UNI,ERSIDAD NACIONAL -OS. FAUSTINO S/NC*E0 CARRI1N
CENTRO PRE UNI,ERSIT U NI,ERSITARIO ARIO
FÍSICA GUÍA Nº 07 DOCENTE: EDARD RI,ERA LANCO
Es la parte de la física que estudia todos los fenómenos relacionados a los fluidos en reposo o en equilibrio.
FLUIDOS Son los líquidos o gases, que tienen la propiedad de fluir, es decir, que pueden escurrirse con facilidad, dado que sus moléculas están en movimiento constante y los choques con las paredes del recipiente generan Presión. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1. Densidad: lamada también densidad absoluta de una magn magnititud ud esca escala larr que que mide mide la masa masa por por unid unidad ad de volumen contenida en un cuerpo! se determina por la relación entre la masa de un cuerpo y su volumen. ρ
cuerpo, determinado por la relación entre el peso de un cuerpo y su volumen.
γ
=
=
.
"onde# γ &
Pes Pesoo esp espec ecíífico fico P & Peso γ H O 2
=
1 g
cc
P
m. g
v
v
==
γ =
P
1 g
c.c
=
1kg
dm
3
=
1ton
m
3
=
m
N m3
A
P & Presión 0 & 0uer/a perpendicular a la superficie 1 & 2rea de la superficie
Unidades:
N
=
Pasc
). P& P&es esi% i%nn *id& *id&os ost+ t+ti ti!a !a:: Es la que se e3perimenta dentro de un liquido y se debe al peso del liquido que se encuentra por encima del punto considerado. a presión hidrostática hidrostática )para líquidos líquidos en reposo* es igual al producto del peso específico del líquido por la altura con respecto al nivel libre del líquido.
& "ensidad 'elativa &"ensidad del cuerpo
E(emplo# ρ
=
2
"onde# ρ C
9800
"onde#
3
ρ C
ρ r
m3
=
.;
1000kg
2. Dens Densid idad ad Rela Relati tiva va:: Es la relación entre la densidad de un cuerpo y la densidad de otro que se toma como referencial referencial para los sólidos sólidos y líquidos, líquidos, con referencia a la densidad del agua. ρ r =
1ton
F
"ensidad m # $asa % # %olumen =
dm
=
$. Rel Rela!i a!i%n %n ent&e ent&e el el eso eso ese!i# ese!i#i!o i!o ' la la densi densidad dad
ρ #
H 2 O
1kg 3
(. P&esi%n: Es una magnitud tensorial )no es vectorial ni escalar* que mide la fuer/a perpendicular al área sobre el cual se aplica.
=
"onde#
ρ
=
v & %olum olumen en
r )aceite* &
+ ρ aceite & .- g cc ρ r
=
0.8 g / cc 1 g / cc
;
w
P A ∴
ρ r ( aceite )
=
0 .8
A
P s
=
γ v
s
=
γ . s.h
s
=
γ L .h
S
h
3. Peso Ese!"#i!o: Se llam llamaa tamb tambié iénn grav graved edad ad específica! es el peso por unidad de volumen de un
=
A
B
h
h
C
1, >, 5# forman una línea de igual presió sión llamada 6sóbara
4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 5657 %E'187 E8E'7 4 $1'97 :;<6 Pag. =
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4. P&in!i P&in!iio io F5nd F5nda6en a6ental tal De De La *id& *id&ost ost+ti +ti!a: !a: a "iferencia entre las presiones de dos puntos de un mismo mismo líquido es igual al peso específico específico del líquido por la distancia vertical entre ellos )h*
A
P> 4 P1 & . h
h B
7. P&in P&in!i !ii ioo de Pa Pas! s!al al ?En un liquido la presión se trasmite uniformemente y con el mismo valor en todas las direcciones.@ 8. P&ens &ensaa *id&+5 d&+5lili!a !a:: "isp "ispos osititivo ivo que que const constaa de dos dos émbolos o pistones de diferentes tamaAos y que se utili/a para multiplicar la fuer/a. F1
F
2
A1
A
e
2
2
e1
A1
=
:. os os piston pistones es de una prensa prensa hidr hidráu áulilica ca tien tienen en :cm :cm y :cm de diámetro, respectivamente. JCué fuer/a debe aplicarse al pistón de menor diámetro para obtener en el pistón de mayor diámetro una fuer/a de I toneladas+ a* I kg b* : kg c* H kg d* I kg e* = = kg
G. En una prens prensaa hidrául hidráulic icaa de tubo tuboss circula circulares res se aplic aplicaa una fuer/a de -8. JCué peso se podrá levantar siendo los diámetros : y = cm+ a* - 8 b* =: 8 c* : 8 d* : 8 e* - 8 H. "os líqui líquidos dos no miscibl miscibles es están están en equil equilibr ibrio io tal tal como como se muestra en la figura. "eterminar la relación entre las presiones hidrostáticas en los puntos 1 y >.
