Download Hidrostática - virtual.chapingo.mx

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO
DPTO. DE PREPARATORIA AGRÍCOLA
ÁREA DE FÍSICA
HIDROSTÁTICA
CONCEPTOS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Densidad.
Fuerza.
Presión.
Presión en un fluido.
Presión manométrica.
Principio de Arquímedes.
Principio de Pascal.
Principio de Multiplicación de Fuerzas.
Presión Atmosférica.
PREGUNTAS
1. ¿En qué difieren la presión y la fuerza?
2. Si un buzo que nada a cierta profundidad se sumerge al doble de
profundidad, ¿cuánto aumenta la presión que experimenta el buzo?
3. Si un buzo nada en agua salada, ¿la presión a una profundidad dada será
mayor de lo que sería en agua dulce?
4. ¿Cómo es la presión del agua a un metro de profundidad en un pequeño
estanque comparada con la presión a la misma profundidad en un gran lago?
5. Si introducimos agua en una lata con un pequeño orificio, ¿cuál será la
dirección del agua en el orificio?
6. ¿La fuerza de flotación de un objeto que flota depende del peso del propio
objeto o del peso del fluido que desplaza? ¿Serán iguales estos dos pesos
para el caso particular de un objeto que flota?
7. Según el principio de Pascal, ¿qué le ocurrirá a la presión en todas las partes
de un fluido confinado si hacemos aumentar la presión en una región del
mismo?
8. Se coloca un cubo de agua lleno hasta la mitad sobre una báscula de resorte.
¿Se alterará la indicación de la báscula si metemos un pez vivo en el cubo?
¿Será distinta la respuesta si inicialmente el cubo estuviese lleno hasta el
borde?
9. ¿Cuánto vale la fuerza de flotación que se ejerce sobre un barco de 100
toneladas?
10. ¿Cuál es la masa de un litro de agua? ¿Cuánto pesa en Newtons?
PROBLEMAS
1. En un vaso lleno de agua se deja caer una pulsera de oro de 50 g y se
derraman 2.6 cm3 de agua. ¿Cuál es la densidad del oro? ¿Cuál es el empuje
que experimenta? ¿Cuál es el peso del oro dentro del agua? Sol. oro=19.23
gr/cm3, E = 2.548 x 10-3 N, Peso Real = 0.49 N y Peso Aparente = 0.46452 N.
2. ¿Cuánto pesa el agua de una alberca de 6 m de largo, 3 m de ancho y 2 m de
profundidad? ¿Qué presión ejerce en el fondo de la alberca? Sol. Peso = 352
800 N, Presión = 19.6 x 103 N/m2.
3. Un hombre de 70 Kg. de masa usa zapatos cuyas suelas tienen un área de
200 cm2 cada una. ¿Qué presión ejerce sobre el piso? Sol. Presión = 34.3 x
103 N/m2.
4. La aguja de un tocadiscos, cuya punta tiene 0.1 mm de radio, ejerce una
fuerza hacia debajo de 0.02 N. ¿Cuál es la presión sobre el surco del disco?
¿Cuántas atmósferas representa esto? Sol. Presión = 636 619.77 N/m2 = 6.28
atm.
5. ¿Qué fuerza se necesita para elevar un bloque de concreto de 1000 Kg. hasta
la superficie de un lago de agua dulce? ¿Qué fuerza se necesita para sacarlo
del agua? La densidad del concreto es de 2 300 Kg/m 3. Sol. Fuerza = 9 800 N
y Peso Aparente = 5 539.13 N.
6. Una balsa de 2.4 m de ancho, 3.6 m de longitud y 0.6 m de altura, está hecha
de madera sólida de 128 Kg/m3. ¿Cuál es el peso máximo que puede soportar
la masa? Sol. Lastre = 44 300.4 N.
