Cap1 estatica de los fluidos a

Nombre: Jorge Balmaseda Era
Grado: Doctor en ciencias físico-matemáticas
Materia: Física II
e-mail: jbalmaseda@itesm.mx
Móvil: 55 2878 3645

POLÍTICAS (Blackboard)

 Course documents/syllabus
 Reporte de asistencia SAPPA
 Reglamentos
– http://www2.ccm.itesm.mx/reglamentos/

Cap1. Estática de Fluidos 2

POLÍTICAS (Continuac.)

 3 exámenes parciales y un examen final
Grupo 1er parcial 2do Parcial 3er parcial Examen final

08 Martes 31 de Martes 6 de Martes 17 Viernes 4 de
enero marzo de abril Mayo a las 8:30

 No podrán presentar examen estudiantes
suspendidos por tesorería o con SD.
 Más detalles sobre las políticas en Blackboard

SISTEMA DE EVALUACIÓN
DEL SEMESTRE
Tareas y
Ex. Parcial PBL Laboratorio Total
Cuestionarios

1 parcial 8% 2% 10%

2 Parcial 12% 2% 5% 19%

3 parcial 15% 2% 5% 22%

4 parcial 30% 2% 17% 49%

Total 65% 8% 10% 17% 100%

NOTA: El curso se aprueba si la Calificación Final es al menos 70 (setenta).


ASUETOS

 Semana santa (02-06/04)
 Martes 1ro de Mayo


Horario de asesorías

• Martes de 16:30 a 17:30


Formación equipos de
trabajo
 Equipos de 4 integrantes
 heterogéneos


Laguna salina, Parque Natural Río
Lagartos, Yucatán


Cap.1: Estática de los
Fluidos
 Estados de la materia
 Variables intensivas y extensivas
– Densidad
– Densidad relativa
– Presión
 Compresibilidad isotérmica
 Variación de la presión con la
profundidad
 Principio de Arquímides

Libros de Texto

 Serway, R.A. and J.W. Jewett, Física para
ciencias e ingeniería. Séptima ed. Vol. I.
2008, México: CENGAGE Learning.
 Escamilla R., J.L., R.M.G. García Castelán,
and L. Neri, eBook de Física II: Editorial
Digital del Tecnológico de Monterrey.


Libros de consulta

 Sears and Zemansky`s University Physics,
Hugh D. Young and Roger A. Friedman, 12th
edition, 2008
 Physics for Scientists and Engineers, vol. I,
Paul A. Tipler and Gene Mosca, fifth edition, 2004.
 Física Vol. I, D. Halliday, R. Resnick & K.S. Krane,
C.E.C.S.A, 5a. edición, 2002
 Física para Ingeniería y ciencias Vol. I, H. C.
Ohanian & J. T. Markert, Mc Graw Hill, 3a. edición,
2009


Estado sólido

 Los átomos y moléculas están en
posiciones fijas, aunque pueden vibrar
alrededor de su posición de equilibrio.
Tanto la forma como el volumen del
sólido están perfectamente definidas.


Estado líquido

 Las moléculas de líquido forman
enlaces temporales de corto alcance
que están rompiéndose y volviéndose
a formar continuamente. Ellas no
tienen posiciones fijas. Toman la
forma del recipiente que los contiene
aunque en ausencia de gravedad
adoptan una geometría esférica. El
volumen no depende del recipiente.

Geometría esférica del agua
en ausencia de gravedad

Burbuja flotante, transbordador espacial. El astronauta de la NASA Clayton
Anderson viendo una burbuja de agua que flotan en el compartimiento medio del
transbordador espacial Discovery durante la misión STS-131. Fotografiado el 12
de abril de 2010. Cap1. Estática de Fluidos 14

Estado gaseoso

 La distancia promedio entre dos
moléculas es grande comparada con
las dimensiones de las moléculas. Las
moléculas tienen una débil influencia
entre ellas excepto durante sus breves
colisiones. Los gases adoptan la forma
del recipiente que los contiene.


Magnitudes

Intensivas Extensivas

No dependen del Resulta de la suma
tamaño: de sus subsistemas:
ρ, T, P M, A, V y E

Densidad

m dm
 
V dV

Densidad relativa
obj

 agua

Valores de Densidad y
densidad relativa
Densidad (kg/m 3) Densidad relativa
Osmio, el más pesado:
Gases Aire 1.29 1.29x10-3 22610 kg/m3
Helio 1.80x10-1 1.80x10-4
Hidrógeno 8.99x10-2 8.99x10-5
Oxígeno 1.43 1.43x10-3

Líquidos Agua 1.00x103 1
3
Agua de mar 1.03x10 1.03
3
Alcohol etílico 0.806x10 0.806
Benceno 0.879x103 0.879
Glicerina 1.26x103 1.26
Mercurio 13.6x103 13.6

Sólidos Aluminio 2.70x103 2.7
Cobre 8.92x103 8.92
Hielo 0.917x103 0.917
Hierro 7.86x103 7.86
Oro 19.3x103 19.3
3
Plata 10.5x10 10.5
3
Plomo 11.3x10 11.3


Presión
F
P    P 
 F   N  Pa
A  A m 2

Compresibilidad isotérmica y
módulo volumétrico
1  V  1 Sustancia , GN·m-2
T     
V  P  T  Agua 2
Hierro 100
Diamante 620