P= & P: F 1
=. Cué volu volumen men de agua agua en litr litros os se debe debe aAad aAadirir a un litr litroo de le(ía de sosa de densidad relativa al agua, =,G! para que su densidad sea =,:. a* .: b* .H c* .d* .I e* =
F 2 A2
A2 Ventaja Mecánica: A1
19. P&in!i P&in!iio io de A&5"6 A&5"6ede edess Bodo cuerpo sumergido en un líquido total o parcialmente e3perimenta una fuer/a hacia arriba llamada ?Empu(e hidrostático@ que es igual al peso del líquido desalo(ado por el cuerpo. E
a* :G b* K c* GI d* HG e* G:
2
I. I. El diag diagra rama ma mues muestr traa los los nive nivele less de los los líqu líquid idos os equilibrados. Falle la presión de nitrógeno si la presión del del aire aire en el manó manóme metr troo regi regist stra ra = = g cm:. a densidad del aceite empleado es ,; gcmG N2
VS
AIRE
ACEITE VS
AGUA
50cm
P
B
A
#0 !".
PLIQUIDO= Vs
%s & %olumen sumergido E & P6CD6"7 "ES171"7 E=
LIQUIDO.
V
30 !".
Hg
a* ;- g cm: d* =H g cm:
b* L- g cm: e* H: g cm:
c* M; g cm:
s
E & Empu(e hidrostático
OSER,ACIN: El Empu(e Fidrostático se debe a una diferencia de presiones entre la parte inferior y la parte superior del cuerpo, por lo tanto, para que e3ista empu(e debe haber líquido en la parte inferior del cuerpo. PROLEMAS
35cm
;. "ete "eterm rmin inar ar el valo valorr de la fuer fuer/a /a ?0@ nece necesa saririaa para para mantener mantener al sistema sistema en la posición mostrada, sabiendo sabiendo que el peso específico del líquido es de =,:I g cc. 2rea del pistón despreciable :Hcm: a* 10 kg b* 8 kg c* 3 kg d* 5 kg
F $0!"
4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 5657 %E'187 E8E'7 4 $1'97 :;<6 Pag. :
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e* # kg M. En la figu figura ra se muest muestra ra los los balo balone ness de gas gas que que se comu comuni nica cann con con el mercu mercuririo. o. Sien Siendo do la lect lectur uraa del del baróme barómetro tro 1 de =- NPa. NPa. "eterm "etermina inarr la lectur lecturaa del barómetro >. a* b* c* d* e*
L,-H L-,H L,-H L-,H L-H
B
A
Pa NPa NPa Pa Pa
7º
100cm
20cm
-. "ete "eterm rmin inar ar la pre presi sión ón Fidr Fidrost ostát átic icaa )en G punto ?1@. ρ aceite & ,-g cm a* = b* c* G d* I e* H
##!"
5!"
#5!"
g cm:*
en el
A
ACEITE
AGUA
L. JCue JCue tiemp tiempoo en segun segundo doss tard tardar aráá un cuerp cuerpoo cuya cuya masa es de -Og y peso especifico & ,- g cc para llegar a ?>@si su velocidad en ?1@ es cero. a* = b* G c* =.I d* : e* H
B AGUA
1%.$"
=. Dn cuerpo cuerpo pesa pesa =8 en el aire aire A-8 en el agua agua y ;8 en un liquido ?@. Fallar la densidad de ?@ en el sistema internacional a* : NgmG b* =I NgmG c* =- NgmG d* =: NgmG e* :I NgmG ==. Dn depó depósi sito to de :m: de área de fondo, esta lleno con agua hasta una altura ?F@. Si en la superficie se coloca un bloque de madera de =: kg se observa que el nivel de agua aumenta en un IQ de F. "eterminar la altura de ?F@ a* .; m b* .- m c* = m d* =.: m e*=.I m =:. "os esfe esferas ras iguale igualess de =-cc =-cc de volu volumen men y G g cc de peso específicos se encuentran en el equilibrio como se muestra en la figura. 5alcular la deformación de los resortes que sostienen al bloque de IHcc y - g cc, si la O & ; g cm a* G cm
b* c* d* e*
; cm L cm =: cm =Icm
=G. Dn bloque bloque de madera cuyas cuyas dimensio dimensiones nes son# :cm, :cm, =cm y ;cm, flota en el agua con su superficie mayor hori/ hori/on onta tal.l. Si su dens densid idad ad es ,M g cc .Cue altura emerge fuera del agua+ a* H.: cm b* G.; cm c* :.= cm d* =.- cm e*=.Icm =H. 5uál es la mínima mínima área área que deberá tener un bloque bloque de hielo de Icm Icm de espesor espesor para que la persona persona de I kg de peso no se mo(e los pies+.
