Fluidos y Electromagnetis Electromagnetismo mo SERIE 2 M.C. Luis Alfonso Domínguez Carballo
pone ponemo mos s la mano mano fuer fuera a de la +en# +en#an anil illa la de un au#omó+il en mo+imien#o7 aumen#ando la +elocidad a la cual flue el aire7 sen#imos un aumen#o de presión. %&or qué no es es#o una +iolación de la ecuación de ,emoulli'
PREGUNTAS 1.
Expl Expliq ique ue cómo ómo mide ide un médi médic co la presi resión ón sanguínea.
1(. 2i se +ier#e de una #e#era7 el agua #iene una #endencia a salir a lo largo del borde inferior de la boca de salida. Explique.
. Explique por qué una c!imenea m"s al#a crea un me$or #iro para ex#raer el !umo fuera del !ogar. %&or qué no se ex#iende el !umo en el recin#o en que se !alla el fuego'
PROBLEAS 1.9 :n #ubo de (-./ cm de di"me#ro conduce agua que circula a razón de .0 m;s. %Cu"n#o #iempo le #omar" descargar 17088 m( de agua' <.9 1 ! -6 min.
(. )a* Explique cómo puede !acer un pi#c!er para pi#c!er para que la bola se cur+e cur+e a su derec! derec!a a o a su izqui izquier erda da.. %&oda %&odamos mos $us#if $us#ifica icarlo rlo aplic aplicand ando o la ecuaci ecuación ón de ,ernoulli ,erno ulli a una bola que gire así' )b* %&or qué es m"s f"cil lograr una cur+a con una pelo#a de #enis que con una bola de béisbol'
.9 :na manguera de $ardín que #iene un di"me#ro in#erno de 8./ in es#" conec#ada a un aspersor que cons#a simplemen#e de un accesorio con - orificios7 cada uno de 8.8/8 in de di"me#ro. 2i el agua de la mangue manguera ra #iene #iene una +elocid +elocidad ad de (./ f# f#;s ;s77 %a qué +elocidad sale por los orificios del aspersor' <.9 (.41 f#;s.
-. Dos lanc!as de remos que se mue+en paralelamen#e en#re sí en la misma dirección son arras#radas una !acia la o#ra. Dos au#omó+iles que se mue+an paralelamen#e #ambién son arras#rados en#re sí. Explique #al fenómeno con base en la ecuación de ,emoulli.
(.9 La figura mues#ra la confluencia confluencia de dos corrien#es corrien#es que forman un río. :na corrien#e #iene una anc!ura de 4. m7 una profundidad de (.- m7 una +elocidad de .( m;s. La o#ra corrien#e #iene 0.4 m de anc!ura7 (. m de profundidad7 profundidad7 flue a razón de .0 m;s. m ;s. La anc!ura del río es de 18. m la +elocidad de su corrien#e es de .6 m;s. %Cu"l es su profundidad' <.9 (.6 m.
/. %&or qué se +uel+e m"s angos#a la corrien#e de agua al salir por un grifo' 0. %Cómo #raba$a la descarga de un excusado' . %2ería me$or que un aeroplano al despegar se mo+i mo+ies ese e con# con#ra ra el +ien +ien#o #o o con con el +ien +ien#o #o' ' %3 al a#errizar' 4. %Cómo es que un aeroplano puede +olar 5panza5 arriba' 6. 5La forma de pl"#ano carac#erís#ica de la maoría de los bumera bumerang ng no #iene #iene muc!o que +er con su capacidad de re#orno... La cues#ión esencial consis#e en la sección #rans+ersal de los brazos7 la cual debe ser m"s con+exa en un lado que en el o#ro7 corno en el perfil del ala de un aeroplano. Explique. 18. %Cómo se impulsan los p"$aros para remon#ar el +uelo
-.9 2e bombea con#inuamen#e agua que se ex#rae de un só#ano inundado inundado con una +elocidad +elocidad de /.(8 m;s por medio de una manguera uniforme de 6.8 mm de radio. La manguera pasa por una +en#ana si#uada a .68 .68 m sobre sobre el ni+el ni+el del agua. %Cu"n#a %Cu"n#a po#enc po#encia ia proporciona la bomba' <.9 --./ =a##s.
