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Clase3:
karina Avalos Vargas
MecánicaFluidos
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¿Qué realizaremos hoy?
• Estadosdelamateria• DefinicióndeFluidos• Densidad• Presiónyprofundidad
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Clase3:
Eltiburóndebenadarconstantementeparanohundirseenel fondo del océano; sin embargo, los peces tropicales anaranjados puedenpermanecerenelmismoniveldelaguaconpocoesfuerzo.¿Porquécreesqueexisteestadiferencia?
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Recordemos… ¿Qué Son Los Estados De La Materia?
Corresponde una sustancia o mezcla, que se hamodificandolascondicionesdetemperaturaopresión,detal formaque se obtienen estados o fases, denominadosestadosdeagregaciónde lamateria, en relacióncon lasfuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos oiones)quelaconstituyen.
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Todos los estados de agregación poseen propiedades ycaracterísticas diferentes; los más conocidos y observablescotidianamente son cuatro, llamados fases sólida, líquida,gaseosayplasmática.
¿Qué Estados Existen?
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Diagramamuestralanomenclaturaparalasdiferentestransicionesdefasesureversibilidadyrelaciónconlavariacióndelaentalpía.
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Hay otros estados que no se producende forma natural, por ejemplo:condensado de Bose- E inste in ,condensado fermiónico y estrellas deneutrones. Se cree que también sonposibles otros, como el plasma dequark-gluón.
¿Qué estados existen?
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30-05-20
• Esnecesarioentregarocederenergíacaloricadelsistemaparaqueocurraelcambiodeestado.
• Loscambiosdeestadosocurrenadeterminadastemperaturasquedependendelapresión(ej:temperaturadefusión,temperaturadevaporización).
• Loscambiosdeestadoocurrenatemperaturaconstante,peroimplicancambiosenlaenergíainterna.
¿Qué se necesita para cambiar de estado?
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Sedenominanfluidosalassustanciasqueseencuentranenestadolíquidoogaseoso,esdecirquetienenunafuerzadeatraccióndébilentresusmoléculas.
¿Qué son los fluidos?
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Propiedadesdelosfluidos
oCOMPRESIBILIDAD
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EstáticadefluidosEstática de fluidos o hidroestática , es estudio defluidos en reposo en situaciones de equilibrio. Al igualqueotrassituacionesdeequili-brio,éstasebasaen laprimeraylaterceraleyesdeNewton.(presión,densidadyflotación)
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DinámicadeFluidos
La dinámica de fluidos el estudio de fluidos enmovimiento, es una de las ramas más complejas de lamecánica. Se analizar situaciones importantes usandomodelos idealizados sencillos y los principios como lasleyesdeNewtonylaconservacióndelaenergía.
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Densidad
.Eslasumasaporunidaddevolumen.
ρ = m
VLaunidaddedensidadenelSIeselkilogramopormetrocúbico(1kg/m3).Gramoporcentímetrocúbico(1g/cm3):1 g/cm3 = 1000 kg/m3
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DensidadalgunasustanciasSustancia Densidad( )3/kg m Sustancia Densidad
( )3/kg m Agua 31 10∗ Madera 30.42 10∗
Aire 1.29 Mercurio 313.6 10∗
Alcohol 30.81 10∗ Nitrógenomolecular
1.25
Aluminio 32.7 10∗ Oro 319.3 10∗
Cobre 38.9 10∗ Oxígenomolecular
1.43
Hielo 30.92 10∗ Plomo 311.3 10∗
Nota:ladensidaddelagua,valorutilizadoesρ=1000[kg/m3],valormedidoaunatemperaturade4[οC],temperaturaalacualelaguatienesumáximadensidad
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ANOMALIADELAGUA
Alos4oCelvolumendelagua,elcualnohacambiadosumasa,tomaelmenorvolumen,enconsecuenciasumayordensidad
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ANOMALÍADELAGUA
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DensidadEspecíficaoRelativaElcuocienteentreladensidaddeunasustanciayladensidaddeotrasustanciaquesetomacomoreferencia.Elpesoespecíficodelasustanciasedefinecomoelpesoporunidaddevolumen,esdecir
Ejemplo:Ladensidadespecídicadelaluminioes2.7,locualsignificaqueelvolumendelaluminotiene2.7veceslamasadeunvolumendeagua
D = mg
V= ρg
EnelSIelpesoespecíficosemideen[kg/m2s2]
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PresiónenunFluidoDefinimos la presión P en un punto como la fuerzanormalporunidaddeárea,esdecir,larazónentre dF⊥ y dA
Lapresiónesunescalarysusunidadessonnewtonspormetrocuadrado.
