FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 6. Mecánica de fluidos.

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1 FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 6. Mecánica de fluidos.
Escuela Politécnica Superior Universidad de Sevilla FÍSICA I GRADO Ingeniería Mecánica Tema 6. Mecánica de fluidos. Prof. Norge Cruz Hernández

2 Tema 6. Mecánica de fluidos. (3h)
6.1 Introducción 6.2 Fuerzas en el interior de un fluido. Concepto de presión. Manómetros y barómetros. 6.3 Ecuación fundamental de la estática de fluidos. Consecuencias. 6.4 Principio de Arquímedes. Equilibrio de los cuerpos sumergidos y flotantes. 6.5 Movimiento de un fluido. Líneas y tubos de corriente. Regímenes de movimiento. 6.6 Flujo a través de una superficie. Gasto o caudal. Ecuación de continuidad. 6.7 Fluidos ideales. Ecuación de Bernoulli. Aplicaciones. 6.8 Fluidos reales. Viscosidad. Pérdida de carga.

3 Bibliografía Clases de teoría:
- Física Universitaria, Sears, Zemansky, Young, Freedman ISBN: , Ed. 9 y 11. Clases de problemas: -Problemas de Física General, I. E. Irodov Problemas de Física General, V. Volkenshtein Problemas de Física, S. Kósel Problemas seleccionados de la Física Elemental, B. B. Bújovtsev, V. D. Krívchenkov, G. Ya. Miákishev, I. M. Saráeva. Libros de consulta: Problemas de Física, Burbano, Burbano, Gracia. Resolución de problemas de física, V.M. Kirílov.

4 Clasificación de los materiales
5.1 Introducción Clasificación de los materiales Sólidos rígidos. Sólidos deformables: cambios de longitud/volumen: efectos normales cambios de forma: efectos tangenciales Fluidos: Presentan resistencia al cambio de tamaño, pero no al cambio de forma. Engloba tanto a los gases (fáciles de comprimir) como a los líquidos (prácticamente no se comprimen). Grifo Mágico EXPO Zaragoza 2008.

5 Importancia del estudio de los fluidos
las instalaciones de nuestra vivienda

6 Algunas propiedades que caracterizan a un fluido
Dinámica de fluidos: Es el estudio de fluidos en movimiento. Es una rama de la física muy compleja, y en este curso solamente usaremos aproximaciones y modelos sencillos a partir de las leyes de Newton y las leyes de conservación de la energía. Algunas propiedades que caracterizan a un fluido Densidad: Define su masa por unidad de volumen y se suele expresar por la letra ρ, con unidades en el SI kg/m3.

7 presión en el interior de un fluido a la profundidad h
Podemos colocar el punto 1 en la superficie: presión en el interior de un fluido a la profundidad h Si nuestro recipiente se encuentra al aire libre, entonces la presión en la superficie es la atmosférica:

8 La forma del recipiente no importa,
solamente depende de la profundidad. En la parte inferior de varios vasos comunicantes, la presión es la misma. Si la presión en la superficie de estos es la misma, entonces la altura del líquido tiene que ser la misma.

9 Si aumentamos la presión que ejercemos en la superficie, entonces la presión en cada uno de los puntos del fluido aumentará en el mismo incremento que la superficie. Ley de Pascal: La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y las paredes del recipiente.

10 Podemos escoger la relación entre las áreas de forma tal que haciendo una fuerza pequeña será suficiente para elevar el coche. elevador hidráulico

11 Intentemos medir la presión P de un gas que se encuentra en el interior del balón.
manómetro En la parte horizontal del tuvo las presiones son las mismas en todo el fluido, por encontrarse a la misma altura. Nuestro instrumento para medir presión nos relaciona la presión en el interior del balón y el valor de h. En realidad lo que medimos es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica: presión manométrica.

12 Intentemos medir la presión P en el interior de una habitación donde colocamos este dispositivo.
En la parte inferior del tuvo de ensayo se cumplirá: Nuestro instrumento nos relaciona h con la presión total de nuestra habitación, es decir con la presión absoluta en el interior de nuestra habitación. Si nuestra habitación NO está cerrada herméticamente, entonces la presión que mide nuestro instrumento es la atmosférica. El instrumento que mide la presión absoluta se le denomina barómetro.