11. Explique por qué no es posible re#irar el fil#ro de pape papell del del embu embudo do de la figu figura ra sopl soplan ando do por por el ex#remo angos#o.
/.9 :n río de 1 m de anc!ura -.( m de profundidad irri rriga una super uperfi fic cie de 4/8 4/88 >m dond donde e la precipi#ación )plu+ )plu+ial* ial* promedio es de -4 cm;a?o. :na cuar#a cuar#a par#e par#e de és#a és#a regres regresa a pos#er pos#erior iormen men#e #e a la a#mó a#mósf sfer era a por por e+ap e+apor orac ació ión7 n7 pero pero el res# res#o o corr corre e
1. De acuerd acuerdo o con la ecuaci ecuación ón de ,emoul ,emoulli7 li7 un aumen# aumen#o o de +eloci +elocidad dad debe debe es#ar es#ar asocia asociado do a una dismin disminuci ución ón de la presi presión. ón. 2in embarg embargo7 o7 cuando cuando
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finalmen#e por el río. %Cu"l es la +elocidad promedio de la corrien#e del río' <.9 1.1 m.
18.9 :n líquido flue por una #ubería !orizon#al cuo radio in#erior es de ./ cm. La #ubería se dobla !acia arriba !as#a una al#ura de 11./ m donde se ensanc!a se une con o#ra #ubería !orizon#al de 0.1- cm de radio in#erior. %Cu"l debe ser el flu$o +olumé#rico si la presión en las dos #uberías !orizon#ales es la misma' <.9 (. m;s
0.9 %Cu"n#o #raba$o efec#@a la presión al bombear 1.m( de agua por un #ubo de 1( mm de di"me#ro in#erno si la diferencia de presión en#re los ex#remos del #ubo es de 1. a#m' <.9 1. x 18/ oule.
11.9 :n #anque es#" lleno de agua !as#a una al#ura B. En una de sus paredes se #aladra un orificio a una profundidad ! ba$o la superficie del agua )+éase figura*. )a* Demues#re que la dis#ancia x desde la base de la pared !as#a donde cae la corrien#e al suelo es#" dada por x F!)B9 !*G1;. )b* &odría #aladrarse un orificio a o#ra profundidad de modo que es#a segunda corrien#e #u+iese el mismo alcance' De ser así7 a qué profundidad' )c* %A qué profundidad debería es#ar el orificio para !acer que la corrien#e de salida caiga al suelo a la dis#ancia m"xima a par#ir de la base del #anque' %Cu"l es es#a dis#ancia m"xima' <.9 a* x F!)B9 !*G1; b* sí7 a una profundidad B9! c* ! B;
.9 La #oma de agua de una presa )+éase la figura* #iene un "rea de sección #rans+ersal de .08 f#. El agua flue en ella a una +elocidad de 1.(( f#;s. En la plan#a Bidroeléc#rica que es#" si#uada a / f# aba$o del pun#o de #oma7 el agua flue a razón de (1 f#;s. )a* Balle la diferencia de presión7 en lb;in 7 en#re la #orna la descarga. )b* Balle el "rea del #ubo de descarga. La densidad promedio del agua es de 0.- lb;f#(. <.9 a* -1.( l!;in b* 8.( f# .
4.9 &or una #ubería con un "rea de la sección #rans+ersal de -.8 cm circula el agua a una +elocidad de /.14 m;s. El agua desciende gradualmen#e 6.00 m mien#ras que el "rea del #ubo aumen#a en .08 cm. )a* %Cu"l es la +elocidad del flu$o en el ni+el inferior' )b* La presión en el ni+el superior es de 1/ >&a !alle la presión en el ni+el inferior. <.9 a* .40 m;s b* /0 >&a.
1.9 :n franco#irador dispara una bala de rifle con#ra un #anque de gasolina7 !aciéndole un orificio a /(.8 m ba$o la superficie de la gasolina. El #anque se !a sellado se !a some#ido a una presión absolu#a de (.18 a#m7 como se mues#ra en la figura. La gasolina almacenada #iene una densidad de 008 >g;m(. %A qué +elocidad comienza la gasolina a salir disparada por el orificio' <.9 (0.( m;s
6.9 Duran#e un !urac"n es#" soplando aire )densidad 1. >g;m(* sobre el #e$ado de una casa a una +elocidad de 118 >m;!. )a* %Cu"l es la diferencia de presión en#re el in#erior el ex#erior que #iende a le+an#ar el #e$ado' )b* %Cu"l sería la fuerza ascensional en un #e$ado de 6( m de "rea' <.9 a* /08 &a b* /786 .
