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Fuerza sobre
superficie
Camarena Uribe Daniel Alberto 13300407
Centeno Torres Brandon Ernesto 13300421
González León Jesús Martín 13300490
Ruelas Ruelas Karina Annette 13300656
Sánchez Berlanga Galilea 13300667
4E2 T/M
22 Abril de 2015
Introducción
En la siguiente presentación se dará a conocer el
tema de fuerza sobre fluidos estáticos, los tipos que
ésta presenta, conceptos generales y la descripción
de tipos de superficies, además del efecto que la
gravedad causa en estos, así también se tratará de
explicar lo más claro posible con recursos gráficos, y
se presentará finalmente, una serie de preguntas
para la reafirmación de su comprensión y una breve
conclusión respecto al tema.
Antecedentes:
Arquímedes: Siglo III a.C “Todo cuerpo sumergido en
un líquido recibe un empuje vertical ascendente
igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo”
Blaise Pascal: (1623-1662) “ El incremento de la
presión aplicada a una superficie de un fluido
incompresible , contenido en un recipiente
indeformable se transmite con el mismo valor a cada
una de las partes del mismo”
Desarrollo del tema
Hidrostática
Es la rama de la mecánica de fluidos que estudia
los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que
existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.
Los principales teoremas que respaldan el estudio de
la hidrostática son el principio de Pascal y
el principio de Arquímedes. La hidrostática estudia
fluidos en reposo tales como gases y líquidos.
Desarrollo del tema
Fuerza hidrostática sobre una superficie plana
sumergida sobre un fluido estático incomprensible:
En este caso no se tienen esfuerzos cortantes y se
maneja solo distribuciones escalares de presión.
Esta distribución de presiones a lo largo de toda el
área finita puede ser remplazada convenientemente
por una sola fuerza resultante, con ubicación en un
punto especifico de dicha área.
Desarrollo del tema
Se divide en 4 subtemas importantes:
Superficies
horizontales.
Superficies
planas inclinadas.
Efecto
de la fuerza superficial sobre un fluido
confinado que permanece estático.
Fuerza
hidrostática
sumergida.
sobre
superficie
curva
Desarrollo del tema:
Fluido confinado: El fluido debe llenar un
conducto totalmente para que este se denomine
confinado.
“como una onda de presión de alta velocidad y
magnitud constante”
Fluido estático: Todas las partículas se deben
encontrar en reposo o a una velocidad constante
con respecto a un punto de referencia inercial.
Desarrollo del tema:
Efecto de la fuerza superficial sobre
confinado que permanece estático:
un fluido
Si se ejerce una presión externa sobre una parte de la
frontera de un fluido confinado compresible o
incompresible, esta presión, una vez que cualquier
movimiento del fluido ha cesado, actuará sin
disminución alguna en todo el fluido.
Desarrollo del tema:
La condición de equilibrio requiere que el incremento
de presión en el extremo interior del elemento iguale
la presión aplicada en la frontera. Como el elemento
puede escogerse con cualquier longitud y localizarse
en cualquier posición, la presión ejercida en la
frontera debe transmitirse uniformemente a través del
fluido.
Desarrollo del tema
Superficies Horizontales.
Una superficie plana en una posición horizontal en
un fluido en reposo esta sujeta a una presión
constante. La magnitud de la fuerza que actúa sobre
la superficie es:
F=
𝒑 𝒅𝑨 = p
𝒅𝑨 = 𝒑𝑨
Superficies Planas
Inclinadas
La intersección del plano del área y la superficie
libre se toma como eje x, el eje y se toma como
el plano del área, con origen O, tal como se
muestra en la superficie libre. El área inclinada
arbitraria esta en el plano xy. Lo que se busca
es la magnitud, dirección y línea de acción de
la fuerza resultante debida al líquido que actúa
sobre un lado del área.
