Curso: Mecánica de Fluidos LABORATORIO Nº2 Presión Hidrostática en Superficies Sumergidas Profesor: Ing. Jose Luis Curay Tribeño Alumnos: Canales Pino Jordi Mijael Quispe Peña Franklin Gabriel
Grupo: 02T/94G Fecha de realización: 22/05/17 Fecha de entrega : 29/05/17
1513110141 1513120479
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INDICE
INTRODUCCIÓN _____________________________________________ 3
FUNDAMENTO TEÓRICO ______________________________________ 3
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y RESUMEN DE LA EXPERIENCIA __________4
ANÁLISIS DE RESULTADOS _____________________________________8
CONCLUSIONES ______________________________________________8
BIBLIOGRAFIA _______________________________________________8
APENDICES __________________________________________________9
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I.
INTRODUCCION Objetivos: a) Determinar experimentalmente la magnitud de la fuerza de presión hidrostática que actúa sobre una superficie plana sumergida. b) Estimar el porcentaje de error con respecto a la fuerza resultante teórica. Variables:
h´: Nivel de referencia.
h: altura del nivel del agua.
△h: Variación de la altura.
γ: Peso específico.
X: Distancia desde el cero de la regla graduada hasta el centro de gravedad de la pesa.
II.
F: Fuerza resultante con respecto al área sumergida.
R: Radio del anillo.
b: Base.
W: Valor de la pesa.
FUNDAMENTO TEORICO Hidrostática: Es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Presión Hidrostática: Es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido.
..ℎ.ℎ
Peso Específico: Se llama peso específico al peso que posee una sustancia en un determinado volumen.
. . 3
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Fuerzas Hidrostáticas Sobre Superficies Planas Sumergidas: Sobre una superficie plana las fuerzas hidrostáticas forman un sistema de fuerzas paralelas y, a menudo, se necesita determinar la magnitud de la fuerza y el punto de aplicación, el cual se llama centro de presión.
Fuerza Resultante: Es el producto de presiones en el centroide de la superficie y el área superficial.
.ℎ. III.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y RESUMEN DE LA EXPERIENCIA a. El equipo básico tiene la forma de un segmento de anillo de sección rectangular, de radio R=0,265m y sección transversal de base b=0,115m por 0,125 de altura, contrabalanceada y pivoteada en su centro de curvatura y rígidamente conectado a un sistema de pesas. Está montado en la parte superior de un recipiente de paredes transparentes que permiten una visión completa del experimento. El recipiente descansa sobre un soporte de metal con reguladores de nivel. El equipo tiene dos regletas que permitirán tomar lecturas de nivel de agua y desplazamiento de las pesas.
b. Conjunto de pesas de diferente magnitud
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c. Un termómetro
d. Vasos de Precipitado
e. Depósitos para agua
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Pasos a Seguir: 1. Primer Paso: Mida las Dimensiones de R y b. 2. Segundo Paso:
Tome la temperatura del agua y determine el valor del peso específico utilizando la tabla γ & T. 3. Tercer Paso: Nivele el recipiente utilizando las patitas reguladoras y los niveles laterales adheridos al equipo. 4. Cuarto Paso:
Vierta agua en el recipiente hasta que la sección rectangular quede vertical y la parte superior del anillo horizontal. Proceda a equilibrar el anillo utilizando y el eje autorroscante. Anote el valor del nivel de referencia (h´).
Agregue cuidadosamente más agua al recipiente utilizando los depósitos de plástico, hasta una altura arbitraria (h). Equilibre el quipo utilizando una pesa, desplazándola en el carril de pesas. Anote los valores de nivel de agua h, el valor de la pesa W; y, el desplazamiento de la pesa, X.
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5.
Quinto Paso: Retire el agua del recipiente hasta el nivel de referencia h´, recalibre nuevamente el contrapeso con respecto al nivel de agua h´.
6.
Sexto Paso: Repita el procedimiento 4 y 5, para dos alturas adicionales, h, diferentes, agregando más agua al recipiente.
Experiencia N˚1:
Se llenó el recipiente con agua hasta una altura en la cual la sección rectangular quede vertical y la parte superior del anillo horizontal (h´=0,091m), la temperatura del agua fue de 17˚C, luego se procedió a echar más agua hasta una cierta altura (h=0.123m) y se
procedió a equilibrar el anillo con una pesa de 86gr cuyo desplazamiento fue de 0.099m.
