FISICA

viernes, 25 de marzo de 2016

Escalas de diferencia

miércoles, 2 de marzo de 2016

“Torricelli”

El teorema de Torricelli o principio de Torricelli es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad.

La velocidad de un líquido en una vasija abierta,
por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera,
cayendo libremente en el vacío desde el nivel
del líquido hasta el centro de gravedad del orificio.

¿Cómo se puede calcular la velocidad de un líquido cuando se abre la llave?

Para saber la velocidad del agua en una tubería empalmamos en ella un tubo en forma de T de menor sección, colocamos tubos manométricos A y B, medimos la diferencia de altura (5 cm) entre los niveles superiores del líquido en tales tubos.

- sabiendo que la sección del tubo estrecho es 10 veces menor que la tubería, calcular la velocidad del líquido en esta.

- calcúlese el gasto, si el área de la sección mayor es 40 cm²

El gasto en una tubería por la que circula agua es 208 1/S. En la tubería hay instalado un medidor de venturi con mercurio como liquido manométrico. Si las secciones de las tuberías son 800 y 400 cm², calcular el desnivel h que se produce en el mercurio. Dato: densidad del mercurio 13.6 gr/cm³.

Dos depósitos abiertos muy grandes A y F, contienen el mismo líquido. Un tubo horizontal BCD que tiene un estrechamiento en C, descarga agua del fondo del depósito A, y un tubo vertical E se abre en C en el estrechamiento y se introduce en el líquido del depósito F. si la sección transversal en C es la mitad que en D, y si D se encuentra a una distancia h₁por debajo del nivel del líquido en

A. ¿A qué altura h₂ alcanzara el líquido en el tubo E?. Expresar la respuesta en función de h_1.

“Bernoulli y venturi”

El teorema de Bernoulli es también conocido como el teorema de trabajo-energía en los fluidos. Bernoulli considera que en una tubería que posee una elevación, la presión es menor en la parte más alta.

Para determinar el teorema de Bernoulli se relaciona el principio de la conservación de la energía que involucra energía cinética y la energía potencial.

El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor. En ciertas condiciones, cuando el aumento de velocidad es muy grande, se llegan a producir presiones negativas y entonces, si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido de este conducto, que se mezclará con el que circula por el primer conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

martes, 1 de marzo de 2016

FLUIDOS EN MOVIMIENTO

HIDRODINAMICA:

Es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los 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.

Un fluido también puede moverse o desplazarse, y la hidrodinámica nos ayuda a estudiar este fenómeno. Para facilitar la comprensión de estas características debemos tomar en cuenta las siguientes:

· Los líquidos son incompresibles.

· La viscosidad no afecta el movimiento del fluido, es decir la fricción ocasionada por el paso del líquido en las paredes de la tubería se considera despreciable.

· El flujo del líquido a través de las tuberías es estable y estacionario, es decir, no hay turbulencias, si colocamos una partícula dentro del fluido, esta debe seguir la misma trayectoria y adquirir la misma velocidad del flujo.

RELACION DE ENTRADA Y SALIDA:

El gasto es la relación que existe entre la cantidad de volumen del fluido que pasa a través de una tubería en determinado tiempo.

G =

G= gasto ( /s)

V= volumen ( )

t= tiempo (s)

Además, el gasto puede calcularse como:

G= Av

Donde

A= área ( )

v= velocidad (m/s)

Esto se debe a que V= Ad, sustituyendo en G=

Y como v = , entonces: G= Av

El flujo se define como la cantidad de masa de fluido que puede pasar a través de una tubería en determinado tiempo, y se describe como

F= flujo (kg/s)

m= masa (kg)

t= tiempo (s)

También puede relacionarse la densidad para determinar el flujo, ya que queda m=pV, sustituyendo en la fórmula de flujo: F=

Podemos realizar otra sustitución, ya que G= queda: F= Pg

Considerando que el volumen de líquido que entra por la tubería es el mismo que el volumen que sale por ella, podemos obtener una relación denominada ecuación de continuidad.

Esta relación establece que la cantidad de líquido que pasa a través de una tubería angosta, lo hace a mayor velocidad que cuando pasa por una tubería más ancha.

