Tiêu đề HIDROSTÁTICA e HIDRODINÁMICA apunte FAA ex-Famá 2020 r.pdf ✅

HIDROSTÁTICA - HIDRODINÁMICA FÍSICA APLICADA A LA ARQUITECTURA CÁTEDRA ex - Famá APUNTES DE C ÁTEDRA Arq. Gabriela Viglino Colaboración: Arq. Diana Laufer 2020
Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA a la ARQUITECTURA 2020 Arq. Gabriela Viglino Colaboración: Arq. Diana Laufer Página 2 de 25 HIDROSTÁTICA- HIDRODINÁMICA Entendemos por hidrostática al capítulo de la física que estudia a los fluidos en reposo La hidrodinámica estudia la distribución de presiones y velocidades de los fluidos que se encuentran en constante movimiento Estamos acostumbrados a dividir los cuerpos en sólidos y fluidos Debemos definir entonces el concepto de fluido FLUIDOS Son todas las sustancias que pueden FLUIR, o sea desplazarse libremente, adoptando distintas formas Se observa un desplazamiento real de moléculas. De esta definición se desprende que llamamos fluidos a los LÍQUIDOS y a los GASES Su comportamiento es bastante similar, sin embargo podemos establecer algunas diferencias estudiando su volumen, su forma y su posibilidad de ser comprimidos Explicamos este cuadro: Tanto líquidos como gases carecen de forma propia, adaptan su forma a la forma del recipiente que los contiene No pasa lo mismo con respecto a su volumen: los líquidos tienen un volumen definido, que podemos medir fácilmente: litros, m3, cm3 son las unidades más usuales Recordamos algunas equivalencias: 1m3 = 1000 litros. Ellas nos servirán luego para poder dimensionar un tanque de agua por ejemplo Los gases NO tienen un volumen definido, al ser MUY COMPRESIBLES pueden comprimirse o dilatarse en función de las variaciones que sufra el recipiente donde están contenidos Ocupan íntegramente el volumen del recipiente en que están colocados Los líquidos, al ser INCOMPRESIBLES, no verifican esta característica Por ultimo podemos hablar de la viscosidad: La resistencia a fluir que presenta un líquido es su viscosidad. Cuanto mayor es la viscosidad más lento fluye. La viscosidad puede medirse determinando el tiempo que cierta cantidad de líquido tarda en fluir a través de un tubo delgado bajo la influencia de la gravedad. Los líquidos más viscosos tardan más. La viscosidad tiene que ver con la facilidad con que moléculas individuales del líquido pueden moverse unas respecto de las otras, por lo tanto depende de las fuerzas de atracción entre moléculas. Los gases fluyen libremente, son muy poco viscosos FORMA VOLUMEN Compresibilidad VISCOSIDAD LÍQUIDOS Indefinida Definido Incompresibles Viscosos Fuerza de rozamiento GASES Indefinida Indefinido Muy compresibles Poco viscosos Fluyen libremente
Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA a la ARQUITECTURA 2020 Arq. Gabriela Viglino Colaboración: Arq. Diana Laufer Página 3 de 25 ALGUNAS CONCLUSIONES: Interpretamos estas propiedades, teniendo en cuenta que la materia está constituida por partículas llamadas moléculas, vinculadas entre sí por fuerzas denominadas de cohesión molecular Según la intensidad de la fuerza de cohesión molecular que liga las moléculas entre sí, la materia podrá presentarse en estado SOLIDO, LIQUIDO o GASEOSO SOLIDOS: Las fuerzas de cohesión son muy grandes, las moléculas tienen mucha dificultad para desplazarse, prácticamente vibran alrededor de su posición de equilibrio. Por esto los cuerpos solidos tienen forma y volumen propio, es decir definidos. LÍQUIDOS: Las fuerzas de cohesión son menores, las moléculas pueden desplazarse con cierta facilidad y si bien en este estado la materia tiene un volumen definido, la forma que adopte dependerá del recipiente que lo contenga GASES: Las fuerzas de cohesión son muy débiles, las moléculas se desplazan fácilmente, en consecuencia la materia carece de volumen y forma definidos, adoptando la del recipiente que la contiene FUERZA Y PRESIÓN Reconozcamos las diferencias entre