UNIDAD N. 2 CONOZCAMOS LOS FLUIDOS..pptx

CIENCIAS NATURALES.

1. Unidad 2: Conozcamos los fluidos. Lic. Walter Alexander Montoya Sibrián. 1 Estática de fluidos o Hidrostática. Densidad y presión. Presión atmosférica. Principio de pascal. Aplicaciones. Principio de Arquímedes.

2. Tipos de Fluidos Fluidos reales Los fluidos reales son los que presentan cierta viscosidad, es decir, un rozamiento interno de sus moléculas. Tanto los líquidos como los gases presentan cierta viscosidad, aunque los líquidos son mas viscosos que los gases. Fluidos ideales En los fluidos ideales no existen fuerzas de fricción, es decir, no hay viscosidad entre sus moléculas. El agua y el aire pueden considerarse como fluidos ideales. En general, a través de los fluidos ideales se explican algunos principios básicos de la hidrostática (estudio de los líquidos en reposo). 05/03/2025 2

3. Masa y Peso. La masa y el peso son diferentes propiedades, que se definen en el ámbito de la física. La masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que el peso es una medida de la fuerza que es causada sobre el cuerpo por el campo gravitatorio. La masa se corresponde con el concepto común de cuán “pesado” es un objeto. Sin embargo, en realidad la masa es una propiedad  inercial ; o sea la tendencia de un objeto a permanecer moviéndose con una velocidad constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Según la Segunda ley de Newton, expresada por la fórmula  F  =  ma  un objeto con una masa,  m , de un kilogramo sufrirá una aceleración,  a , de un metro por segundo al cuadrado (aproximadamente un décimo de la aceleración causada por la gravedad terrestre) cuando actúe sobre el mismo una fuerza,  F , de un Newton. 05/03/2025 3

4. Peso especifico. Se le llama  peso específico  a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen. Su expresión de cálculo es: 05/03/2025 4

5. Densidad. En física y química, la  densidad  (del latín densitas) (símbolo del alfabeto griego, rho  ρ ) Rho = Densidad (Kg/m 3 ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. ρ = m/V Alguna vez has sentido la consistencia del aceite, la miel y el agua? En física, esta propiedad de los líquidos se denomina: Viscosidad y se define como la medida de la resistencia que opone un liquido al fluir. Los aceites para automóviles deben tener un grado de viscosidad que garantice el buen funcionamiento del motor y de los frenos del automóvil. 05/03/2025 5

6. 05/03/2025 6 Fluidos Son fluidos los líquidos y gases. Éstos se caracterizan por tener densidad y presión. Densidad La densidad define como “la masa por unidad de volumen”. La unidad de medida de la densidad en el SI es el kg/m 3 . 1 kg/m 3 = 10 3 g/cm 3 1 m 3 = 1,000 litros Sustancia Densidad (kg/m 3 ) Aire 1,20 Helio 0,18 Hidrógeno 0,09 Agua dulce 1 000 Hielo 917 Agua salada 1 030 Alcohol 806 Madera 373 Aluminio 2 700 Cobre 8 920 Hierro, Acero 7 800 Plomo 11 300 Oro 19 300 Mercurio 13 600

7. Capilaridad y Tensión superficial. La  capilaridad  es un proceso de los fluidos que depende de su 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 que la adhesión del líquido 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 propiedad 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. 05/03/2025 7

8. 05/03/2025 8 Capilaridad y Tensión superficial

9. 05/03/2025 9 Presión La fuerza ejercida por unidad de superficie es la presión. La presión es una cantidad escalar que cuantifica la fuerza perpendicular a una superficie. Si una fuerza perpendicular F actúa sobre una superficie A , la presión en ese punto es: La unidad en el SI de la presión es el pascal ( Pa ), donde: 1 Pa =1 N/m 2 Otras unidades de presión: 1 atm = 1,013 x 10 5 Pa 1 atm = 760 torr 1 mm de Hg = 1 torr 1 libra /pulgada 2 (psi) = 6,90 x 10 3 Pa 1 bar = 10 5 Pa F F A

10. 05/03/2025 10 Presión atmosférica La presión atmosférica es la presión ejercida por la masa de aire que se encuentra directamente encima del área en consideración. La presión de una atmósfera es igual al peso que una columna de mercurio de 76 cm de altura que ejerce sobre un cm² . La presión atmosférica al nivel de mar es: 1,013 x 10 5 Pa = 1 atmósfera = 17,7 psi La presión atmosférica varía con el clima y con la altura.