Como el volumen es constante, el gasto también lo es, así que

G1 = G2

Donde

G1= gasto en el punto 1

G2 = gasto en el punto 2

Por lo tanto,

A1v1 =A2 v2

Donde

A1 = área del punto1

v1 = velocidad en el punto 1

A2 = área del punto 2

v2= velocidad en el punto 2

lunes, 29 de febrero de 2016

ARQUIMEDES

Arquimedes fue un matemático griego, estudió en Alejandría, donde tuvo como maestro a Conón de Samos y entró en contacto con Eratóstenes; a este último dedicó Arquímedes su Método, en el que expuso su genial aplicación de la mecánica a la geometría, en la que pesaba imaginariamente áreas y volúmenes desconocidos para determinar su valor. Regresó luego a Siracusa, donde se dedicó de lleno al trabajo científico.

La idea de Arquímedes está reflejada en una de las proposiciones iniciales de su obra Sobre los cuerpos flotantes, pionera de la hidrostática; corresponde al famoso principio que lleva su nombre y, como allí se explica, haciendo uso de él es posible calcular la ley de una aleación, lo cual le permitió descubrir que el orfebre había cometido fraude.

COMO DESCUBRIO QUE LA CORONA DEL REY NO ES AUTENTICA

Sabiendo el volumen y el peso, Arquímedes podría determinar la densidad del material que componía la corona. Si esta densidad era menor que la del oro, se habrían añadido materiales de peor calidad (menos densos que el oro), por lo que el orfebre habría intentado engañar al rey.

Así tomó una pieza de plata del mismo peso que la corona, y otra de oro del mismo peso que la corona. Llenó una vasija de agua hasta el tope, introdujo la pieza de plata y midió la cantidad de agua derramada. Después hizo lo mismo con la pieza de oro. De este modo, determinó qué volumen equivalía a la plata y qué volumen equivalía el oro.

Repitió la misma operación, pero esta vez con la corona hecha por el orfebre. El volumen de agua que desplazó la corona se situó entre medias del volumen de la plata y del oro. Ajustó los cálculos y determinó de forma exacta la cantidad de plata y oro que tenía la corona, demostrando así ante el rey Hierón II que el orfebre le había intentado engañar.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

El principio de arquimedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza¹ recibe el nombre de empuje hidrostatico o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI).

COMO ESTABLCE QUE UN OBJETO SE HUNDE O FLOTA EN UN FLUIDO

Arquímedes observó que al introducirse en el agua, el nivel de ésta subía. Consideró que la cantidad de agua desplazada estaba en relación con su peso. Pensó entonces que con la corona ocurría lo mismo y como el peso (en realidad la masa) dependía de su densidad, una corona que no fuera sólo de oro, desplazaría una cantidad de agua diferente a una de oro puro. Esta experiencia dio pauta para que Arquímedes resolviera el problema de la corona, pero además le permitió establecer lo que ahora conocemos como principio de Arquímedes

FORMULA QUE PROPONE ARQUIMEDES

la formula que propone arquimedes son las siguientes:

$E = m\;g = \rho_\text{f}\;g\;V\;$

o bien

$\mathbf E = - m\;\mathbf g = - \rho_\text{f}\;\mathbf g\;V\;$

donde E es el empuje, ρ_f es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar.

lunes, 22 de febrero de 2016

Tipos de presión y unidades de medida

TIPOS DE PRESIÓN Y UNIDADES DE MEDIDA

La fuerza aplicada sobre un área determinada recibe el nombre de presión. Su expresión matemática es:

P= A
Las unidades que se utiliza en el SI son :

P= presión (N/m2)
F= fuerza(N)
A= area (m2)

La presión sobre una superficie aumenta en relación a la fuerza que se le aplica de manera proporcional. Esto quiere decir que si aumentamos al doble la fuerza entonces la fuerza se aumenta al doble.
A mar área la fuerza se distribuye en toda superficie, haciendo que la presión se vea reducida. En cambio, cuando se aplica fuerza a un área pequeña la presión aumenta, debido a que la fuerza se concentra a un solo punto.