)
γ hielo & ,L g cc*
a* = m: b* = m: c* I m: d* I m: e*=.: m:
O 2
=I. 5alcul 5alcular ar la acelera aceleración ción )ms )ms:* con que un submarino submarino de G =m y - tone tonela lada das, s, emer emerge ge a la supe superfrfici iciee al e3pulsar toda el agua que lleva en sus tanques de inmersión. )g & =ms :* a* : b* :.I c* H d* H.I e* I
=;. =;. 5uat 5uatro ro pers persona onass trat tratan an de const constru ruirir una una balsa balsa para para recorrer un río. a masa de ellos con sus equipos equipos es de H Og. Fay árboles con diámetro promedio de : cm. R un peso específico relativo de ,-. "eterminar el área mínima mínima de la balsa de troncos troncos que les permitirá permitirá flotar flotar sin mo(arse.
a* = m : d* =G m :
b* == m: e* =H m :
c* =: m :
=M. Dna balsa de forma forma de un paralelep paralelepípedo ípedo flota flota sobre sobre su base con la mitad de su altura dentro del agua, si al subirse un hombre a ella toda la altura queda sumergida en el agua y el con(unto pesa G 8. Fallar el peso del hombre. a* I I8 b* =8 c* =I8 d* :8 e* G8
Gm siendo su =-. =-. Dn ob(e ob(eto to se de(a de(a caer caer desde desde una una h & Gm G densidad :I Ngm . 5alcular la profundidad ?3@ hasta que se sumerge. a* =m b* :m H c* Gm d* Hm e* Im x
Agua 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 5657 %E'187 E8E'7 4 $1'97 :;<6 Pag. G
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1
=L. En la figura figura mostrad mostradaa el volume volumenn del cuerpo cuerpo es G3=< G3=
:. J1 qué altura altura sobre sobre el nive nivell del del mar mar será será necesa necesario rio elevar un barómetro de mercurio para que su columna de líquido líquido descienda : cm+
)" atmosfera & =,:LG Ngm G* a* =:I m
b* =-; m c* := m d* G:- m
e* :I m
:=. Dna repres represaa tiene un muro muro de contenció contenciónn de I m de altura estando el nivel del agua a - m del borde! en la base del muro hay una compuerta rectangular de H m de altura y I m de ancho. JCué fuer/a e(erce el agua sobre la compuerta para que el agua no lo abra+ a* --3=; Pa b* G.;3=I Pa Pa c* =; Pa d* -3=; Pa e* ;,G3=; Pa
ρ
3
=
1000 kg / m
=
3
3000 kg / m
ρ
2
=
2000 kg / m
3
3
a* =;INgmG b* =MINgmG c* =INgmG d* =-NgmG e* =-INgmG :I. :I. J5on J5on que que acel aceler erac ació iónn ?a@ ?a@ asce ascend nder eráá por por el plan planoo inclinado el bloque mostrado cuyo peso específico es γ c estando sumergido en un liquido de peso especifico γ . Se sabe además# γ & : γ 5 !
g & L,- ms: a* L,- m s : b* H,L m s : c* :,L m s : d* =L,; m s : e* GL,: m s :
"
30!
:;. Dna barra barra uniform uniformee de ; m de longitud longitud se mantie mantiene ne en la posición mostrada apoyado en un borde rugoso del recipie recipiente nte que contie contienen nen agua. agua. "eterm "etermina inarr el peso peso específico de la barra. a* : Ogf m G 2" H Ogf m G b* ; Ogf m G c* 2" G - Ogf m d* = Ogf m G e*
::. ::. Dn cub cuboo de : m de aris arista ta que que pesa pesa G G 8 se soporta mediante el sistema que se muestra en la figura. a esfera tiene la mitad de su volumen sumergida en agua y su peso es L 8! el volumen de la esfera, en mG es# a* I8 b* ;8 c* M8 d* -8 e* L8
:G. a figura figura muestra muestra una balan/a balan/a de bra/os bra/os desiguales desiguales en equilibrio. 1l sumergirse el bloque $ en el agua se necesita que una masa m1 sea colocada en el punto 1 para que los bra/os de la balan/a queden nuevamente en equilibrio en posición hori/ontal. 5alcular el empu(e que sufre el bloque $ al sumergirse en el agua. a* m1 & 2& b* m1 : c* m1 . g d* g : A e* m1 . g : & m
:H. Dn recipient recipientee contie contiene ne G líquid líquidos os no miscib miscibles! les! en el interior un cuerpo flota con el :IQ de su volumen sumergido sumergido en el líquido G y el GIQ de su volumen en el líquido :. "eterminar la densidad del cuerpo. 4444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 5657 %E'187 E8E'7 4 $1'97 :;<6 Pag. H
