Laboratorio 2 Fisica II Solo Falta Calculos

 

UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA SAN PABLO  –  TARIJA  TARIJA PRACTICA DE LABORATORIO N°2  

MECANICA DE FLUIDOS

Estudiantes: Lorena Velasquez Katherine Gabriela Helguero Ferrada Kevin Armando Lequipe Gutierrez Diego Gabriel Justiniano Figueroa Horacio Surriable Junior Flores Paola Rivera Materia: Fisica II y laboratorio (FIS-112) Docente: Sánchez Barrero Lorena N° de paralelo: 1 N° de grupo: 6- turno 1 N° de informe: 2 Fecha de entrega: 17/09/19 Tarija-Bolivia

 

LABORATORIO

 

MECANICA DE FLUIDOS: HIDROSTATICA 1.-OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL   Determinar en forma práctica las fuerzas de empuje generadas por un fluido sobre un



cuerpo.   Aplicar la teoría en la práctica.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  Determinar la presión hidrostática, el gasto y la velocidad de salida de un líquido,



a través de Experimentar a distintas profundidades profundidades y obtener el peso específico del líquido, para realizar cálculos que permitan relacionar la presión con el gasto del volumen desalojado.

  Determinar la presión atmosférica.



2.-INTRODUCCION La Mecánica de Fluidos es la disciplina que estudia el comportamien comportamiento to estático y dinámico de Un fluido. Entenderemos como fluido cualquier substancia (liquida (liquida o gaseosa) que se deforma en Forma. Los fluidos se diferencian de los sólidos básicamente por su estructura molecular. Estos ´últimos poseen una gran densidad molecular con fuerzas intermoleculares cohesivas fuertes que permiten que el sólido mantenga su forma y que sea muy difícil deformarlos. Los líquidos poseen un espacio intermolecular mayor que el de los sólidos con fuerzas cohesivas Menores por lo que las partículas tienen mayor libertad de movimiento. Además ocupan un Volumen fijo independiente de la forma de ´este. Los Gases poseen un espacio intermolecular intermolecular A un mayor. La atracción atracción intermolecular es prácticamente prácticamente despreciable despreciable por lo que se deforman Fácilmente, son compresibles y llenan el volumen del recipiente que los contiene. Si bien la estructura molecular de los fluidos es importante no sirve para describir el comportamiento comportamiento De estos en reposo o movimiento. movimiento. Es por esto que el estud estudio io de los fluidos fluidos se realiza Caracterizando el valor medio o macroscópico de la variable de interés (velocidad, presión, etc.), Donde este valor medio se evalúa en un volumen pequeño con un gran número de moléculas.

 

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Supondremos además que las propiedades del fluido como las variables del flujo varían en forma Continua y homogénea de un punto a otro del fluido.  

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: Afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes: El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido y la sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. El principio de Arquímedes se formula así:

B =   . f ∙

 

PRESIÓN ATMOSFÉRICA: Nuestro planeta está rodeado por una capa de aire llamada atmósfera. El aire debido a su peso ejerce presión sobre los cuerpos que están en contacto con él, este fenómeno recibe el nombre de presión atmosférica (P0). Todo líquido contenido en un recipiente origina una presión sobre el fondo y las paredes del mismo. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce en un área determinada. A dicha presión se le denomina presión hidrostática, ésta aumenta conforme es mayor la profundidad. La presión hidrostática (Ph) en cualquier punto puede ser calculada multiplicando el peso específico del líquido, por la altura (h) que hay desde la superficie libre del líquido al punto considerado. Matemáticamente Matemáticamente se expresa así:

 =       ∙

 

∙

En esta actividad trataremos de relacionar la presión hidrostática con el gasto del volumen desalojado por un líquido, así como con la velocidad de salida, a través de la experimentación, para aplicar algunas expresiones matemáticas. El principio de Torricelli establece: “la velocidad con la igual a la que adquirirá un cuerpo que se dejara

caer libremente desde la superficie libre del líquido hasta el nivel del orificio”.

 

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3.-PROCEDIMIENTO: EXPERIMENTO 1: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: a) Para esta sección se dispondrán dispondrán de dos sólidos, sólidos, canicas y pesas, para los los cuales se dispuso a medir la cantidad de masa en el aire de cada uno con un dinamómetro. 

b) Medir el volumen de las canicas con un calibrador Vernier y para el volumen de las pesas utilizar una probeta, el cual se llenó con una cantidad de agua, se agregar el sólido a la probeta y con el volumen desplazado de agua por el sólido se calculará el volumen experimentado.

c) Posteriormente, até un hilo con el sólido para registrar los datos del peso aparente dentro de dicho líquido.

d) Reporta tus resultados en las tablas. EXPERIMENTO 2: CAUDAL Y VELOCIDAD DE SALIDA: a)  a)  A un envase de cartón o plástico de capacidad de un litro, con un clavo hazle tres orificios del mismo tamaño a diferentes alturas, como se observa en la siguiente figura. Tapa los orificios con cinta adhesiva y llena totalmente con agua el envase. Retira una por una la cinta adhesiva y observa cómo es la salida del agua por cada orificio. Anota dónde sale con mayor y menor velocidad y cuál es la causa.