Unidades de presión

Unidad		Factor	Unidad de conversión
Atmosfera Corresponde a la presión "tipo" al nivel del mar.		1.03322745	kilos por cm²
		2.27787662	libras por cm²
		14.69594878	libras por pulgada cuadrada
		29.92125984	pulgadas de mercurio
		33.89853848	pies de agua
	*	760	milimetros de mercurio
	*	1013.25	milibares
		1033.22745280	centímetros de agua
	*	1013.250	dinas por cm²
Bar	*	1000	milibares
	*	1000000	barias
	*	1000000	dinas por cm²
Kilo por centímetro cuadrado		0.96784111	atmósferas
		2.20462262	libras por cm²
		14.22334331	libras por pulgada cuadrada
	*	980.665	milibares
	*	1000	centímetros de agua
		980665	dinas por cm²
Libra por centímetro cuadrado		0.43900534	atmósferas
		2.92639653	kilos por pulgada cuadrada
	*	6.4516	libras por pulgada cuadrada
		13.13559287	pulgadas de mercurio
		14.88163944	pies de agua
		333.64405898	milímetros de mercurio
		444.82216153	milibares
	*	453.59237	gramos por cm²
Libra por pulgada cuadrada		0.06804596	atmósferas
		0.15500031	libras por cm²
		2.03602097	pulgadas de mercurio
		2.30665873	pies de agua
		51.71493257	milímetros de mercurio
		68.94757293	milibares
		70.30695796	gramos por cm²
Pulgada de mercurio		0.03342105	atmósferas
		0.07612903	libras por cm²
		0.49115408	libras por pulgada cuadrada
		1.13292484	pies de agua
	*	25.4	milímetros de mercurio
		33.86388158	milibares
		34.53154908	gramos por cm²
Pie de agua		0.02949980	atmósferas
		0.06719690	libras por cm²
		0.43352750	libras por pulgada cuadrada
		0.88267109	pulgadas de mercurio
		22.41984564	milímetros de mercurio
		29.8906692	milibares
		30.48	gramos por cm²
Milímetro de mercurio		0.00131579	atmósferas
		0.00299721	libras por cm²
		0.01933677	libras por pulgada cuadrada
		0.03937008	pulgadas de mercurio
		0.04460334	pies de agua
		1.33322368	milibares
		1.35950981	gramos por cm²
	*	1333.22368421	dinas por cm²
Milibar		0.00098692	atmósferas
	*	0.001	bar
		0.00224809	libras por cm²
		0.01450377	libras por pulgada cuadrada
		0.02952999	pulgadas de mercurio
		0.03345526	pies de agua
		0.75006168	milímetros de mercurio
		1.01971621	gramos por cm²
	*	1000	dinas por cm²
Gramo por centimetro cuadrado		0.00096784	atmósferas
		0.00220462	libras por cm²
		0.01422334	libras por pulgada cuadrada
		0.02895903	pulgadas de mercurio
		0.03280840	pies de agua
		0.73555924	milímetros de mercurio
	*	0.980665	milibares
	*	1	centímetro de agua
	*	980.665	dinas por cm²
Centímetro de agua		0.980665	milibares
Centímetro de agua	*	1	gramo por cm²
Dina por centímetro cuadrado		0.00000099	atmósferas
	*	0.000001	bar
	*	0.001	milibar
		0.00101972	gramos por cm²
	*	1	baria

las equivalencias mas usuales para conversión de unidades de presión son:

1 lb/ plg2= 6894.76 Pa

1kg/cm2 = 14.22 lb/plg2

1kg/cm2 =98061.6 Pa

presión hidrostatica: se define como la fuerza que ejerce un liquido en reposo sobre la superficie de las paredes del recipiente que lo contiene. Esta fuerza es perpendicular de las paredes del recipiente. El valor de la presión depende de la naturaleza del liquido y la accion de la gravedad.

La presión para un fluido es la misma a una determinada profundidad a la que se mide. Por ejemplo imagina una columna de liquido contenido en recipiente, a medida que la profundidad aumenta, la masa del agua es mayor con respecto a la parte superior del fluido y, por tanto, su peso es mayor.

Si deseamos calcular la presión hidrostatica debemos considerar la masa del liquido tomando en cuenta su densidad, para ello recordamos la formula de densidad anterior.

P= m

Despejado tenemos: m= pV

Y con la formula de peso : W = mg , tenemos lo siguiente: W = pVg , y considerando que el volumen es V= Ah , obtenemos W = pAhg

Finalmente, como el peso es una fuerza, entonces W = F , despejando el area obtenemos: F= pgh

Por lo tanto se obtiene la ecuación matemática: Ph= pgh

PRESIÓN ATMOSFÉRICA:

La presión atmosférica es la presión que ejercen los gases de la atmósfera sobre los cuerpos que se encuentran por debajo de ella, de igual forma con los líquidos. Por ejemplo, la presión arterial depende depende de la presión atmosférica y es un signo vital medido por los médicos para conocer el estado de salud de un individuo.

El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg² (760 mmHg), disminuyendo estos valores con la altitud.

TABLA DE ALTITUDES Y PRESIONES ATMOSFERICAS

EQUIVALENCIAS ATMOSFÉRICAS

Por lo general, la presión atmosférica se mide en atmósfera (atm), y una atmósfera es la presión que ejerce que ejerce con una columna de mercurio de 76 cm de altura por cm2 de sección transversal a una temperatura de 0° C.