7. Un globo de 100 Kg. tiene una capacidad de 1000 m 3. Si se llena de
hidrógeno, ¿cuál es la carga máxima que puede soportar? A nivel del mar, el
hidrógeno tiene una densidad de 0.09 Kg/m 3 y el aire de 1.3 Kg/m3. Sol.
Lastre = 1 0878 N.
8. ¿Cuál es la presión sobre un buzo que se encuentra a 3 m bajo la superficie
de un lago de agua dulce? La presión atmosférica a nivel del mar es de 1.013
x 105 N/m2 Sol. Presión = 130 700 N/m2.
9. Una barra de aluminio pesa 76 N en el aire. ¿Qué fuerza se necesita para
sostener la barra cuando se sumerge en gasolina? La densidad del aluminio
es de 2 720 Kg/m3 y la de la gasolina es de 673.5 Kg/m 3. Sol. Peso Aparente
= 57.18 N.
10. La densidad del hielo es de 920 kg/m3 y la del agua de mar es de 1023 kg/m 3.
¿Qué porcentaje de volumen del hielo está sumergido? Sol. 89%.
11. Una persona de 80 kg de masa salta de una balsa de 3 m de lado, la cual
está sobre un lago de agua dulce. ¿Cuánto se levanta la balsa? Sol. 0.00888
m = 0.888 cm.
12. Un ancla de hierro pesa 890 N en el aire. ¿Qué fuerza se necesita para
sostener el ancla cuando se sumerge en el mar? La densidad del hierro es de
7 800 kg/m3 y la del agua de mar es de 1 023 kg/m3. Sol. Peso aparente =
773.27 N.
13. Un cubo de madera que tiene un volumen de 120 cm 3, tiene una masa de 100
gr. ¿Flotará en agua? ¿En gasolina? Sol. Si, no.
14. ¿Cuál es la mínima área de un bloque de hielo con 3 m de espesor para que
soporte a un hombre de 90 kg? La densidad del hielo es de 920 kg/m 3. Sol.
0.375 m2.
15. ¿A qué profundidad debe estar un buzo si experimenta una presión debida al
agua de mar de 327 000 N/m2? La presión atmosférica es de 1.013 N/m 2.
Sol. h = 23.03 m.
16. ¿Cuál es la presión que experimenta un submarino al sumergirse 50 metros
de profundidad en agua de mar? ¿Qué fuerza actúa sobre una ventana
cuadrada del submarino si tiene 20 cm de lado? La densidad del agua de mar
es de 1023 kg/m3. La presión atmosférica es de 1.013 x 10 5 N/m2. Sol.
Presión total = 602 570 N/m2 y F = 24 102.8 N.
17. Si se tuviera una bomba para succionar gasolina a través de un tubo, ¿Cuál
es la altura máxima que puede alcanzar por medio de este método, sabiendo
que nos encontramos al nivel del mar? La densidad de la gasolina es de 680
kg/m3 Sol. h = 15.20 m.
18. La gente tiene más o menos la misma densidad que la del agua dulce.
Encuentre la fuerza de flotación que la atmósfera ejerce sobre una mujer de
50 Kg. a nivel del mar, donde la densidad del aire es de 1.3 Kg/m 3. Sol. Peso
Aparente = 489.36 N.
19. Una prensa hidráulica tiene un cilindro de entrada de 5.0 cm de diámetro y un
cilindro de salida de 15.0 cm de diámetro. Encuentre la fuerza que el pistón
de salida ejerce cuando sobre el pistón de entrada ejerce una fuerza de 30 N.
Sol. F = 270 N.
20. Una prensa hidráulica tiene un cilindro de entrada de 1.0 cm de diámetro y un
cilindro de salida de 22.5 cm de diámetro. Encuentre la fuerza que el pistón
de entrada ejerce cuando sobre el pistón de salida se ejerce una fuerza de 60
N. Sol. F = 0.1185 N.
Elaboró: MC. Guillermo Becerra Córdova.