b)  b)  Tapa nuevamente los orificios y vuelve a llenar con agua el envase de cartón. Destapa únicamente el orificio con menor profundidad y recibe en la probeta graduada el líquido desalojado durante 5 segundos. Mide el volumen desalojado y determina el gasto con la expresión:  = /.  Registra los los datos en las tablas. tablas.

c)  c)  Repite el paso anterior, pero ahora únicamente destapando el orificio de la parte media. Anota tus datos.

d)  d)  Repite el paso anterior, pero ahora únicamente destapando el orificio de la parte inferior

e)  e)  Mide la altura que hay en cada uno de los orificios y determina la presión hidrostática en cada uno de ellos, Cuando el envase está totalmente lleno de agua. Para ello, aplica la fórmula siguiente:  =       ∙

∙

 

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f) f)   Aplica la expresión matemática del Teorema de Torricelli y calcula con qué velocidad en m/s sale el agua de cada uno de los orificios cuando el envase está totalmente lleno de agua. En base a los resultados determina en cuál de los tres orificios es mayor la velocidad del líquido e indica cómo varía la velocidad con respecto a la presión hidrostática.

g) g)   Reporta tus resultados en las tablas

EXPERIMENTO 3: DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA: a)  Retira la aguja a la jeringa y mide con el vernier el diámetro del émbolo. b)  Calcula el área del émbolo que será igual al área de la sección transversal del cilindro de la jeringa por su parte interna. c)  Empuja el émbolo de la jeringa hasta el fondo para expulsar todo el aire contenido en su interior. Ata al émbolo un tensiómetro graduado en Newton o en gramos fuerza. Obstruye con un dedo la entrada de aire a la jeringa. d)  Posteriormente otro compañero jalará el dinamómetro y con él al émbolo de la  jeringa, de tal manera que éste se desplace lentamente a velocidad constante (Ver la figura). Observa y anota la fuerza aplicada con el dinamómetro. Repite dos o tres veces la operación para obtener un resultado confiable. Calcula la presión que fue necesaria para recorrer el émbolo. Cabe reflexionar que para obtener el valor de la presión atmosférica del lugar, el valor de la fuerza se debe sustituir en la ecuación de la presión, que es la fuerza neta que se debe aplicar para desplazar el émbolo, por lo que debe corregirse el valor de la fuerza leída en el dinamómetro, al restarle la fuerza de fricción cinética que se produce entre el émbolo y las paredes del cilindro de la jeringa cuando se desplaza el émbolo.

 

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e)  Para determinar la fuerza de fricción cinética se jala y se desliza a velocidad constante el resorte del dinamómetro, pero ahora dejando entrar libremente el aire a través del cilindro. El valor leído en éste corresponde a dicha fuerza de rozamiento. De aquí que:

Fneta = F  Fuerza de fricción cinética  – 

4.-MATERIALES Y EQUIPOS: MATERIALES

MATERIAL QUE PROPORCIONA EL LABORATORIO MATERIAL QUE PROPORCIONA EL ESTUDIANTE ESTUDIANTE -  -  -  - 

1 probeta graduada de 250 ml de plástico o cristal Agua. 1 vernier. 1 tensiómetro.

-- 

1 trozograduada. de hilo de cáñamo. -Regla

 

SUSTANCIAS QUE LABORATORIO -  de agua.

PROPORCIONA

-  -  -  -  - 

1 envase de cartón de un litro. 1 trozo de cinta adhesiva. 1 jeringa desechable de 10 y 5 ml nueva. Canicas. Calculadora

EL SUSTANCIA QUE PROPORCIONA EL ESTUDIANTE - 

5.-PROCESAMIENTO DE DATOS: 1. 1.   CALCULOS, MEDICIONES Y TABLAS

Objeto (Kg) Promedio Promedio Promedio

Masa (Kg) 0.255 0.255 0.255

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES Peso (N) Volumen (ml) Masa A. (Kg) 2,5 30 5 2,5 30 5 2,5 30 4,7

PRESION HIDROESTATIC HIDROESTATICA A Orificio Altura(m) Presion H.(N/m²) Superior 0,08 784,8 Medio 0,114 1118,34 Inferior 0,145 1422,45

Peso A. (N) 2 2 2,1

Empuje (N) 0,5 0,5 0,5

 

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Orificio Superior Medio Inferior

CAUDAL Y VELOCIDAD Volumen(L) Tiempo(s) Caudal(l/s) Caudal(l/s) Altura(m) Velocidad(m/s) 0,04 2,99 0,013 0,08 1,253 0,045 3,06 0,014 0,114 1,496 0,047 3,11 0,015 0,145 1,687

La presión hidrostática

  =  ∗  ∗    =  ∗ .∗ .  =  ∗ .∗ . .  =  ∗ .∗ . .   = .    =1.12  =1.42 El Gasto

 = / 

 =

. .

