UNIVERSIDAD DE EL SALVADORFACULTAD DE MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTEMATERIA: FISICA IIORIENTADOR: ING. SAMUEL ADOLFO DUEÑAS APARICIO

GUIA # 1 “HIDROSTÁTICA”

“El maestro mediocre dice,el buen maestro explica,

el maestro superior demuestra,el gran maestro inspira”

William Arthur Ward (1921-1994)Profesor Estadounidense

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CUESTIONARIO

Defina con sus propias palabras las siguientes interrogantes

1. ¿Qué son fluidos?.

2. ¿Es lo mismo fuerza que presión?.

3. ¿Qué es la prensa hidráulica?.

4. ¿Cómo es la presión en el seno de un líquido?

5. ¿Qué entiende por superficie de nivel?.

6. ¿Qué es presión?, dar unidades.

7. ¿Para que sirve la prensa hidráulica?.

8. ¿Cómo son las presiones en el fondo y en las paredes del recipiente?.

9. Enuncie el teorema fundamental de la hidrostática.

10. ¿Qué son vasos comunicantes?.

11. Enuncie el principio de Pascal.

12. ¿Qué es la hidrostática y la presión hidrostática?.

13. ¿A qué es igual la presión de abajo hacia arriba?.

14. ¿Qué es superficie libre de un líquido?.

15. ¿Qué propiedades se cumplen en los vasos comunicantes?.

16. ¿Por qué es mejor usar raquetas para caminar sobre la nieve?

17. Las figuras representan tres recipientes conteniendo el mismo líquido. Los puntos x,y y z se

encuentran a una profundidad h. Con relación a la presión px, py y pz en los puntos x, y y z .Se

puede concluir que:

a) P yP x b) P x=P y=P z c) P xP y d) P yPZ e) P yP z

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PROBLEMAS

1. Determine la fuerza que el agua de mar ejerce sobre una superficie de 5 cm2 que se encuentra a una profundidad de 100 m. La densidad relativa del agua de mar es 1.03R/ 505 N

2. La terraza de un edificio se encuentra a 90 m sobre el nivel de las tuberías de agua en la calle. La presión del agua en las mismas es de 4.25 x105 N/m2. Determinar si es necesario instalar una bomba para que el agua llegue hasta la terraza.R/ Si

3. Los tripulantes tratan de escapar de un submarino averiado a 100 m bajo la superficie. ¿Qué fuerza debe aplicarse a una escotilla de salida instantánea, que mide 1.2 m por 0.60 m, para abrirla a esa profundidad?. Suponga que la densidad del agua de mar es de 1025 kg/m3.R/ 7.2 x105 N

4. Una piscina tiene dimensiones de 24 m X 9.0 m X 2.5 m. Cuando se llena de agua, ¿Cuál es

la fuerza (que resulta sólo del agua) sobre a) el fondo, b) cada lado corto y c) cada lado largo? d) Si nos preocupa la posibilidad de que las paredes de concreto y el piso se colapsen , ¿es apropiado tomar en cuenta la presión atmosférica? ¿Por qué?

R/ a) 5.3 x106 N; b) 2.8 x105 N; c) 7.4 x105 N; d) No.

5. Un tanque cerrado herméticamente contiene dos líquidos inmiscibles de densidades ρ1 y ρ2, ver figura 1. sobre el liquido menos denso se tiene un gas a presión P, si ρ2 = 0.8 ρ1, la presión en la interfase de los líquidos es 7.60 x105 N/m2 y la presión a 0.30 m debajo de la interfase es de 7.73 x105 N/m2

. Determinar: a) Presión en el punto 2 localizado a 0.2 m bajo la superficie del liquido de densidad ρ2.

b) La presión del gas.R/ a) 7.53 x105 N/m2, b) 7.46 x105 N/m2

6. El cilindro y el tubo mostrado en la figura 2 contiene aceite de densidad relativa 0.902. para una lectura en el manómetro de 2.20 kgf (2.2x105 N/m2). Determine el peso total del pistón y la placa.R/ 5.9x105 N.

