Ciencias FLUIDOS

de los fluidos reales tensión superficial y Ciencias FLUIDOS gy Harold24301C 16, 2016 21 pagcs INSTITUTO NACIONAL CANTON LOURDES SEGUNDO ANO DE BACHILLERATO CIENCIAS NATURALES II CARLOS ADOLFO MARMOL PEREZ UNIDAD 2. CONOZCAMOS LOS FLUIDOS OBJETIVOS: Indagar y aplicar con seguridad principios de hidrostática y presión atmosférica, realizando experimentos, construyendo aparatos y resolviendo problemas de cálculo acerca de sus propiedades y leyes que les ayuden a comprender y valorar sus aplicaciones en la vida cotidiana.

CONTENIDO I. «FLUIDOS REALES E IDEALES» Indicadores de logro Indaga y describe con interés las características y propiedades Sv. ipe to View nut*ge laridad, viscosidad, PACE 1 or21 Indaga, representa y scribe y Arquímedes y su a Plantea, analiza y res principios de Pascal ana. roblemas de cálculo aplicando los principios de Pascal y Arquímedes. Experimenta y resuelve con perseverancia problemas de cálculo sobre la presión hidrostática de cuerpos en el interior de un líquido.

Experimenta y describe con seguridad el efecto de la presión atmosférica en fenómenos cotidianos y en los seres vivos. Plantea, analiza y resuelve con perseverancia problemas plicando conocimientos sobre presión atmosférica. Experimenta y resuelve correctamente problemas de cálculo sobre la presión en gases encerrados en un recipiente. MECANICA DE FLUIDOS La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos, rama de la física a s su vez, que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo provocan. La caracteristica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil.

La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma «original» (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde si hay fuerzas restitutivas Un fluldo es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido la osición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen.

Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de formas propias. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluldos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales). TEMA 1. «FLUIDOS REALES E IDEALES» FLUIDOS REALES: Se llama fluido real, a un fluido que es viscoso y/o compresible 2 OF REALES E IDEALES» Características La posición relativa de sus moléculas puede cambiar continuamente.

Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. Tienen viscosidad. Dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o menor velocidad. Mientras más viscoso es un fluido, fluye con menor velocidad; mientras menos viscoso, fluye con mayor velocidad. Su viscosidad está en relación con la densidad del fluido FLUIDOS IDEALES: Se llama fluido ideal, a un fluido de viscosidad nula, incompresible y deformable cuando es sometido a tensiones cortantes por muy pequeñas que éstas sean. El movimiento de un fluido real es muy complejo.

Para simplificar su descripción consideraremos el comportamiento de un fluido ideal cuyas caracter[sticas son las siguientes: Fluido no viscoso. Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido Flujo estacionario. La velocidad del fluldo en un punto es constante con el tiempo Fluido incompresible. La densidad del fluido permanece Flujo irrotacional. No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS VISCOSIDAD La viscosidad es la propiedad que determina la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.

A más viscoso menos fluye n fluido. Cuanto más viscoso es un fluido es más pastoso y menos se desliza por las paredes del recipiente. Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para flu recipiente. Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para fluir libremente. A más resistencia a fluir más viscoso. Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. A más temperatura menos viscoso es un fluido. El movimiento de los fluidos se puede ver ligeramente frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento.

Este fenómeno es mucho más mportante en los líquidos que sufren una pérdida apreciable de energía y de presión a medida que se mueve por tuberías o canales. FLUIDEZ Es parecido a la viscosidad pero lo contrario. Es una propiedad de liquldos y gases que se caracteriza por el constante desplazamiento de las partículas que los forman al aplicarles una fuerza. Los gases se expanden ocupando todo el volumen del recipiente que les contiene, ya que no disponen ni de volumen ni de forma propia. Por esta razón los recipientes deben estar cerrados.

Los líquidos si mantienen su volumen, aunque adoptan la forma del recipiente hasta alcanzar un nivel determinado, por o que pueden permanecer en un recipiente cerrado. DENSIDAD Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se utiliza la letra griega p [Rho] para designarla. La densidad quiere decir que entre más masa tenga un cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad. p masa/volumen. La unidad de densidad en el S. l. es el kg/m3. Los gases son muchos menos densos que los líquidos.

Se puede variar la densidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior de variar la densidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior del recipiente que lo contiene. Los líquidos solo alteran ligeramente su densidad con los cambios de temperatura. La diferencia de densidad entre los líquidos puede impedir que se mezclen homogéneamente, flotando uno sobre el otro, como ocurre con el aceite y el agua. Comportamiento anómalo del agua Los valores de densidad de los diferentes materiales están dados, en general, para una temperatura de 0 0C y a una presión exterior de una atmósfera.

