Laboratorio de Mecánica de Fluidos N°6. Fuerza de Presión en superficies Planas

FUERZAS DE PRESIÓN EN SUPERFICIES PLANAS

OBJETIVO: Observar y cuantificar el efecto de las fuerzas de presión sobre una superficie plana.

EQUIPO Y MATERIALES: 

Agua



Sector circular sólido



Nivel



Regla

INTRODUCCIÓN: En nuestra formación como Ingenieros, y en la vida cotidiana, intervienen diferentes disciplinas fundamentales, tal es el caso de la Mecánica de los Fluidos, que es la parte de la mecánica que estudia las leyes del comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica). En ese sentido, los fluidos experimentan una serie de eventos, como por ejemplo la acción de una fuerza que actúa en los cuerpos sumergidos, llamada Presión Hidrostática. El presente ensayo de Laboratorio

describe el proceso para hallar

experimentalmente la fuerza hidrostática ejercida sobre una superficie parcialmente sumergida y luego compararla con la hallada empíricamente, en consecuencia determinar el comportamiento que tiene un fluido en su distribución de presiones sobre una superficie plana parcialmente sumergida. Los conocimientos adquiridos debido al desarrollo de esta práctica de Laboratorio, nos servirán en un futuro, en nuestra vida profesional, como por ejemplo en obras hidráulicas de gran envergadura como pueden ser la construcción de reservorios, acueductos, tanques, canales, centrales hidroeléctricas, etc.

MARCO TEÓRICO: 1-FUERZA EJERCIDA POR UN LÍQUIDO SOBRE UNA SUPERFICIE PLANA. La fuerza

F

ejercida por un líquido sobre una superficie plana

del peso específico



del líquido por la profundidad

hG

A

es igual al producto

del centro de gravedad de la

superficie y por el área de la misma. Esto es:

F   . hG . A

Siendo las unidades típicas: N; Kg-f ; ton.

 1 Si el líquido es agua; entonces:

gr  f ton kg  f N  1 3  1000  9810 3 3 3 cm m m m

Se observa que el producto del peso específico



por la profundidad del centro

de gravedad de la superficie es igual a la presión en el centro de la gravedad del área.

IV. INMERSIÓN PARCIAL: Si se toman momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante, se puede llegar a la siguiente conclusión:

1 h F . L= γb h2 (a+ d− ) 2 3

PROCEDIMIENTO:

1. Balancear el peso del sector circular, movemos el jockey hasta que el nivel esté calibrado. Medimos la distancia desde el jockey hasta el pivote. 2. Llenamos el recipiente con agua hasta cierta altura (que se aprecie que el nivel se desbalancea). 3. Movemos el jockey para balancear nuevamente el sistema. 4. Medimos la altura sumergida de la superficie 5. Medimos la nueva distancia desde el jockey al pivote. 6. Calculamos los valores teórico y experimental 7. Calculamos porcentaje de Error Ecuación:

Momento Jockey=Momento Fuerza de Presión

W jockey∗∆ x=F P∗y

Momento jockey: Valor Experimental Momento Fuerza de presión: Valor teórico

∆ x : Resta de las dos distancias medidas desde el jockey hasta el pivote

F P : Fuerza de presión ´ F p =γ∗h∗A γ

: Peso específico

h´ : Distancia de la superficie libre al centroide de la superficie sumergida

A: Área de la superficie sumergida

y

: Distancia de la línea de acción de la fuerza de presión hasta el pivote

y CP = y CG +

´I A∗y CG

CÁLCULOS

Datos obtenidos con sus conversiones: Ɣ = 9810

N M³

mᴊ = 500 g

→500 g

b = 50 mm

→50 mm

→

22 cm

Xf =190 cm →

L = 200-58 =142 mm

= 0.5 kg

( 10001 mmm )

→58 mm

h =58 mm

Xı = 22 cm

1 kg ( 1000 g)

= 0.05 m

( 10001 mmm )

= 0.058 m

( 1001 mcm )=0.22 m

19 cm

( 1001 mcm )=0.19 m

→

Δx = Xı- Xf = 0.22-0.19 = 0.03

142 mm m

( 10001 mmm )=0.142 m

Calculamos la fuerza de presión: Fp =

1 1 N Ɣ bh ²= 9810 ( 0.05 m )( 0.058m ) ²=0.8250 N 2 2 M³

(

)

Peso: Wᴊ = mg

→ W=

(

( 0.5 kg ) 9.81

m =4.905 N s²

)

Calculo de la distancia de la línea de acción de fuerza de presión hasta el pivote: ycp =

2 h 3

=

2 ( 0.058 m )=0.0387 m 3

Ecuación: Momento de fuerza presión = momento jockey

Fp (L+ ycp) = Wᴊ *Δx 0.8250 N ( 0.142m+0.0387 m )=(4.905 N )(0.03 m)

0.1491 N- m

Porcentaje de error:

Valor teórico = 0.1491 N-m

= 0.1472 N- m

Valor experimental = 0.1472 N-m experimental | valor te ó ricovalor– valor |x 100=¿ teórico

de Error ( pivote )=

de Error ( pivote ) =

.1472 |0 .1491−0 |x 100=1 . 27 0 . 1491

RESULTADOS

Valor teórico

Valor experimental

(momento fuerza de

(momento jockey)

presión) 0.1491 N-m

0.1472 N-m

% de error

1. 27

CONCLUSIÓN

Si un cuerpo está sumergido en agua va a experimentar una fuerza de presión ejercida por el agua esta fuerza debe ser normal y dirigida hacia la superficie del cuerpo. La fuerza de presión ejercida por el agua sobre una placa sumergida será proporcional a la profundidad en la que se encuentre. La fuerza sobre una superficie vertical debido a la presión hidrostática la podemos calcular siempre como la presión hidrostática sobre el centro de gravedad de la superficie por el área de la misma. A medida que la altura al centro de gravedad aumenta, la fuerza que ejerce el agua disminuye, y obviamente la presión también disminuye.

RECOMENDACIONES



Al realizar dicho laboratorio se debe tener

bien calibrado el equipo para

obtener datos concretos y obtener una mayor presión en el transcurso del laboratorio, de esta manera no alterar los valores encontrados. Por lo tanto se verifica que antes y después de llenar el recipiente con agua que la distancia del jockey al pivote, el sector circular, esté calibrado (sin que se esté balanceando). 

A la hora de medir la altura se debe de colocar la mirada al mismo nivel en que



esta el agua para dar una medida más acertada. A medida que se va realizando el experimento se debe

tomar todos los

apuntes correspondientes porque estos son de importancia para procesar a realizar el informe.

ANEXOS

Verificando las distancias del centro de masa del jockey

al

pivote.

Ésta

lectura se hace tanto al inicio como al final de la experiencia.

Con

el

sector

circular

balanceado, se da paso a las

lecturas

correspondientes (altura y espesor).

BIBLIOGRAFÍA http://es.slideshare.net/mavamovalderramamonteza/fuerzas-sobre-superficiesplanas http://es.slideshare.net/ylich12/superficies-sumergidas?next_slideshow=1 http://es.slideshare.net/danielaarias52/teora-presin-hidrostatica-sobre-superficies? related=3