Experiencia N˚2:
La siguiente medida fue tomada a una altura (h) de 0.155m y para equilibrar el anillo se utilizó una pesa de 330gr cuyo desplazamiento fue de 0.123 m. Las medidas de h´ y T permanecieron constantes.
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Experiencia N˚3:
La siguiente medida fue tomada a una altura (h) de 0.189m y para equilibrar el anillo se utilizó una pesa de 655gr cuyo desplazamiento fue de 0.149 m. Las medidas de h´ y T permanecieron constantes.
IV.
ANALISIS DE RESULTADOS
El sistema nunca estuvo totalmente equilibrado, es decir, la sección rectangular y la parte
superior del anillo nunca quedaron de forma vertical y horizontal respectivamente, pero su inclinación era tan insignificante que se despreció en el experimento. Observamos que a medida que aumenta la altura de la superficie sumergida aumenta el
peso y el desplazamiento de la pesa. Los conocimientos adquiridos debido al desarrollo de esta experiencia, nos pueden ser
útiles en un futuro y en nuestra vida profesional.
V.
CONCLUSIONES
Se pudo concluir que a medida que aumenta la altura de la superficie sumergida la fuerza
de presión hidrostática también aumenta. Pudimos entender que a causa de errores del material y humanos al momento de efectuar
las mediciones y al eliminar algunos decimales al momento de realizar los cálculos el resultado es aproximado.
VI.
BIBLIOGRAFIA Yunus A. Cengel-John M.Cimbala. Mecánica de fluidos: Fundamentos y Aplicaciones. Ed Mc Graw Hill. Ronald Fox-A. MCdonald. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Ed Mc Graw Hill. http://www.hiru.eus/fisica/presion-hidrostatica-el-principio-de-arquimedes 8
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http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml http://www.walter-fendt.de/ph11s/hydrostpr_.shtml
VII.
APENDICES
TABLA DE DATOS EXPERIENCIA
h´ (m)
h (m)
W (N)
X (m)
1
0,091
0,123
0,843
0,099
2
0,091
0,155
3,237
0,123
3
0,091
0,189
6,425
0,149
TABLA DE RESULTADOS
R = 0,265 m
b = 0,115 m
EXP.
h’
h
W
X
h
F experim.
F teórica
No.
(m)
(m)
(N)
(m)
(m)
(N)
(N)
1
0,091
0,123
0,843
0,099
0,032
0,328
0,577
2
0,091
0,155
3,237
0,123
0,064
1,633
2,309
3
0,091
0,189
6,425
0,149
0,098
4,120
5,415
%Error
43,05 29,15 23,77
CALCULOS A OBTENER
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA RESULTANTE EXPERIMENTAL.
La sumatoria de momentos de las fuerzas actuantes con respecto al centro de curvatura deber ser cero, por tanto:
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W X
h F R 3
F
W X
h R 3
Para la experiencia 1:
Para la experiencia 2:
0,843×0,099 . ∆ℎ − 3 0,265− 0,032 3 0,328 3,237×0,123 . ∆ℎ − 3 0,265− 0,064 3 1,633
Para la experiencia 3:
6,425×0,149 . ∆ℎ − 3 0,265− 0,098 3 4,120
DETERMINACIÓN DE LA FUERZA RESULTANTE TEÓRICA.
F
h b h 2
h A
Peso específico a 17 C es 9788 ⁰
Para la experiencia 1:
(∆ℎ2)∆ℎ 9788(0,032 2 )0,115×0,032 =0,576 10
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Para la experiencia 2:
(∆ℎ2)∆ℎ 9788(0,064 2 )0,115×0,064 2,305
Para la experiencia 3:
(∆ℎ2)∆ℎ 9788(0,098 2 )0,115×0,098 5,405
Determinación del porcentaje de error:
% error
F
teor .
F exp.
F teor .
x 100
Para el caso 1:
0,328 ×100 43,05 % % 0,576− 0,576
Para el caso 2:
− 1,633 ×100 29,15 % % 2,3052,305
Para el caso 3:
4,120 ×100 23,77 % % 5,405− 5,405
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