¡Bienvenidos jóvenes Bachilleres!, que cursan el cuarto semestre, en
la asignatura de "FÍSICA II" , de acuerdo al plan de estudios vigente de la DGB, en especial a estudiantes del COBAEM, plantel Tarímbaro.
Este espacio te será de gran utilidad para reforzar tus conocimientos
previamente adquiridos en el aula, espero te
sea de utilidad.
La hidráulica es la parte
de la física que estudia la mecánica de los fluidos; su estudio es importante
ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos
y las técnicas para el mejoraprovechamiento de las aguas.
Para su estudio se divide en dos grande áreas:
LA HIDROSTÁTICA
LA HIDRODINÁMICA
La
hidrostática:
tiene por objetivo estudias a los líquidos en reposo. Se fundamenta
en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal o la paradoja hidrostática
de Stevin; mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los
fluidos, y al estudio de sus características generales. Comúnmente los
principios de la hidrostática también se aplican a los gases.
La hidrodinámica: .
Es la parte e la hidráulica que estudia el comportamiento delos
líquidos en movimiento. Para ello considera, entre otras cosas: la velocidad, la
presión, el flujo y el gasto del líquido.
En el estudio
de la hidrodinámica, el teorema de Bernoulli, que trata de la Ley de la
Conservación de la Energía, es de primordial importancia, pues señala que la
suma de las energías cinética, potencial y de presión de un líquido en movimiento
en un punto determinado es igual a la de otro punto cualquiera. La mecánica de
los fluidos estudia las características de un fluido viscoso en el cual se
presenta fricción. Un fluido es compresible cuando su densidad varía de acuerdo
con la presión que recibe; tal es el caso del aire y otros gases estudiados por
la aerodinámica. La hidrodinámica investiga fundamentalmente a los fluidos
incomprensibles, es decir, a los líquidos, pues su densidad casi no varía
cuando cambia la presión ejercida sobre ellos.
DENSIDAD
Y PESO ESPECÍFICO.
Densidad.
La densidad de una sustancia, también llamada masa
específica, es una propiedad característica o intensiva de la materia y expresa la masa de dicha sustancia entre la
unidad de volumen que ocupa.
Peso
específico.
El peso específico de una sustancia se determina
dividiendo su peso entre el volumen que ocupa:
EJEMPLOS O EJERCICIOS DEL CÁLCULO DE LA DENSIDAD.
EJEMPLO 1.
EJEMPLO 2.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y ELECTRÓNICAS :
Pérez
Montiel, Héctor. Física 2. México,
2a
Ed.,
Grupo Editorial Patria Cultural, 2013.
Pérez
Montiel, Héctor. Física General.
México, 4ta Ed., Grupo Editorial Patria Cultural, 2010.
La presión se define como fuerza por unidad de área.
Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente
es más conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad estándar de presión
es el Pascal, el cual es un Newton por metro cuadrado.
Para un objeto descansando sobre una superficie, la
fuerza que presiona sobre la superficie es el peso del objeto, pero en
distintas orientaciones, podría tener un área de contacto con la superficie
diferente y de esta forma ejercer diferente presión.
Donde:
P = presión en N/m²=pascal
F = fuerza perpendicular a la superficie en
newtons (N)
A = área o
superficie sobre la que actúa la fuerza en metros cuadrados (m²).
PRESIÓN HIDROSTÁTICA.
La presión
hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes
del recipiente que lo contiene.
Esto se debe a
la fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada; la
presión aumenta conforme es mayor la profundidad.
La presión
hidrostática en cualquier punto puede calcularse multiplicando el peso
específico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del
líquido hasta el punto considerado.
Ph = Peh
o
bien
Ph=rgh
Donde:
Ph= Presión
hidrostática en N/m²
r= densidad del
líquido en kg/m³
Pe= peso
específico del líquido en N/m³
g= aceleración
de la gravedad, igual a 9.8 m/s²
h=altura de la
superficie libre al punto en metros (m).
La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del
recipiente que los contiene. Dicha presión actúa en las direcciones y sólo es
nula en la superficie libre del líquido. A esta presión se le llama
hidrostática.
PRESIÓN MANOMÉTRICA.
Esta
presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión atmosférica.
Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión
atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es
superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo
el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro
PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada
atmósfera. El aire, que es una mezcla de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1%
de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que
están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica.
La presión atmosférica varía con la altura, por lo que
al nivel del mar tiene su máximo valor o presión normal equivalente a:
1
atmósfera= 760 mm de Hg
=
1.013 x 105 N/m2
PRESIÓN ABSOLUTA.
Esta equivale a la sumatoria de la presión manométrica
y la atmosférica. La presión absoluta es,
por lo tanto superior a la atmosférica, en caso de que sea menor, se
habla de depresión. Ésta se mide en relación al vacío total o al 0 absoluto.
La característica
estructural de los fluidos hace que en ellos se transmitan presiones, a
diferencia de lo que ocurre en los sólidos, que transmiten fuerzas.
Este comportamiento fue
descubierto por el físico francés Blaise Pascal (1623-1662) , quien
estableció el siguiente principio:
“Un cambio de
presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin
alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y
actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen”.
Donde:
F1 = Magnitud
de la fuerza aplicada en el embolo uno en Newton(N).
A1 = Área del
embolo uno en m2 .
F2 = Magnitud
de la fuerza aplicada en el embolo dos en Newton(N).
A2 = Área del
embolo dos en m2 .
El principio de Pascal
fundamenta el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas:
la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la grúa, entre otra
El principio de Arquímedes nos
indica que “todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente
llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo”.
Este principio lo aplicamos
cuando nadamos, cuando tiramos un objeto al agua; el objeto se hunde si su peso
es mayor que el peso del fluido desalojado (desplazado). El objeto flota cuando
su peso es menor o igual al peso del fluido
desplazado.
El peso del fluido desplazado o fuerza
de empuje ejercida por el líquido está dada por la expresión:
E = ρliq V
g
Donde:
E = es el empuje
V = el volumen que
desplaza el cuerpo
ρliq =
la densidad del líquido donde se sumerge el cuerpo
g = 9.81 m/s2
Como el peso
específico (Pe) de la sustancia está dado por:
