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Práctica - Hidrostática

Enviado por robertojiman



  1. Desarrollo
  2. Cuestionario
  3. Reporte
  4. Conclusiones
  5. Bibliografia

INTRODUCCIÓN

El objetivo de esta practica es observar que la superficie libre de un liquido en reposo es siempre horizontal así como el efecto del flujo sobre la superficie libre. También se verificara el principio de Arquímedes.

En el desarrollo de esta práctica se muestra el procedimiento de cada uno de los tres experimentos realizados en el laboratorio y su esquematización de cada uno de ellos. Los experimentos fueron los de observación de la superficie libre del agua en reposo, el efecto del flujo sobre la superficie libre y la verificación del principio de Arquímedes mediante la fórmula:

m1 - m2 = m4 – m3.

La práctica tiene contenido un cuestionario que nos permitirá entender el concepto de empuje hidrostático, la relación de este con el principio de Arquímedes así como el principio de los tubos comunicantes entre otras observaciones contenidas en él.

En el apartado referido a "reporte" se encuentran algunas conclusiones referidas a las dos primeras experimentaciones así como la demostración del principio de Arquímedes mediante los cálculos obtenidos en el laboratorio. Por ultimo se da una relación de conclusiones que se obtuvieron al observar y demostrar prácticamente, los experimentos realizados.

DESARROLLO

El primer experimento desarrollado fue el de la superficie libre de un liquido estático.

Con las válvulas (V1, V2, V5) abiertas y las válvulas (V3, V4) cerradas se comenzó a introducir agua al tanque (CONSTA DE 4 NIVELES) hasta el primer el primer nivel y se observo que la altura del liquido era el mismo en el tanque y los tubos comunicantes, se realizo el mismo procedimiento para el nivel 2, nivel 3 y nivel 4 obteniéndose los mismos resultados la altura de cada nivel del tanque era la misma altura de los tubos comunicantes.

Al estar el tanque y los tubos comunicantes A, B, y C a la misma presión, esto es a la presión atmosférica o superficie libre; su nivel de altura del liquido es el mismo, Por lo que se concluye que la superficie libre de un liquido estático es siempre horizontal.

Aquí se aplica el principio de los vasos o tubos comunicantes el cual nos dice que:

Si se tienen dos recipientes comunicados y se vierte un líquido en uno de ellos en éste se distribuirá entre ambos de tal modo que, independientemente de sus capacidades, el nivel de líquido en uno y otro recipiente sea el mismo. Éste es el llamado principio de los vasos comunicantes, que es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática. Si se toman dos puntos A y B situados en el mismo nivel, sus presiones hidrostáticas han de ser las mismas. Si se emplean dos líquidos de diferentes densidades y no miscibles, entonces las alturas serán inversamente proporcionales a las respectivas densidades.

La segunda parte de este experimento desalojamos agua del tanque del nivel 4 hasta el nivel 1 después de ello sé cerro la válvula (V5) del Tubo A y al estar suministrando liquido hasta los niveles 2, 3 y 4 se observa que el nivel del agua del Tubo A permaneció siempre igual en el nivel 1, contrario con lo sucedido con los tubos B y C que a medida que se les suministraba agua los dos ascendían y estaban a la misma altura del liquido contenido en el tanque.

Por lo que se concluye que en el tubo A no subió el agua, al existir un vacío en este tubo al estar la válvula (V5) cerrada; por lo que se ejerció una compresión en el tubo y no dejo que subiera de nivel.

En lo que se refiere al experimento del Efecto del flujo sobre la superficie libre se realizo lo siguiente:

Se abrió la válvula (V3) y se cerro la válvula (V4) así como también se abrieron las válvulas (V1, V2, V5) y se le mantuvo constante el nivel del tanque por lo que se observo lo siguiente:

 Para ver el grafico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 

Se observa que al estar abierta la válvula (V3) que corresponde al tubo A y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojación del agua del tubo A será mayor que el tubo B y la desalojación del agua del tubo B será mayor que la del tubo C, en este experimento se observa la línea de energía ascendente.

Se realizo el mismo procedimiento para la válvula (V4) esta válvula se abrió y se cerro (V3). Al estar abierta la válvula (V4) que corresponde al tubo C y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojación del agua del tubo C será mayor que el tubo B y la desalojación del agua del tubo B será mayor que la del tubo A, en este experimento se observa la línea de energía descendente.

 Para ver el grafico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 

El tercer experimento realizado fue el del Principio de Arquímedes.

En este experimento se realizaron pesajes en el aparato de Arquímedes de cuatro diferentes masas. La primera masa que se peso fue el cubo y el cilindro esto peso 174 gr la segunda masa que se peso fue el cubo mas el cilindro sumergido en agua pesando 165 gr, la tercera masa fue solamente el cubo pesando 90 gr y la cuarta masa pesada fue el cubo lleno de agua pesando 99 gr.

Con ello se demuestra la siguiente ecuación:

m1 - m2 = m4 – m3

  

m1 - m2 = m4 – m3

Con los cálculos de las masas y la comprobación de la formula se demuestra el principio de Arquímedes, de acuerdo con el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

CUESTIONARIO

  1. Empuje hidrostático

    Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentan un empuje hacia arriba. Arquímedes indicó cuál es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

    Su principio puede ser obtenido como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática. Considerando un cuerpo en forma de paralelepípedo, las longitudes de cuyas aristas valen a, b y c metros, siendo c la correspondiente a la arista vertical. Dado que las fuerzas laterales se compensan mutuamente, sólo se considerarán las fuerzas sobre las caras horizontales.

    Por lo que se puede concluir que: el empuje es una fuerza aplicada de sentido contrario al peso a la que están sometidos todos los cuerpos sumergidos en un fluido o líquido y de acuerdo con el principio de Arquímedes su valor es igual al peso del fluido desalojado.

    1. ¿Qué es el centro de presiones?

    El centro de presiones es el punto por el cual se ejercen las líneas de acción de las fuerzas que ejercen presión sobre un cuerpo sumergido en un líquido.

  2. Defina el empuje hidrostático.

    El centro de presiones y el centro de gravedad no coinciden en ningún punto. Ya que el centro de presiones siempre esta por debajo del centro de gravedad, esto es por que la fuerza resultante aplicada esta por debajo del centro de gravedad y el centro de presiones corresponde a la misma distancia de ubicación de la fuerza resultante.

  3. ¿Puede coincidir el centro de presiones con el centro de gravedad a cierta profundidad?
  4. Enuncie el principio de Arquímedes.

El principio de Arquímedes enuncia que:

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

Equilibrio de los cuerpos sumergidos

De acuerdo con el principio de Arquímedes, para que un cuerpo sumergido en un líquido esté en equilibrio, la fuerza de empuje E y el peso P han de ser iguales en magnitudes y, además, han de aplicarse en el mismo punto. En tal caso la fuerza resultante R es cero y también lo es el momento M, con lo cual se dan las dos condiciones de equilibrio. La condición E = P equivale de hecho a que las densidades del cuerpo y del líquido sean iguales. En tal caso el equilibrio del cuerpo sumergido es indiferente.

Si el cuerpo no es homogéneo, el centro de gravedad no coincide con el centro geométrico, que es el punto en donde puede considerarse aplicada la fuerza

de empuje. Ello significa que las fuerzas E y P forman un par que hará girar el cuerpo hasta que ambas estén alineadas.

Equilibrio de los cuerpos flotantes

Si un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empuje predomina sobre el peso (E>P). En el equilibrio ambas fuerzas aplicadas sobre puntos diferentes estarán alineadas.

La FIGURA 1 se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera.

(1 ) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada.

(2 ) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente —desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.

REPORTE

  1. Respecto a la experimentación de la superficie libre de un liquido estático se puede concluir que al estar el tanque y los tubos comunicantes A, B, y C a la misma presión, esto es a la presión atmosférica o superficie libre; su nivel de altura del liquido es el mismo, esto lo constatamos al suministrar agua al tanque a cierta elevación y observar lo sucedido con respecto a los tubos. Por lo que generalizando se concluye que la superficie libre de un liquido estático es siempre horizontal.