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ρ2

ρ1

7. Determinar la presión manométrica del aire que hace que la glicerina suba hasta el nivel B. Las densidades relativas del aceite y la glicerina son 0.832 y 1.25 respectivamente.R/ 20x103 N/m2

8. El depósito de la figura contiene un aceite de densidad relativa 0.750. Determinar la lectura del manómetro A en kg/cm2

R/ -8.70x10-2 kg/cm2 (man)

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Manómetro

BA

W

PISTON

1.8 m

Figura 2

1.8 m

1 m AIRE

ACEITE

Glicerina

B

3 m

2 m

1.5 m

Figura 3

9. Con referencia a la siguiente figura, el punto A está a 53 cm por debajo de la superficie libre del líquido, de densidad relativa 1.25, en el recipiente. ¿Cuál es la presión manométrica en A si el mercurio asciende 34.30 cm en el tubo?R/ -0.40 kg/cm2 (man)

10. Los recipientes A y B contienen agua a las presiones respectivas de 2.80 y 1.40 kg/cm2. determine la lectura en el manómetro diferencial de mercurio mostrado en la figura.R/ 1.27 m

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* A

B *

ρHg

ρH2O

h

X

Y

5 m

3 m

11. En un tubo en “U” de sección uniforme hay cierta cantidad de mercurio. Se agrega,en una de las ramas, agua hasta que el mercurio asciende en la otra 2,3 cm. ¿Cuál es la longitud del agua en la otra rama?R/ 31.28 cm.

12. El liquido del manómetro del tubo abierto de la figura es mercurio y1 = 3 cm , y2 = 8 cm. La presión atmosférica es de 570 milibares. a) ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo del tubo en U?b) ¿Cuál es la presión absoluta en el tubo abierto una profundidad de 5 cm por debajo de la superficie libre?c) ¿Cuál es la presión absoluta del gas en el deposito?d) ¿Cuál es la presión manométrica del gas en centímetros de agua?R/ a) 1.077x105 Pa., b) 1.037x105 Pa. c) 1.037x105 Pa. d) 5 cm de Hg. e) 58 cm de agua.

13. Un bloque cúbico de madera de 10.0 cm de lado flota en la interfaz entre aceite y agua con su superficie inferior de 2.00 cm por debajo de la interfaz (ver figura). La densidad del aceite es de 750 Kg/m3., a) ¿Qué presión manométrica hay en la superficie de arriba del bloque?, b) ¿Y en la cara inferior?, c) ¿Qué masa tiene el bloque?R/ a) 147 Pa, b) 931 Pa , c) 0.80 Kg.

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14. El borde superior de una compuerta en una presa está al nivel de la superficie del agua. La compuerta mide 2.00 m de altura y 4.00 m de ancho, y pivota sobre una línea horizontal que pasa por su centro. Calcule la torca en torno al pivote causado por la fuerza que ejerce el agua. (Sugerencia: calcule la torca de una tira horizontal delgada a una profundidad h e integre a lo alto de la compuerta.)R/ 2.61x104 N m.

15. El agua se haya a una profundidad D detrás de la cara vertical de un dique. Supongamos que W

es el ancho del dique. a) Calcule la fuerza horizontal resultante que sobre él ejerce la presión manométrica del agua, y b) la torca neta debida a la fuerza ejercida alrededor de una línea que cruza O paralelamente al ancho del dique. c) ¿Dónde se encuentra la línea de acción de la fuerza equivalente?R/ a) g W D 2/2 b) g W D 3/6 c) D/3 arriba desde la base

16. Un bote que flota en agua dulce desaloja 35.6 KN de agua.a) ¿Qué peso de agua desaloja este bote si estuviese flotando en agua salada de 1024 kg/m3 de densidad?.b) ¿Cambia el volumen del agua desalojada? Si cambia, ¿En cuanto?.R/ a) 3.55 m3; b) Si, 0.08 m3.

