HIDRODINAMICA

1.- CONCEPTO:

La hidrodinámica es la parte de la física que estudia el movimiento de los fluidos. Este movimiento está definido por un campo vectorial de velocidades correspondientes a las partículas del fluido y de un campo escalar de presiones, correspondientes a los distintos puntos del mismo.

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2.-ECUACIONES FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA DE FLUIDOS: 

2.1.- ECUACIÓN DE CONTINUIDAD. 

Esta expresión expresa la idea de que la masa de fluido que entra por el extremo de un tubo debe salir por el otro extremo. En un fluido en movimiento, las moléculas poseen una velocidad determinada, de forma que para conocer el movimiento del fluido, hace falta determinar en cada instante su correspondiente campo de velocidades.

2.2.- PRINCIPIO DE BERNOULLI.

El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Su expresión matemática es:

2.3.- TEOREMA DE TORRICELLI.

Es una aplicación 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.

Si en un recipiente que no está tapado se encuentra un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será:

 

a) Caudal:

Para la física la palabra caudal ( Q ) significa la cantidad de líquido que pasa en un cierto

tiempo. Concretamente, el caudal sería el volumen de líquido que circula dividido el tiempo.

El caudal se mide unidades de volumen dividido unidades de tiempo. Generalmente se usan

m3/seg o litro/seg. A veces también se usa kg/seg. Estas no son las únicas unidades que se usan. 

La unidad kilogramos/hora o kg/seg es lo que se llama " caudal másico ". Vendría a ser la cantidad de masa que pasa en un cierto tiempo. A veces te pueden dar como dato el caudal másico. (O te pueden pedir que lo calcules). Sabiendo el caudal másico puedo sacar

al caudal en m3 por segundo dividiendo la masa por la densidad del líquido.

3.- EXPERIMENTANDO CON LA HIDRODINÁMICA.

EXPERIENCIA 01

MATERIALES:

• Lata vacía (20 cm aprox.)
• Un clavo
• Una regla
• Agua.

         PROCEDIMIENTO:

• Primero hacemos dos orificios en la lata vacía, uno en la mitad de la lata y el otro en la parte inferior de la misma.
• Colocamos la lata a una altura  por encima de la mesa, esta altura debe medir lo mismo que la distancia que separa los orificios.
• Llenamos de agua la lata, debemos procurar que se mantenga llena.
• Dejamos que salga el agua por los orificios, y observamos lo que sucede, especialmente con los dos chorros de agua.

 EXPERIENCIA 02:

MATERIALES:

• Una botella de PLÁSTICO
• Cinta
• Un lapicero
• Agua
• Alambre

PROCEDIMIENTO:

• Llenamos la botella de agua.
• Introducimos alambre dentro del lapicero
• Tapamos con cinta los dos extremos del lapicero.
• Introducimos el lapicero dentro de la botella
• Posteriormente seguimos a taparla.

EXPERIENCIA 03:

 

MATERIALES:

• 01 bolsa plástica grande
• 01 alfiler
• Agua

PROCEDIMIENTO:

• Se llena la bolsa plástica con agua y se cierra ajustando su parte superior con la mano, de tal manera que no quede aire dentro de ella
• Luego se agujera la bolsa con el alfiler en distintas posiciones y direcciones
• Cada vez que haga el agujeros, observe la dirección y el sentido del chorrito de agua que sale de la bolsa.

4.- EJERCICIOS

• Si deseas complementar tu aprendizaje sobre el tema de hidrodinamica resuelve los siguientes ejercicios:

1.-  Los submarinos pueden sumergirse hasta unos 200 metros de profundidad. A) Calcula la presión que soportan las paredes de un submarino debido al peso del agua. B) Determina la fuerza que actúa sobre una escotilla de 1 m 2 de área. Datos: d mar = 1025 Kg/m 3  2.- Determina la presión que ejerce un esquiador de 70 kg de masa sobre la nieve, cuando calza unas botas cuyas dimensiones son 30 x 10 cm. .Y si se coloca unos esquíes de 190 x 12 cm? 3.- Los restos del Titanic se encuentran a una profundidad de 3800 m. Si la densidad del agua del mar es de 1,03 g/cm 3 , determina la presión que soporta debida al agua del mar 4.- Una bañera contiene agua hasta 50 cm de altura. A) Calcula la presión hidrostática en el fondo de la bañera. B) Calcula la fuerza que hay que realizar para quitar el tapón de 28 cm 2 de superficie, situado en el fondo de la bañera. 5.- Un cilindro de aluminio tiene una densidad de 2700 Kg/m 3 y ocupa un volumen de 2 dm 3 , tiene un peso aparente de 12 N dentro de un liquido. Calcula la densidad de ese líquido.   6.- Una masa de hierro que tiene la forma de un paralelepípedo rectangular recto cuyas aristas son 1,20 m, 5 decímetros y 48 centímetros, se halla sumergido en agua. Calcular el empuje del agua sobre el. Datos: d(Fe)=7,874 g/cm 3 y d(H2 O)=1g/cm 3   7.- Un cilindro de madera tiene una altura de 30 cm y se deja caer en una piscina de forma que una de sus bases quede dentro del agua. Si la densidad de la madera es de 800 Kg/m 3 , calcula la altura del cilindro que sobresale del agua.   8.- Un elevador hidráulico consta de dos émbolos de sección circular de 3 y 60 cm de radio, respectivamente. Datos:   Que fuerza hay que aplicar sobre el embolo menor para elevar un objeto de 2000 kg de masa colocado en el embolo mayor?   9.- La densidad del agua de mar es de 1025 Kg/m 3 y la densidad del hielo es de 917 Kg/m 3. Determina la relación entre la fracción sumergida y el volumen total de un iceberg.   10.- Una piedra de 0,5 kg de masa tiene un peso aparente de 3 N cuando se introduce en el agua. Halla el volumen y la densidad de la piedra.