 = . = .   .

= .  

=

. = .  .

La velocidad relativa de salida del chorro de agua puede calcularse de acuerdo con el teorema de Torricelli:

  = √ ( ∗  ∗ )

 = .  / 

 = .  / / 

 = .  / / 

7.-CUESTIONARIO: A) ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES FUENTES DE ERROR AL DETERMINAR EL EMPUJE MEDIANTE LA MEDICIÓN DE LOS PESOS EN EL AIRE Y EN EL LÍQUIDO? En las principales principales fuentes de error se encuentra:  

La precisión de de los instrumentos instrumentos y la lectura que que se hace.

 

Las condiciones ambientales que alteran el resultado.

 

La profundidad que se sumergía el objeto, era relativa sin una medida específica.

B) ¿QUÉ TRAYECTORIA EFECTÚA UN CHORRO DE AGUA AG UA AL SALIR POR EL ORIFICIO DE UN RECIPIENTE? En caída horizontal.

 

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C) SE SABE QUE LOS BUZOS NADAN A PROFUNDIDADES DONDE LA PRESIÓN ES MAYOR QUE A NIVEL DEL MAR. EXPLICA LA CAUSA. La presión atmosférica se debe al peso del aire sobre un cierto punto de la superficie terrestre por lo tanto, tanto, es lógico suponer que cuanto cuanto más alto alto esté el punto, tanto menor será la presión, presión, ya que también también es menor la cantidad cantidad de aire aire que hay por por encima. Si tomamos como referencia el nivel del mar donde a la presión atmosférica le asignamos un valor de 1 atm. En una cumbre situada a unos 1 500 metros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica vale aproximadamente 0,83 atm, es decir, la presión disminuye con la altura.

La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el aire

atmosférico sobre la superficie terrestre. Cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es la presión del aire.

D) ¿LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA DISMINUYE CON LA ALTITUD? La presión atmosférica disminuye con la altura, tal como muestra el gráfico de la izquierda. Disminuye más rápidamente en los primeros kilómetros contados a partir del suelo. Cuanto más ascendemos menos aire queda encima y el peso del aire es menor. Un punto alto soporta soporta menos presión que uno uno bajo. Sobre una superficie superficie dada, por ejemplo 1 cm2, el aire situado encima ejerce menos presión cuanto más arriba la situemos. Nivel del mar, el valor de la presión, a la que llamamos" normal", es de 760 mm Hg (1.013 mbar). A una altura de 5.500 5.500 m este valor valor se reduce a la la mitad. Y a una altura de 10.000 metros (altura a la que vuelan los aviones), la presión atmosférica es 4 veces menor que al nivel del mar. Esta variación de presión se puede comprobar midiendo la temperatura de ebullición de un líquido a diferentes alturas: cuanto mayor sea la altura menor es su temperatura de ebullición.

 

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La explicación de este hecho está en que para que un líquido hierba sus moléculas deben tener una determinada presión, que debe ser igual o mayor que el valor de la presión atmosférica del aire que tiene encima.

8.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUCIONES  

Se logró comprender los conceptos de presión hidrostática

 

Se logró conocer el comportamiento de la presión en los fluidos en superficies planas y curvas. 

 

Cualquier superficie plana, así como por ejemplo las compuertas van a soportar presiones que se considera como la altura de la superficie libre del líquido al punto considerado. En caso de recipientes abiertos todas las fuerzas de presión paralelas tendrán una fuerza resultante que represente el empuje del líquido sobre la superficie.

 

La presión varia linealmente, mientras más baja, acercándose a la parte inferior se incrementa la presión.

 

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 

Se concluye que el centro de presión y centro de gravedad no coinciden en ningún punto. El centro de presiones siempre se encuentra debajo del centro de gravedad.

 

El peso (gramos) directamente proporcional a nivel del agua, ósea si se tenía mayor peso, se necesitaba mayor volumen de agua para poder abrir la superficie plana.

RECOMENDACIONES  

Como principal recomendación es que, exista más proporción de materiales para todos. Y un laboratorio más amplio .

 

Tener en cuenta que al variar esta presión forma el prisma de presión que va de menor a mayor magnitud.

 

Es recomendable determinar determinar la posición exacta exacta del centro de presiones presiones sobre una superficie plana, completamente sumergida en un líquido en reposo, para realizar los cálculos y lograr los objetivos de este informe.

 

Es recomendable observar cómo es que el agua adquiere la capacidad de empuje, cuando se le incrementa volumen de agua.

9.- ANEXOS:

 

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10.-BIBLIOGRAFIA 10.BIBLIOGRAFIA:: https://prezi.com/qedlshub5wlc/actividad-experimental-n-10/   https://prezi.com/qedlshub5wlc/actividad-experimental-n-10/ https://www.google.com.mx/search?ei.com   https://www.google.com.mx/search?ei.com https://syndication.exdynsrv.com/splash.php?idzone=2836516&sub=9&type=8