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1(.9 2i una persona sopla aire a una +elocidad de 1/.8 m;s en la par#e superior de un lado de un #ubo en : que con#iene agua7 %cu"l ser" la diferencia en#re los ni+eles del agua en los dos lados' 2uponga que la densidad del aire sea de 1.8 >g;m(. <.9 8.81( m.
1-.9 El agua dulce embolsada #ras la cor#ina de una presa #iene una profundidad de 1/. m. :n #ubo !orizon#al de -.(8 cm de di"me#ro pasa a #ra+és de la cor#ina a 0.1/ m ba$o la superficie del agua7 como se mues#ra en la figura . En la salida del #ubo se !a colocado un #apón. )a* Balle la fuerza de fricción en#re el #apón las paredes del #ubo. )b* 2e re#ira el #apón. %Hué +olumen de agua sale por el #ubo en (.88 !' <.9 a* (- b* 1 m(
10.9 :na $arra con#iene 1/ +asos de $ugo de naran$a. Cuando se abre la espi#a del fondo #ranscurren 1.8 s
para llenar de $ugo un +aso. 2i de$amos la espi#a abier#a7 %cu"n#o #iempo #ardar"n en llenarse los 1+asos res#an#es !as#a ago#ar el $ugo' <.9 (-1.6 s.
1.9 :n #ubo de &i#o# es#" mon#ado en el ala de un aeroplano para de#erminar la +elocidad del aeroplano con relación al aire7 el cual #iene una densidad de 1.8( >gm(. El #ubo con#iene alco!ol e indica una
1/.9 :n sifón es un apara#o para ex#raer líquido de un recipien#e sin inclinarlo. Iunciona corno se mues#ra en la figura. El #ubo debe es#ar lleno inicialmen#e7 pero una +ez se !a !ec!o es#o7 el líquido fluir" !as#a que el ni+el descienda por deba$o de la aber#ura del #ubo en A. El líquido #iene una densidad p una +iscosidad despreciable. )a* %A qué +elocidad sale el líquido del #ubo en C' )b* %Cu"l es la presión del líquido en el pun#o m"s ele+ado ,' )c* %Cu"l es la maor al#ura ! posible a la que el sifón puede ele+ar el agua' <.9 a* JC Fg)dK!G1; b* &, &8 9 aguag)!1KdK!* c* x 18.(( m
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878 cm en el pun#o (. La superficie del depósi#o es mu grande comparada con las secciones #rans+ersales del conduc#o. a* Calc@lese la presión manomé#rica en el pun#o . b* Calc@lese el caudal expresado en me#ros c@bicos por segundo. <.9
diferencia de ni+el de 0. cm. %Cu"l es la +elocidad del aeroplano respec#o al aire' La densidad del alco!ol es de 418 >gm( . <.9 + -8(.4 m;s.