11. 05/03/2025 11 Presión en un fluido Un líquido en reposo con densidad uniforme y ubicado en una región con g constante. Si determinamos el peso de la columna de fluido mostrada en la figura, Si se toma en cuenta que la presión x área es igual a la fuerza, presión absoluta o total Presión atmosférica Presión solo del liquido (hidrostática)

12. 05/03/2025 12 La presión manométrica , es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica. La presión que se mide con relación con el vacío perfecto se conoce con el nombre de presión absoluta . p absoluta = p atmosférica + p manométrica Vasos comunicantes La presión en la parte superior de cada columna de fluido es igual a p (presión atmosférica). La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente. Presión absoluta y manométrica Todos los puntos a una misma profundidad y mismo liquido se encuentran a la misma presión, sin importar la forma del recipiente: p 1 = p 2 = p 3 = p 4 1 2 3 4

13. 05/03/2025 13 Medidores mecánicos de presión Un medidor muy usado es el medidor de presión de Bourdon . Al aumentar la presión dentro del tubo metálico, este desvía la aguja unida a él. http://www.koboldmessring.com/fileadmin/koboldfiles/media/manometro_tipo_bourdon_con_diafragma_man-r_l1-man-r.gif

14. 05/03/2025 14 Principio de Pascal Todo cambio de presión en un punto de un fluido incompresible dentro de un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene . Aplicaciones del principio de Pascal Prensa hidráulica En el pistón pequeño se aplica una fuerza F 1 , la presión producida se transmite a todos los puntos del líquido, por lo que en el pistón grande la fuerza que se ejerce hacia arriba es: F 2 . Se aplica una pequeña fuerza en este lado Presión p debida a F 1 transmitida por todo el fluido La presión en este lado actúa sobre un área mayor y produce mayor fuerza

15. 05/03/2025 15 El principio de Arquímedes establece que, “Cualquier cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”. Región del espacio ocupada por agua en equilibrio. W fluido = F empuje Principio de Arquímedes

16. LA ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES Fue Gay - Lussac quien unifico las tres leyes:  la ley de Boyle Mariotte (a T cte) y las dos leyes de Gay Lussac (a P cte y a V cte), enunciando la ecuación general de los gases. Nos da la relación entre la presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas. Esta ecuación general de los gases ideales globaliza las tres leyes estudiadas en una sola ecuación, que nos indica que:

17. La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante. Esto matemáticamente puede formularse como: donde: p es la presión medida en atmósferas V es el volumen medida en centímetros cúbicos T es la temperatura medida en grados kelvin k es la constante (con unidades de energía dividido por la temperatura). Ley combinada de los gases

18. Ley general de los gases 05/03/2025 18 Es la ley de los gases que combina la Ley de Charles y Gay-Lussac, la ley de Boyle y la ley de a Avogadro. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante. La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). PV = nRT P= presiona absoluta; V= Volumen ocupado por el Gas; n= N° de moles del gas (n= m/PM) y R = Cte. Universal de los gases= 0.0821atm.l/ mol.K

19. Derivación de los gases ideales Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante: Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta: Ley de Gay-Lussac: dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta: Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.

20. Mapa conceptual Combina las leyes Ley de mariotte Ley de avogadro Charles –gay lussac calculadas se refieren a cada una de las variables termodinámicas mientras todo lo demás es constante Nos da la relación entre la presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas Se utiliza para explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen Ejemplo Los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes