TÍTULO: ESTADÍSTICA
DE FLUIDOS
NOMBRE DE LA ESCUELA:
CBTIS 243
ALUMNO(A): CINTHYA
CITLALY SÁNCHEZ CASTRO
NOMBRE DE LA MATERIA:
FÍSICA II
TEMAS DEL TRABAJO:
- DENSIDAD
- PESO ESPECÍFICO
- EMPUJE
- PRESIÓN
- HIDROSTÁTICA
NOMBRE DEL
FACILITADOR DE LA MATERIA: MAUGRO JOSEIM GÓMEZ ROBLERO
FECHA DE ENTREGA:
16/09/2015
INDICE
Objetivos………………………….3
Introducción ……………………...4
Desarrollo del tema ……..……….5
Conclusiones ……………………..11
Referencias consultadas ……......13
OBJETIVOS
Al término de éste trabajo, tendré la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de hidrostática e hidrodinámica a problemas prácticos que involucren fluidos newtonianos. También sabré sobre los conceptos de densidad, Peso específico, Empuje, Presión, Hidrostática.
INTRODUCCIÓN
La estática de fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y el de Arquímedes pueden considerarse consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas características diferentes. En la atmósfera se dan los fenómenos de presión y de empuje que pueden ser estudiados de acuerdo con los principios de la estática de gases.
Se entiende por fluido un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a la del recipiente que los contiene. La materia fluida puede ser trasvasada de un recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no puede mortificarse apreciablemente por compresión. Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos.
El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la estática de fluidos, una parte de la física que comprende la hidrostática o estudio de los líquidos en equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en equilibrio y en particular del aire.
DENSIDAD
la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:
La unidad es kg/m³ en el SI.
Como ejemplo, un objeto de plomo es más denso que otro de corcho, con independencia del tamaño y masa.
PESO ESPECÍFICO
El peso es la fuerza que ejerce el planeta para atraer a los cuerpos. La magnitud de la fuerza en cuestión también se conoce como peso. Peso, por otra parte, se suele usar como sinónimo de masa, aunque este concepto nombra específicamente el nivel de materia del cuerpo (más allá de la fuerza gravitatoria).
Con esto en mente, podemos definir la noción de peso específico, que es el vínculo existente entre el peso de una cierta sustancia y el volumen correspondiente. Puede expresarse en newtons sobre metro cúbico (en el Sistema Internacional) o en kilopondios sobre metro cúbico (en el Sistema Técnico).
Es importante destacar que el kilopondio (también conocido como kilogramo-fuerza) es la fuerza que ejerce la gravedad del planeta Tierra sobre una masa de un kilogramo. Esto quiere decir que el valor del peso específico expresado en kilopondios sobre metro cúbico resulta equivalente al valor de la densidad (que se expresa en kilogramos sobre metro cúbico).
El peso específico, por lo tanto, es el peso de una sustancia por unidad de volumen. La densidad, por otra parte, refiere a la masa de una sustancia por unidad de volumen y se obtiene a través de la división de una masa conocida del material en cuestión por su volumen. Si tomamos el caso del agua congelada, advertiremos que su peso específico es de 9170 newton sobre metro cúbico, mientras que su densidad es de 0,917 kilogramos sobre metro cúbico. Si bien la densidad y el peso específico son conceptos diferentes, tienen una estrecha relación entre sí. Por ejemplo, si tomamos la fórmula del peso de un cuerpo (P = m . g, masa por aceleración de la gravedad) y la usamos para sustituir la variable p en la fórmula de peso específico (Pe = p / V, peso sobre volumen), obtenemos lo siguiente: Pe = m.g / V. Esto también puede expresarse como Pe = m/V . g y, dado que la densidad es la masa sobre el volumen, puede concluirse que el peso específico es igual a la densidad multiplicada por la aceleración de la gravedad: Pe = d . g.
Conocer el peso específico de un cuerpo puede ser muy importante a nivel industrial para determinar cuáles son las mejores condiciones para su procesamiento, por ejemplo. Todo dependerá de las características del producto que se planea obtener. Gracias a la determinación del peso específico, y también en algunos casos de la densidad, se puede obtener la mejor calidad física y fisiológica de ciertos productos, tales como el arroz, el vino (a través del análisis del mosto, ya que a mayor peso específico, mayor contenido de azúcar), las gemas y el cemento.
