Laboratorio 11 Hidrodinámica Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile Objetivos: Aplicar los conceptos de hidrodinámica. www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso & Complemento Repaso (aspectos de turbulencia son complementarios) Conceptos y Ecuaciones que debemos dominar para poder aprovechar el laboratorio Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!! www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso Dos tipos de corrientes: “laminar” “turbulento” Numero de Reynold [-] Densidad medio [kg/m3] Distancia característica [m] Velocidad relativa [m/s] Viscosidad medio [Pa s] Re < 2000 Re > 4000 Re < 20 Re > 2000 www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso Fuerza de resistencia “laminar” “turbulento” Re < 20 Fuerza de resistencia [N] Radio de la esfera [m] Viscosidad del medio [Pa s] Velocidad relativa [m/s] Fuerza de resistencia [N] Coeficiente de resistencia [-] Perfil del cuerpo (esfera ) [m2] Densidad del medio [kg/m3] Velocidad relativa [m/s] www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso Perfil de velocidad en tubo Velocidad [m/s] Radio del tubo [m] Viscosidad del medio [Pa s] Radio [m] Largo del tubo [m] Variación en presión [Pa] Volumen transportado [m3] Tiempo transcurrido [s] Ancho de capa de borde [m] Densidad del medio [kg/m3] Velocidad media [m/s] www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso Conservación del liquido (valido en caso de turbulencia considerando promedios temporales por efecto de variaciones de la velocidad) “laminar” “turbulento” Secciones [m2] Velocidades promedio en la sección [m/s] Densidades promedio en la sección [kg/m3] Secciones [m2] Velocidades promedio en la sección y en el tiempo [m/s] Densidades promedio en la sección y en el tiempo [kg/m3] www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

$ 1,000,000.- Modelo que describa un flujo turbulento Repaso Ecuación que describe el flujo “laminar” “turbulento” Ecuación de Bernoulli Modelo que describa un flujo turbulento Densidad del medio [kg/m3] Velocidad [m/s] Presión [Pa] Aceleración gravitacional [m/s2] Profundidad [m] Posición [m] Nota: Bernoulli solo aplica para líquidos/gases incompresibles y en que la viscosidad es despreciable. $ 1,000,000.- www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Misión Misión Estudiar el flujo de un liquido y la fuerza de resistencia que experimenta un objeto inmerso ¿Cuál la velocidad con que se vacía un envase? ¿Qué empuje actúa sobre un cuerpo sumergido? ¿Cómo funciona un densímetro? ¿Cómo se mide la presión sanguínea? www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Guía 1. Fuerza de Stokes Ayuda: obtenga la ecuación de la fuerza gravitacional sobre la bolita en función de la densidad del vidrio (analítico) obtenga la ecuación del empuje del liquido sobre la bolita (analítico) obtenga la ecuación de la fuerza de resistencia obtenga la fuerza total (analítico) mida la velocidad en tres segmentos iguales de la probeta (medición) escoja aquel segmento en que la velocidad no varia (análisis) aplique para este caso la ecuación de la fuerza total para calcular la viscosidad del liquido (calculo). Asuma: www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Guía 2. Establecer la ecuación de vaciado del estanque Ayuda: escriba la ecuación de Bernoulli en la superficie del estanque (analítica) escriba la ecuación de Bernoulli a la altura de la salida (analítica) escriba la ecuación de Bernoulli en el orificio de salida (interior) (analítica) escriba la ecuación de continuidad entre la superficie y la altura del orificio (analítica) escriba la ecuación de continuidad entre la altura del orificio y el orificio mismo (analítica) obtenga la ecuación de velocidad en la parte superior en función de la del orificio (analítica) obtenga la ecuación de velocidad media en el orificio en función de la altura de la columna (analítica) Datos se proveerán durante la medición en el Lab. www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Guía 3. Calcular Ayuda: obtenga la ecuación de velocidad en el orificio para el caso que el radio de la columna fuese infinito (ley de Torrichelli) (analítica) obtenga la ecuación de la altura sobre la que trabajará (calculo) derive la ecuación para obtener la velocidad (analítica) obtenga las constantes A, B y C de las ecuaciones derivadas anteriormente (analítica) compare los A, B y C calculados con los medidos (calculo) grafique la curva de altura vs tiempo (calculo) grafique la curva de la velocidad en la columna vs tiempo (calculo) grafique la curva de la velocidad en el orificio vs tiempo (calculo) ¿en que rango esta el numero de Reynold en la columna? ¿Que significa esto? (calculo) ¿en que rango esta el numero de Reynold en el orificio? ¿Que significa esto? (calculo) A=0.000007 m/s2 B=-0.00254 m/s C=0.2403 m www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Configuración Configuración www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Viscosidad del medio Viscosidad del medio www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

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Ecuación de Bernoulli Ecuación de Bernoulli www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Ecuación de Bernoulli www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

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VideoCom VideoCom www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Ejecutar Programa Ejecutar VideoCom Movimientos. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema: Mover el objeto marcado para ver si la cámara lo detecta www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Setear VideoCom www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-7-Version 10.08

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