Variación de la presión
con la profundidad

F  F0  W
PA  P0 A  mg
P A  P0 A   A hg
P  P0   g h


Fuerza sobre el muro de
contención de una presa

dF  PdA   ghLdh
h H
F   dF
h 0

2 H
H h
F    ghLdh   gL
0 2 0

1
F   gLH 2
2


Serway C14 p11

2) Una alberca tiene dimensiones de 30m  10m y se llena con agua
hasta una profundidad de 2m. Calcular la fuerza total producida por el
agua sobre: a) el fondo, b) cada pared de longitud de 30m , c) cada
pared de 10m de largo.
R: a) 5.87  106 N ; b) 588 kN ; c) 196 kN


Un tubo en U de área de sección transversal constante, abierto a la
atmósfera, se llena parcialmente con mercurio. Se vierte después agua
en ambos brazos. Si la configuración de equilibrio del tubo es la mostrada
en la Fig. P1- 1, con h2 = 1.00 cm, determina el valor de h1.
R: h1 = 12.6 cm

Pd  Pi
Patm   Hg gh0   H2O g  h1  h2  h?   Patm   Hg g  h0  h2    H 2O gh?
 H O g  h1  h2    Hg gh2
2

h1   Hg 
agua h1  h2   1
 H O 
h2
 2 
h1  12.6cm
Fig. P1- 1


Tarea
Serway, R.A. and J.W. Jewett, Física para
ciencias e ingeniería. Séptima ed. Vol. I. 2008,
México: CENGAGE Learning.

Cap. 14: 3, 12, 16, 21, 23, 51, 53, 55, 61, 64

Blackboard/assignment


Formación equipos de
trabajo
 Blackboard/
Course Documents/Bitácora del curso


Formulario oficial

 Blackboard / Course Documents


La superficie del agua en el tanque de depósito está 30 m
arriba de la salida de una llave en la cocina de la casa de la
figura. Calcular la diferencia en la presión del agua entre
la superficie del agua en el tanque y la llave de agua (ΔP =
2.9x105 Pa)


Solución

Pllave  Patm   H 2O gh0
Ptanque  Patm   H 2O gh1
P  Pllave  Ptanque
P  Patm   H2O gh0  Patm   H 2O gh1
P   H2O g  h0  h1 
P   H2O gh
 1000 kg ·m 3 ·9.8 m / s 2 ·30 m
 294000 Pa

Principio de Pascal
 La presión in un fluido depende de la
profundidad y de la presión en la
superficie.
 Un incremento de presión en la superficie
se transmite a cada punto del fluido y a
las paredes del recipiente.


Gato hidráulico


Paradoja hidrostática

La presión depende solo de la profundidad y no de la forma del
recipiente, por lo tanto, a la misma profundidad la presión es la misma
en todas las partes del recipiente.


Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión manométrica

P = Pat + ρgh


Ejemplo de presión
manométrica


Fuerza Boyante
 La fuerza boyante es la
fuerza que ejerce el fluido
sobre cualquier objeto
inmerso.
 La porción de fluido está
en equilibrio.
 Debe de haber una fuerza
igual al peso del fluido
que se oponga a este.
 La fuerza boyante es la
resultante de todas las
fuerzas que actúan sobre
la porción de fluido

Arquímides
 287 – 212 AC
 Filósofo griego
 Calculó la razón entre la
circunferencia y el diámetro
del círculo
 Descubrió la naturaleza de
la fuerza boyante
 Inventor
– Catapultas, Palancas,
tornillos, etc.


Principio de Arquímides




Principio de Arquímides en
objetos totalmente sumergidos

 La dirección del movimiento depende de las
densidades del sólido y el líquido


Principio de Arquímides,
objetos flotantes



Arquímides y la corona de
oro


Un tronco de madera de masa 1200 kg y
volumen 2.0 m3 está sumergido 1 m debajo de
la superficie de un lago tranquilo. ¿Cuánto
tiempo tarda en llegar a la superficie?


Si en el momento inicial la velocidad y el desplazamiento son cero
entonces de lo que se conoce de cinemática:

s  s0  v0t  1 at 2
2

s  1 at 2
2

2s
Despejando el tiempo: t
a

Para calcular el tiempo se requiere la aceleración la cual se puede calcular a
partir de la segunda Ley de Newton:

 F  ma
2sm 2sm
B  w  ma t   0.55 s
Bw  lVdesp g  mg
Bw
a
m Cap1. Estática de Fluidos 41

Ejercicio de fuerza de flotación
¿Qué volumen debe tener el globo de helio
(ρHe=0.18 kg/m3, ρaire=1.29 kg/m3) para levantar
una carga de 180 kg (incluyendo el peso del
globo vacío? (Respuesta: V = 160 m3)


Ejercicio de fuerza de flotación
Un globo esférico de radio R = 1.00 m y lleno de helio se
encuentra sumergido en agua a la mitad de su volumen
y sosteniendo un bloque de peso W, el cual tiene la
mitad del volumen del globo (figura anexa). El sistema
se encuentra en equilibrio. Encuentra el peso del bloque.
Observación: el helio es menos denso que el aire. (Resp.
41.1 kN)
helio

R

agua

W


Density Table


Laguna salina, Parque Natural Río
Lagartos, Yucatán


Flotando en río lagartos

Densidad promedio del cuerpo humano: 1010 kg·m-3

Salinidad, mg·L-1 Densidad, kg·m-3
1000 997.8
8000 1003.1
15000 1008.3
17250 1010.0
20000 1012.1


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