicio co#o al final de la  e!periencia.

'on el sector circular balanceado" se da paso a las lecturas correspondientes 2altura y  espesor3.

4ibio5ra)+a 

http(es.slideshare.net#ava#ovalderra#a#ontezafuerzasDsobreD superficiesDcurvas http(es.slideshare.netylich-1superficiesDsu#ergidasPne!tQslidesho>http(es.slideshare.netdanielaarias61teoraDpresinDhidrostaticaDsobreD superficiesPrelated>4