los fluidos y los solidos Cuando se aplica una FUERZA sobre un sólido, dicha fuerza se transmite en la dirección en que se aplica Se produce un desplazamiento del cuerpo dependiendo de la magnitud de dicha fuerza Los cuerpos ejercen acciones sobre otros. Algunas veces esa acción consiste en una FUERZA que actúa sobre una SUPERFICIE En los líquidos, cuando se aplica una fuerza sobre un embolo o pistón, dicha fuerza se reparte sobre la superficie del embolo, generando una PRESIÓN en el fluido, que se reparte en todas direcciones SE DENOMINA PRESIÓN A LA FUERZA QUE ACTÚA POR UNIDAD DE SUPERFICIE, EN FORMA PERPENDICULAR A LA MISMA LOS SOLIDOS TRANSMITEN FUERZAS. LOS FLUIDOS TRANSMITEN PRESIONES Presión = Fuerza / Superficie FIGURA 1 Fuerza Superficie del embolo
Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA a la ARQUITECTURA 2020 Arq. Gabriela Viglino Colaboración: Arq. Diana Laufer Página 4 de 25 UNIDADES DE PRESIÓN En el sistema métrico en que la unidad de la Fuerza es el Kilogramo y la de la superficie el metro cuadrado la unidad de presión es P = Kg / m2 También se puede usar P = Kg / cm2 En el sistema c. g. s la unidad es P = Dina / cm2 que se denomina BARIA PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA HIDROSTÁTICA PRINCIPIO DE PASCAL PRINCIPIO GENERAL DE LA HIDROSTÁTICA PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Explicamos cada uno de ellos detalladamente PRINCIPIO DE PASCAL Blas Pascal: 1623- 1662. Matemático, físico y filósofo francés Imaginemos un recipiente como el de la figura 2 lleno de líquido y cerrado con un embolo provisto de un pistón de sección S. También se le han practicado varios orificios que por el momento se encuentran cerrados Si aplicamos una FUERZA sobre la SUPERFICIE del embolo la PRESIÓN generada por el líquido va a destapar todos los orificios del recipiente en el mismo momento y con la misma intensidad. Verificamos con esta experiencia el PRINCIPIO DE PASCAL LA PRESIÓN EJERCIDA SOBRE LA SUPERFICIE LIBRE DE UN LIQUIDO EN EQUILIBRIO SE TRANSMITE ÍNTEGRAMENTE A TODA SU MASA, CON LA MISMA INTENSIDAD Y EN TODAS DIRECCIONES Y SENTIDOS FIGURA 2
Apuntes de cátedra ex-Famá FÍSICA APLICADA a la ARQUITECTURA 2020 Arq. Gabriela Viglino Colaboración: Arq. Diana Laufer Página 5 de 25 Veamos algunos ejemplos donde se puede verificar el PRINCIPIO DE PASCAL PRENSA HIDRÁULICA Es una de las aplicaciones más importantes del Principio de Pascal, permitiendo con un pequeño esfuerzo ejercer fuerzas muy grandes Tomemos como ejemplo el recipiente de la figura 3 que contiene un líquido en equilibrio Son dos recipientes cilíndricos comunicados por su parte inferior, en los que se mueven dos émbolos de secciones s y S en contacto con el líquido Sobre el pequeño embolo de sección s se aplica una FUERZA f La fuerza f repartida en la superficie del embolo pequeño genera una PRESIÓN El embolo más grande necesita para mantener el sistema en equilibrio una FUERZA F Esta presión se reparte a toda la masa del líquido, con igual intensidad y en todas direcciones y sentidos como dice el PRINCIPIO DE PASCAL generando una FUERZA 2 sobre el embolo de mayor superficie (S2) Como la presión es la misma podemos decir: P1= P2 f1/ s1 = F2 / S2 De esta manera podemos calcular F2 F2= f1 x S2 / s1 PRENSA HIDRÁULICA FIGURA 3 Cambiando simplemente la relación S1 / S2 se puede obtener una fuerza F2 todo lo grande que permita la resistencia mecánica del embolo S1 Resolvamos un ejercicio para afianzar estos conceptos: Si una PRENSA HIDRÁULICA tiene un embolo de superficie S1= 10 cm2 donde se aplica una F1= 10 Kg. Calcular la Fuerza generada sobre el embolo de superficie S2= 100cm2 F1/ S1 = F2 / S2 F2= F1 x S2 / S1 = 10 Kg x 100cm2 / 10 cm2 = 100 Kg O sea que F2 aumento 10 veces Veamos otro ejemplo donde se verifica el PRINCIPIO DE PASCAL SILLÓN DE DENTISTA CRIQUET DEL AUTO ASCENSORES HIDRÁULICOS S1 S2 F1 F2