17. Un bote de hojalata tiene un volumen total de 1200 cm3 y una masa de 130 g. ¿Cuántos gramos de perdigones de plomo podría contener sin hundirse en el agua?.La densidad del plomo es 11.4 g/cm3.R/ 1.070 Kg .(1070 g)

18. Un bloque de Madera tiene una masa de 3.67 Kg. y una densidad de 594 Kg/m3. Va a ser cargado con plomo para que flote en el agua con 0.883 de su volumen sumergido. ¿Qué masa de plomo se necesita si:a) El plomo está encima de la madera?b) El plomo está amarrado debajo de la madera?

La densidad del plomo es de 1.14x104 Kg/m3.R/ a) 1.79 Kg; b) 1.96 Kg.

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19. Una muestra de mineral pesa 15.00 N en aire, pero si se cuelga de un hilo ligero y se sumerge por completo en agua, la tensión en el hilo es de 10.80 N. Calcule el volumen total y la densidad de la muestra.R/ 4.28 x10-4 m3; 3.57 x103 Kg/m3

20. Un bloque de madera flota en agua dulce con dos tercios de su volumen sumergido. En

petróleo, el bloque flota con 0.90 de su volumen sumergido. Encuentre la densidad de a) la madera y b) el petróleo.R/ a) 670 Kg/m3; b) 740 Kg/m3

21. Un ancla de hierro cuya densidad de 7870 kg/m3 parece 200 N más liviana en el agua que en el aire. a) ¿Cuál es el volumen del ancla? b) ¿Cuánto pesa en el aire? R/ a) 2.04 x10-2 m3; b) 1570 N

22. Una esfera hueca, de 8.0 cm de radio interior y 9.0 cm de radio exterior, flota sumergida hasta la mitad en un liquido de 800 Kg/m3 de densidad. a) ¿Cual es la masa de la esfera? , b) Calcule la densidad del material con que está hecha la esfera.R/ a) 1.22 Kg., b) 1.3 x103 Kg/m3

23. Un cascarón de hierro esférica y hueca flota sumergida casi por completo en agua. El diámetro exterior es de 60.0 cm, y la densidad del hierro es de 7.87 g/cm3. Encuentre el diámetro interior.R/ 57.3 cm.

24. Una plancha de hielo flota en un lago de agua dulce. ¿Qué volumen mínimo debe tener para que una mujer de 45.0 kg pueda pararse en ella sin mojarse los pies?R/ 0.562 m3

25. a) ¿Cuál es el área mínima en la superficie superior de un bloque de hielo de 0.30 m de grueso que flota en agua dulce y que sostendrá un automóvil de 1100 Kg de masa? b) ¿Tiene importancia el lugar donde se ponga el auto sobre el bloque de hielo?R/ a) 45 m2 ; b) el auto debe estar en el centro del bloque si éste debe estar a nivel.

26. Un trozo de aluminio totalmente cubierto con una capa de oro forma un lingote que pesa 45.0 N. Si el lingote se suspende de una balanza de resorte y sumerge en agua, la lectura es de 39.0 N. ¿Qué peso de oro hay en el lingote?R/ 33.5 N

27. Un globo de aire caliente tiene un volumen de 2200 m3. La tela del globo pesa 900 N. la canasta con su equipo y tanques de propano llenos pesan 1700 N. Si el globo apenas puede levantar otros 3200 N de pasajeros, desayuno y champán cuando la densidad del aire exterior es de 1.23 kg/m3, ¿qué densidad media tienen los gases calientes del interior?R/ 0.96 Kg/m3

28. Un globo lleno de helio se amarra a una cuerda uniforme de 2.0 m de largo y 0.050 Kg. de masa. El globo es esférico con un radio de 0.40 m. Cuando se suelta, levanta una longitud, h, de

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cuerda, y luego permanece en equilibrio (ver figura). Determine el valor de h, si la masa del globo es de 0.250 kg.( aire=1.29 km /m3 , helio=0.179 km /m3 )R/ 1.91 m

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