El uso de condiciones específicas como las mencionadas se debe a que casi todos los liquidos aumentan su volumen al aumentar su temperatura. Una excepción a esta regla s el agua líqulda, cuya densidad presenta un valor estándar de 1 g/cm3 cuando su temperatura es de 4 0C. Entre 0 0C y 4 0C el agua se contrae, es decir que su volumen disminuye. Una masa cualquiera de agua tiene un volumen mínimo, y por lo tanto una densidad máxima, a 4 0C. A partir de este valor de temperatura, el agua se comporta como el resto de los líquidos aumentando su volumen al elevarse la temperatura.

PESO ESPECIFICO Así como la densidad puede identificar un material a partir de la proporcionalidad entre la masa y el volumen de cualquier cuerpo de dicho material, existe otra forma de hacerlo, considerando a proporcionalidad entre el peso y el volumen. Si se toman dos trozos cualesquiera de un metal, por ejemplo de 1 cm3 y de 2 cm3, y se pesan en el mismo lugar, se obtienen valores proporcionales a los volúmenes, por ejemplo 0. 1 N y 0. 2 N r s OF mismo lugar, se obtienen valores proporcionales a los volúmenes, por ejemplo 0. 1 Ny 0. N respectivamente, es decir que Este material pesa N por cada centímetro cúblco y a este valor se lo denomina peso específico del material. Es decir que el peso específico de un material expresa el peso de cada unidad de volumen: En donde P es el peso de un cuerpo construido con ese material y V su volumen. En el SI, la unidad con la que se mide el peso especifico es el N/ m3, aunque es común utilizar el g/cm3 COMPRESIBILIDAD Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión.

La posibilidad de comprimirse o expandirse dependiendo de la presión que se ejerce sobre un gas es una de las propiedades de mayor aplicación técnica de este tipo de fluidos. En el caso de los líquidos, aunque se aumente su presión, no se modifica su volumen de manera significativa, por lo que se consideran incompresibles. TENSION SUPERFICIAL En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. l Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.

Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, 6 OF fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas ue entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.

Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. La tensión superficlal se debe a que las fuerzas que afectan cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un liquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan.

Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una minima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencla de densidades entre el liquldo y gas. CAPILARIDAD La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de u tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del liquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta ropiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa. PRESION La presión (simbolo P) es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. En el Sistema

Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro cuadrado (rn2). En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada. La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie.

Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de anera unifo superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma: En donde: P es la presión; F es la fuerza y A es el área sobre el cual se ejerce la fuerza. Los fluidos no soportan esfuerzos cortantes o de tensión; debido a eso, el único esfuerzo que se puede ejercer sobre un objeto sumergido en un fluido estático es el que tiende a comprimir el objeto desde todos los lados.

En otras palabras, la fuerza que ejerce el fluido estático sobre un objeto siempre es perpendicular a las superficies del objeto. Fig. En cualquier punto sobre la superficie de un objeto sumergido, la fuerza que ejerce el fluido es perpendicular a la superficie del objeto. La fuerza que ejerce el fluido en las paredes del contenedor es perpendicular a las paredes en cualquier punto. PRESION ATMOSFÉRICA La presión atmosférica es la fuerza por unidad de área que ejerce el aire sobre la superficie terrestre.

El concepto de presión atmosférica surge debido a la presión que ejerce la atmosfera sobre la tierra. Podemos medir la presión atmosférica de forma experimental con un barómetro de mercurio A nivel del mar y en condiciones atmosféricas normales, el peso e la atmosfera hace subir al mercurio 760 mm por un tubo de vidrio calibrado. A mayor altitud, el mercurio sube menos por el tubo, porque la cantidad de aire situada sobre la superficie del líquido del recipiente es menor, ya que la presión atmosférica es menor.

Las unidades de la presión atmosférica son atmosferas (atm) la presión atmosférica es menor. Las unidades de la presión atmosférica son atmosferas (atm) y mm de mercurio (mm de Hg) Teniendo en cuenta que la densidad del mercurio es de 130,600 kg/m3, que la aceleración de la gravedad es de 9. 8 m/s2 y que 760 mm son 0. 76m; si aplicamos la ecuación fundamental de la idrostática (P = pgh) podemos obtener las siguientes igualdades. 1 atm = = 101,292. 8Pa Es decir que 1 atm 101,292. 8 Pa Existen otros instrumentos para medir la presión atmosférica.

Un barómetro es un instrumento que mide la presión atmosférica. La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmósfera. Uno de los barómetros más conocidos es el de mercurio. Los prmeros barómetros estaban formados por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada. El peso de la columna de liquido compensa exactamente el peso de la atmósfera. Existen varios tipos de barómetros, entre os cuales están: de mercurio, aneroide, altímetros barométricos, de Fortín, etc.

PRESION MANOMÉTRICA Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en los que la presión es superior a la presion atmosfénca, pues cuando esta es negativa se llama presión de vacío. Cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto, se llama presión absoluta; cuando se mide con respecto a la presión atmosférica, se llama presión manométrica. El concepto de presión manométrica fue desarrollado porque casi todos los manómetros