13 Si colocamos un barómetro de mercurio al aire libre, este nos mostrará una altura h=760 mm.
Si sustituimos los valores de la densidad y la altura, entonces obtenemos: El barómetro de mercurio fue inventado por Evangelista Torricelli y en honor a él la unidad torr:

14 ¿Qué fuerza hace el líquido sobre este cuerpo?
Fuerza de flotación Principio de Arquímedes: Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

15 Sustituimos el cuerpo por líquido ocupando el mismo volumen.
La porción de líquido sustituida se encontrará en equilibrio. La fuerza que el líquido hace sobre el cuerpo sumergido actúa en el centro de gravedad del fluido desplazado por el cuerpo. Ello no significa que el centro de gravedad del cuerpo tenga que coincidir con la misma vertical de la acción de la fuerza de flotación.

16 Hidrómetro, empleado para medir la densidad de los líquidos.
El flotador calibrado se hunde en el fluido hasta que el peso del fluido que se desplaza es igual a su propio peso. Flotará más alto en los líquidos mas densos.

17 Si al pedir una cocacola, el hielo no flota,
NO TE LA TOMES !!!!!

18 Estudiaremos un fluido ideal, incomprimible y con viscosidad nula.
Línea de flujo: se le llama al camino que realiza una partícula individual en un fluido en movimiento. Flujo estable: Se le llama al flujo cuando no cambia el patrón global con el tiempo. En un flujo estable, cada elemento que pasa por un punto sigue la misma línea de flujo. Además, el mapa de velocidades es constante en el tiempo, aunque no en el espacio. Línea de corriente: es una curva cuya tangente en cualquier punto tiene la dirección de la velocidad del fluido en ese punto. Si el patrón de flujo cambia con el tiempo, las líneas de corriente no coinciden con las de flujo. línea de corriente línea de flujo

19 Tubo de flujo: se le llama a la superficie imaginaria que forman varias líneas de flujo.
Si el flujo es estable, entonces el fluido no puede cruzar las paredes laterales de un tubo de flujo. Los fluidos de diferentes tubos de flujo no pueden mezclarse. Así, tendremos un orden estructural en el movimiento del fluido. Flujo laminar: Es el caso en que el fluido se mueve en forma de capas o láminas que se deslizan suavemente unas con respecto a las otras.

20 Flujo turbulento: Ocurre en el caso en que la velocidad del flujo es muy alta o si tienen cambios abruptos, y entonces el flujo puede hacerse irregular o caótico. En un flujo turbulento no hay patrón de estado estable; el patrón de flujo cambia continuamente. El flujo de humo que sale de estos palitos de incienso es laminar hasta cierto punto; luego se vuelve turbulento.

21 Consideremos un tubo de flujo estable entre dos secciones de área.
6.6 Flujo a través de una superficie. Gasto o caudal. Ecuación de continuidad. Consideremos un tubo de flujo estable entre dos secciones de área. La cantidad de volumen que sale del tubo de flujo en un intervalo de tiempo dt es: La cantidad de volumen que entra en el tubo de flujo en un intervalo de tiempo dt es:

22 Ecuación de continuidad de en régimen estacionario
gasto o caudal Ecuación de continuidad de en régimen estacionario fluido incompresible Ecuación de continuidad de fluido incomprimible

23

24 6.7 Fluidos ideales. Ecuación de Bernoulli. Aplicaciones.
ecuación de continuidad trabajo realizado por las fuerzas ocasionadas por la presión es

25 ecuación de Bernoulli

26 diferencia de presión asociada al cambio de la rapidez con la que se mueve el fluido
diferencia de presión causada por el peso del fluido y la diferencia de alturas

27 Estrategias para resolver un problema:
El fluido debe ser estable, incomprimible y no tener fricción interna. - Escogemos dos puntos de una misma línea de corriente. - Definimos un sistema de coordenadas de referencia. - Escribimos la ecuación de Bernoulli entre los dos puntos. - Reconocer las variables que conoces y las que no conoces.