Peso específico relativo
Se denomina peso específico relativo de una sustancia dada es su peso unitario dividido por el peso unitario del agua cuando se destila a una temperatura de 4 °C. Este valor se usa para la predicción del peso unitario de un suelo, para realizar el análisis de hidrómetro y para el cálculo de la relación de vacíos de un suelo. Para los granos es el valor considerado promedio y por lo general sirve para llevar a cabo la clasificación de sus minerales. Cabe mencionar que este concepto también se denomina gravedad específica.
Cuando se desea determinar el peso específico relativo de un suelo se establecen dos procedimientos: uno para aquéllos que consisten de partículas más pequeñas de 5 milímetros; otro para los restantes. Por medio de un tamiz número 4 es posible realizar dicha clasificación, para aplicar el método que corresponda a cada muestra, luego de lo cual se deberá obtener el promedio ponderado de ambas.
EMPUJE
El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria (reacción). Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleración a, experimentada por la masa:
PRESIÓN
En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica: P = F/S
Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2
Otra unidad muy utilizada para medir la presión, aunque no pertenece al Sistema Internacional, es el milímetro de mercurio (mm Hg) que representa una presión equivalente al peso de una columna de mercurio de 1 mm de altura. Esta unidad está relacionada con la experiencia de Torricelli que encontró, utilizando un barómetro de mercurio, que al nivel del mar la presión atmosférica era equivalente a la ejercida por una columna de mercurio de 760 mm de altura. En este caso la fuerza se correspondería con el peso (m·g) de la columna de mercurio por lo que
P = m·g/S
Como la masa puede expresarse como el producto de la densidad por el volumen (m = d·V), si sustituimos será:
P = d·V·g/S
y dado que el volumen es el producto de la superficie de la base por la altura (V = S·h), tenemos
P = d·S·h·g/S
que podemos simplificar quedando:
P = d·g·h
que nos permite calcular la presión en función de la densidad, la intensidad del campo gravitatorio y la altura de la columna.
Sustituyendo los correspondientes valores en la ecuación anterior tenemos que:
P = d·g·h = 13600 kg/m3 · 9,8 N/kg · 0,76 m ˜ 101300 N/m2 = 101300 Pa
Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo es mayor.
HIDROSTATICA
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez.
Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas.
Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
Al realizar este trabajo eh comprendido que toda la materia posee masa y volumen, sin embargo la masa de sustancias diferentes ocupan distintos volúmenes. Por ejemplo: notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el Sistema Internacional, la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr/cm3). La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor.
El peso específico es aquel que relaciona el peso de un componente con su volumen, El empuje no es un término exclusivo de la hidráulica. Empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente en la segunda y tercera ley de Newton, Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección, la masa acelerada causará una fuerza igual en sentido opuesto. Ay muchísimos ejemplos, el de la hidráulica es uno. Uno se empuja asía adelante en el agua cuando empuja agua asía atrás. Un avión se empuja asía adelante cuando la hélice empuja aire asía atrás.
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. Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo esté repartida sobre la superficie del cuerpo.
Así, un golpe de martillo sobre un clavo bien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo haría otro clavo sin punta que recibiera el mismo impacto. Un individuo situado de puntillas sobre una capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igual peso que calce raquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sin dificultad.
Hidrostática es una de las ramas de la Física que estudia todo tipo de fluido sobre el cual se ejerce una presión llama hidrostática. P=dgh de allí provienen algunas máquinas Hidráulicas que permiten facilitar el manejo de las mismas como son el freno hidráulico mediante el Principio de Pascal (cualquier cambio de presión en un fluido en reposo en un recipiente cerrado, se transmite de igual medida a todo), y el explicar por qué un barco flota mediante el principio de Arquímedes (Un cuerpo sumergido en un fluido presenta una fuerza de empuje hacia arriba igual al peso del líquido desalojado). También se tiene que considerar que no todo cuerpo flota debido a su densidad y otras propiedades como al lanzar una moneda. Pero esto se ve mas a fondo en una materia que se llama mecánica de los fluidos.
REFERENCIAS
https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad
http://definicion.de/peso-especifico/
https://es.wikipedia.org/wiki/Empuje
http://www.educaplus.org/gases/con_presion.html
http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Hidrostatica.html
