Fisica: Mecánica de fluídos: Hidrostática o Fludos en reposo´y Leyes de los Gases: Charles, Boyle y Gay - Lussac. y Ecuacion General del Estado Gaseosos

1. Unidad 2: Conozcamos los fluidos.
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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).
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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.
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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:
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5. Densidad.
• En física y química, la densidad (del latín densitas)
(símbolo del alfabeto griego, rho ρ) Rho = Densidad (Kg/m3
)
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.
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6. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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/m3
.
• 1 kg/m3
= 103
g/cm3
• 1 m3
= 1,000 litros
V
m
=ρ
Sustancia Densidad (kg/m3
)
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.
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8. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 8
Capilaridad
y
Tensión
superficial

9. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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/m2
• Otras unidades de presión:
1 atm = 1,013 x 105
Pa
1 atm = 760 torr
1 mm de Hg = 1 torr
1 libra /pulgada2
(psi) =
6,90 x 103
Pa
1 bar = 105
Pa
F
p
A
= F
F
A

10. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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 105
Pa = 1 atmósfera = 17,7 psi
• La presión atmosférica varía con el clima y con la altura.

11. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 11
Presión en un fluido
o 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,
ρ=F ghA
0p p ghρ= +
presión absoluta
o total
Presión atmosférica
Presión solo del
liquido
(hidrostática)
0p p ghρ= +

12. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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 p0 (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:
p1= p2 = p3 = p4
1 2 3 4

13. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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 F1, 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: F2.
2
2 1
1
A
F F
A
=
Se aplica una
pequeña fuerza
en este lado
Presión p debida
a F1 transmitida
por todo el fluido
La presión en este
lado actúa sobre un
área mayor y produce
mayor fuerza

15. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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.
• Wfluido = Fempuje
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. 18/02/15 Lic. Carlos Mejia. 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. 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