Desarrollo del tema:
Fuerzas Hidrostáticas sobre superficies curvas:
La fuerza resultante de la presión sobre
superficies curvas sumergidas no puede
calcularse con las ecuaciones desarrolladas
para la fuerza de la presión sobre superficies
planas sumergidas, debido a las variaciones en
dirección de la fuerza de la presión.
Desarrollo del tema:
La fuerza resultante de la presión puede calcularse
determinando sus componentes horizontales y
combinándolos verticalmente. Las fuerzas ya que
actúan de manera normal a estas superficies curvas la
resultante resulta muy complicada de calcular por las
diferentes direcciones, pero descomponiéndolas
resulta muy fácil calcularlas.
Desarrollo del tema:
Regla general para Curvas;
La componente horizontal de la fuerza ejercida sobre
una superficie curva es igual a la fuerza ejercida sobre
el área plana formada por la proyección de aquella
sobre un plano vertical.
Desarrollo del tema:
La componente vertical de las fuerzas de presión que
actúan sobre una superficie curva es igual en
magnitud y dirección al peso de la columna de fluido,
líquido y aire atmosférico que hay encima de dicha
superficie. Si la superficie está en contacto con varios
fluidos se trata de manera independiente la zona
afectada por cada fluido.
Conclusiones
A partir de la información recabada, se
concluye que las fuerzas que actúan sobre un
elemento se originan debido a la presión
ejercida del fluido y a la fuerza de gravedad; ya
que la presión varía según el área del objeto.
También se comprende como la presión externa
que actúa sobre un fluido deberá ser constante
en todo el fluido y las características que este
presenta debido a los principios físicos que
cumple.
Referencias:
1.
Garcés, F. J. (Enero de 2002). Hidráulica.
Recuperado el 21 de Abril de 2015, de Mecánica
de
Fluidos
y
Recursos
Hidráulicos:
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado_libre
.htm
2.
Rangel, E. (Desconocido). Presión hidrostática.
Recuperado el 21 de Abril de 2015, de slideshare:
http://es.slideshare.net/EstelaRangel/presionhidrostatica-22271218?next_slideshow=1
3.
Shames, I. H. (1995).
Colombia: McGraw-Hill.
Mecánica
de
fluidos.
Preguntas de repaso:
1.-¿Qué sucede si se ejerce una presión sobre una
parte de la frontera de un fluido confinado
compresible o incompresible?
R= Una vez que cualquier movimiento del fluido haya
cesado, actuará sin disminución alguna en todo el
fluido.
2.-¿Cómo podrá ser explicado el principio del efecto
de la fuerza superficial sobre un fluido confinado que
permanece estático?
R= Funcionamiento del freno o gato hidráulico.
Preguntas de repaso:
3.- ¿A qué factor está sujeta una superficie plana
horizontal de un fluido?
R= A una presión constante
4.- ¿De qué personajes se necesitó para llegar a la
hidrostática actual?
R= Pascal y Arquímedes.
5.- ¿Cuáles son las características de un fluido
estático?
R= Todas sus partículas deberán estar en reposo o a
una velocidad constante con respecto a un punto de
referencia inercial
Preguntas de repaso:
6.- ¿Cuál es el principio de pascal?
R= El incremento de la presión aplicada a una superficie
de un fluido incompresible, contenido en un recipiente
indeformable se transmite con el mismo valor a cada
una de las partes del mismo.
7.- En el tema visto, ¿se tienen esfuerzos cortantes?
R= No, se maneja solo distribuciones escalares de
presión.
8.- ¿Cómo afecta que el elemento pueda tener
cualquier longitud y localizarse en cualquier posición?
R= En nada, la presión ejercida en la frontera se
transmitirá uniformemente a través del fluido.
Preguntas de repaso
9.- ¿Por qué se remplaza la distribución de presiones a
lo largo de toda el área finita?
R= Por una sola fuerza resultante, con ubicación en un
punto especifico de dicha área