    La segunda parte fue cuando al Tubo A se le cerro su válvula (V5) y al estar suministrando liquido como el experimento anterior se observa que el nivel del agua del Tubo A permaneció siempre igual que cuando se comenzó a introducir el líquido, contrario con lo sucedido con los tubos B y C que a medida que se les suministraba agua los dos ascendían y estaban a la misma altura del liquido contenido en el tanque.

    Por lo que se concluye que en el tubo A no subió el agua al existir un vacío en este tubo al estar la válvula (V5) cerrada; por lo que se ejerció una compresión en el tubo y no dejo que subiera de nivel.

    En lo que se refiere a la Sección del Efecto del flujo sobre la superficie libre se concluye que al estar abierta la válvula (V3) que corresponde al tubo A y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojación del agua del tubo A será mayor que el tubo B y la desalojación del agua del tubo B será mayor que la del tubo C, en este experimento se observa la línea de energía ascendente.

    Para ver el grafico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 

    Y al estar abierta la válvula (V4) que corresponde al tubo C y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojación del agua del tubo C será mayor que e tubo B y la desalojación del agua del tubo B será mayor que la del tubo A, en este experimento se observa la línea de energía descendente.

      Para ver el grafico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 

  2. Con respecto a la Sección 1 ( Superficie libre de un líquido estático ) y Sección 2 ( Efecto del flujo sobre la superficie libre )¿Qué concluye respecto a lo observado en estos experimentos?
  3. En la sección del principio de Arquímedes ¿ Qué representa la diferencia de los pesos de las masas m1 y m2? ¿ Y que representa la diferencia de los pesos de las masas m3 y m4?

m1 - m2 Representa el empuje del agua sobre el cuerpo

m4 – m3 Representa el volumen del líquido desalojado

Por lo que la ecuación completa se representa así:

m1 - m2 = m4 – m3

 ¿ Se cumple m1 - m2 = m4 – m3?

Si se cumple.m1 - m2 = m4 – m3

MATERIAL UTILIZADO

  • Tanque de almacenamiento
  • Tubos comunicantes A B y C montados en el respaldo del banco
  • Aparato de Arquímedes ( bascula de palanca y cilindro de bronce y cubo de acero inoxidable ).

CONCLUSIONES

Se cumplió el objetivo de la practica, el cual era observar que la superficie libre de un liquido en reposo es siempre horizontal, observar el efecto del flujo sobre la superficie libre así como verificar el principio de Arquímedes.

Respecto a la experimentación de la superficie libre de un liquido estático se puede concluir que al estar el tanque y los tubos comunicantes A, B, y C a la misma presión, esto es a la presión atmosférica o superficie libre; su nivel de altura del liquido es el mismo, esto lo constatamos al suministrar agua al tanque a cierta elevación y observar lo sucedido con respecto a los tubos. Por lo que generalizando se concluye que la superficie libre de un liquido estático es siempre horizontal.

De la segunda parte del experimento se concluye que en el tubo A no subió el agua al existir un vacío en este tubo al estar la válvula (V5) cerrada; por lo que se ejerció una compresión en el tubo y no dejo que subiera de nivel.

En lo que se refiere a la Sección del Efecto del flujo sobre la superficie libre se concluye que al estar abierta la válvula que corresponde al tubo y al mantener un flujo constante en el tanque, la desalojación del agua del tubo será mayor que la de los tubos siguientes, en este experimento puede observarse una línea de energía ascendente o descendente.

En nuestro tercer experimento el de la verificación del principio de Arquímedes se concluye que con los cálculos de las masas y la comprobación de la formula se demuestra el principio de Arquímedes, de acuerdo con el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

BIBLIOGRAFIA

CLAUDIO MATAIX. "MECÁNICA DE FLUIDOS Y

MÁQUINAS HIDRÁULICAS". ED. HARLA

MEXICO 1995.

RONALD V. GILES. "MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

E HIDRÁULICA" ED. MC GRAW HILL

MEXICO 1990. SERIE SCHAUM

 

 

 

 

 

 

Autor:

ROBERTO JIMÉNEZ MANDUJANO.


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