P =
dF⊥
dA
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PresiónenunFluido• LaunidaddelSIparalapresióneselpascal,donde1Pascal=1Pa=1N︎/m2
• Dosunidadesrelacionadas,queseempleansobre
todoenmeteorología,sonelbar,iguala105[Pa],yelmilibar,iguala100[Pa]
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¿Porquépodemosrealizarestasactividades?
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PresiónAtmósfericaPaEslapresiónqueejerceunacolumnadeairesobrelasuperficieterrestre,varíaconlaaltitudylatemperatura.Presiónaniveldelmar(unvalormedio)es:1Atmósfera(atm)=101325[Pa]
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LosCodosdeTorricelli“Vivimosenelfondodeunocéanodeaire”(1644)
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PresiónAtmósfericaPaExperimentodeTorricelli
Barometrodetorricelli
1atm=760mmHg
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PresiónyAltitud
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Presiónenunfluido
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PresiónyProfundidadF
F = mg
Lacolumnadelíquidoqueseencuentradirectamenteporencimadelasecciónejercesobreéstaunafuerzaigualalpesodelacolumnadelíquido,
Lamasamdelacolumnadelíquidoes
m = ρV = ρhA
V = hA
(1)
(2)
(3)
ElVolumenVdelacolumnadelíquidoes
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PresiónyProfundidad
P = FA
de (1),(2)y (3) tenemos :
P = ρghAA
= ρgh
Lapresiónaumentacuandoaumentalaprofundidad,asícomolapresióndebidoaunacolumnadeairedisminuyealaumentarlaaltitud.LapresiónAbsolutaPsobrecualquierpuntoubicadoaunaprofundidadhcorrespondealasumadelapresiónexteriorconlapresiónatmosférica
P = P0 + ρhg
P − P0 PresiónManómetrica
Presiónaunaprofundidad
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LaPresióndeunlíquidoenReposocumpleque:
• Entodopuntointerioraunlíquidoexistepresión;• Lapresión esproporcionalalaprofundidadbajolasuperficiedel
líquido;• Entodopuntodeun líquido lamagnitudde la fuerzadebidaa la
presión que se ejerce sobre una superficie es la mismaindependientementedelaorientacióndelasuperficie.
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LaPresióndeunlíquidoenReposocumpleque:
• Lapresiónes lamismaentodos lospuntosqueseencuentranalmismonivelenelinteriordeunlíquido;
• La fuerza sobre las superficies del recipiente que contiene allíquidodebidaalapresiónessiemprenormalaesassuperficies;y
• Lapresiónsólodependede laprofundidaddel líquidoynode laformadelrecipientequelocontiene.
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Lacarnedeltiburóncomodelpeztropicalesmásdensaqueelaguademar,porloque,porsísolos,sehundirían.Sinembargo,unpeztropicaltieneunacavidadllenadegasen su cuerpo llamadavejiganatatoria,demaneraque ladensidadmediadelcuerpodelpezesigualaladelaguademaryelpeznisehundeniseeleva.Lostiburonesnocuentanconesacavidad.Porconsiguiente,debennadarconstantemente para evitar hundirse usando sus aletas pectorales para darsustentación