14.9 :na placa cuadrada de 6.18 cm de lado -44 g de masa es#" embisagrada a lo largo de uno de los lados. 2i se sopla aire sobre la superficie superior @nicamen#e7 %qué +elocidad debe #ener el aire para man#ener !orizon#al a la placa' El aire #iene una densidad de 1.1 >g;rn(. <.9 + (8.6 m;s. 16.9 :n aeroplano #iene un "rea #o#al )de las dos alas* de / m. A cier#a +elocidad del aire7 és#e flue sobre la superficie superior del ala a razón de -6.4 m;s sobre la superficie inferior del ala a (4. m;s. )a* Balle la masa del aeroplano. 2uponga que el aeroplano +ia$a a +elocidad cons#an#e que los efec#os de la fuerza ascensional asociados con el fusela$e el con$un#o de la cola son peque?os. Explique la fuerza ascensional si el aeroplano7 que +uela a la misma +elocidad que el aire es#" )b* en +uelo ni+elado )c* ascendiendo a 1/ N )d* descendiendo a 1/ N. La densidad del aire es de 1. 1 >g;m(. <.9 a* m 1/(.(4 m b*7 c* d* el "ngulo no afec#a
(. El "rea de la sección #rans+ersal de una #ubería !orizon#al por la que circula agua es de 18 cm . En una sección7 el "rea de la sección #rans+ersal es de / cm. La diferencia de presiones en#re ambas secciones es (88 &a. %Cu"n#os me#ros c@bicos de agua saldr"n de la #ubería en 1 minu#o' <.9
8. :n #ubo de Jen#uri #iene un di"me#ro de /.- cm una gargan#a de 11.( cm de di"me#ro. La presión del agua en el #ubo es /.1 >&a en la gargan#a es de (.0 >&a. Calcule el Oas#o a #ra+és del #ubo. <.9 H .81 m(;s
-. Dos depósi#os abier#os mu grandes A I )+éase figura*7 con#ienen el mismo líquido. :n #ubo !orizon#al ,CD que #iene un es#rec!amien#o en C sale del fondo del depósi#o A7 un #ubo +er#ical E se abre en el es#rec!amien#o de C se in#roduce en el líquido del depósi#o I. 2upóngase que el régimen es laminar que no !a +iscosidad. 2i la sección #rans+ersal en C es la mi#ad que en D si D se encuen#ra a una dis#ancia !7 por deba$o del ni+el del líquido en A7 %qué al#ura ! alcanzar" el líquido en el #ubo E' A* Exprésese la respues#a en función de ! 1. Despréciense las +ariaciones de la presión a#mosférica con la al#ura. <.9
1. Ilue agua por un #ubo de (.8 mm de di"me#ro que #iene un es#rec!amien#o de ./ mm de di"me#ro. 2i el ni+el del agua en los #ubos +er#icales es 1.1 m 1.8 m7 como se ilus#ra en la figura7 %cu"l es la +elocidad del agua en el #ubo de (.8 mm de di"me#ro' <.9 1.1 m;s.
/. La diferencia de presión en#re la conducción principal el es#rec!amien#o de un medidor de Jen#uri es de 18/ &a. Las "reas de la conducción el es#rec!amien#o son 8.1 m 8788/ m7 respec#i+amen#e. %Cu"n#os me#ros c@bicos por
. Desde un depósi#o flue agua en régimen es#acionario7 como se ilus#ra en la figura. La al#ura del pun#o 1 es 18 m7 la de los pun#os ( es 1 m. La sección #rans+ersal en el pun#o es de 878- m de
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segundo circulan por el conduc#o' El líquido del conduc#o es agua. <.9
Entregar esta serie contestada correctamente el día del examen como condición para presentarlo.
0. La sección #rans+ersal del #ubo ilus#rado en la figura es de -8 cm en las par#es anc!as de 18 cm en el es#rec!amien#o. La descarga del #ubo es de (7888 cm(;s. a* B"llense las +elocidades de las par#es anc!a es#rec!a. b* B"llese la diferencia de presión en#re es#as par#es7 c* B"llese la diferencia de al#ura ! en#re las columnas de mercurio del #ubo en :. <.9
Día del examen: Viernes 28 de Septiembre de 2007.
[email protected] . 2e u#iliza agua como líquido manomé#rico en un #ubo de &i#o# mon#ado en un a+ión para medir la +elocidad del aire. 2i la diferencia m"xima de al#ura en#re las columnas de líquido es de 8.1 m7 %cu"l es la +elocidad m"xima del aire que se puede medir' La densidad del aire es 1.( >g;m (. <.9
http://.tochtli.fisica.uson.mx
4. 2upóngase que el líquido manomé#rico del problema an#erior es mercurio. %Cu"l es la +elocidad m"xima del aire que se puede medir' <.9 6. En un experimen#o realizado en un #@nel aerodin"mico7 la presión sobre la superficie superior del ala de un a+ión fue de 8.68 x 18/ &a la presión sobre la superficie inferior de 8.61 x l8 / &a. 2i el "rea de cada superficie es -8 m 7 %cu"l es la fuerza de sus#en#ación ne#a sobre el ala' <.9 (8.:n a+ión de 07888 >g de masa #iene un ala de 08 m de "rea. 2i la presión sobre la superficie inferior del ala es de 8.08 x 18 / &a en +uelo !orizon#al a una al#ura de -7888 m7 %cu"l es la presión sobre la superficie superior del ala' <.9
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