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Baloriatoria 02 FLUIDOS, Ejercicios de Dinámica de Fluídos

Seri de 13 ejercicos para practicar sobre FLUIDOS

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 17/09/2022

allison-almeron
allison-almeron 🇨🇴

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[BOLETIN 2: HIDROESTATICA, FLOTABILIDAD, BERNOULLI]
Prof(a). Sonia Fernández
1. Una esfera uniforme de plomo y una de
aluminio tienen la misma masa. ¿Cuál es la
razón entre el radio de la esfera de aluminio y
el de la esfera de plomo?
2. Un bloque cúbico de madera de 10 cm de
arista flota en la superficie de separación
entre aceite y agua, como se muestra en la
figura. La densidad del aceite es de 0,8 g/cm3.
La presión atmosférica es de 103.000 Pa.
3. Un tanque con un fondo plano de área A y
lados verticales se llena con agua con una
profundidad h. La presión es 1 atm en la
superficie. a) ¿Cuál es la presión absoluta en
el fondo del tanque? b) Suponga que un
objeto de masa M y densidad menor a la
densidad del agua se coloca en el tanque y
flota. No se desborda agua. ¿Cuál es el
aumento resultante de presión en el fondo
del tanque? c) Evalúe sus resultados para una
alberca con 1.50 m de profundidad y una base
circular de 6.00 m de diámetro. Dos personas
con masa combinada de 150 kg entran a la
alberca y flotan tranquilamente ahí.
Encuentre la presión absoluta original y el
aumento de presión en el fondo de la alberca.
4. Usted está preparando un aparato para hacer
una visita a un planeta recientemente
descubierto llamado Caasi, el cual tiene
océanos de glicerina y una aceleración
superficial debida a la gravedad de 4.15 m/s2.
Si el aparato flota en los océanos de la Tierra
con el 25.0% de su volumen sumergido, ¿qué
porcentaje se sumergirá en los océanos de
glicerina de Caasi?
5. ¿Cuántos metros cúbicos de helio se
requieren para levantar un globo con una
carga de 400 kg a una altura de 8 000 m?
(Considere ρHe = 0.180 kg/m3.) Suponga que el
globo mantiene un volumen constante y la
densidad del aire disminuye con la altura z de
acuerdo con la expresión ρaire = ρ0e-z/8 000,
donde z está en metros y ρ0 = 1.25 kg/m3 es la
densidad del aire a nivel del mar.
6. La presión superficial en Venus es de 92 atm,
y la aceleración debida a la gravedad ahí es de
0.894 g. En una futura misión exploratoria, un
tanque cilíndrico vertical de benceno está
sellado en el extremo superior, pero aun así
sigue presurizado a 92 atm justo por encima
del benceno. El tanque tiene un diámetro de
1.72 m, y la columna de benceno mide 11.50
m de alto. Ignore los efectos debidos a la
temperatura extremadamente alta de Venus.
a) Calcule la fuerza total ejercida sobre la
superficie interior de la base del tanque. b)
¿Qué fuerza ejerce la atmósfera de Venus
sobre la superficie exterior de la base del
tanque? c) Calcule la fuerza total interior que
ejerce la atmósfera sobre las paredes
verticales del tanque.
7. Por una tubería horizontal de 20 cm de
diámetro fluye agua con un flujo de volumen
de 30 m3 /min. (a) ¿Con qué rapidez sale el
agua en la boca de la tubería? (b) Si la tubería
está situada a 1,2 m de altura sobre el suelo,
como se muestra en la figura, ¿qué alcance
horizontal (x) tiene la corriente de agua desde
la salida?
8. Fluye agua por un tubo circular de sección
transversal variable, llenándolo en todos sus
puntos. a) En un punto, el radio del tubo de
0.150 m. ¿Qué rapidez tiene el agua en este
punto si la tasa estable de flujo de volumen en
el tubo es de 1.20 m3/s? b) En otro punto, la
rapidez del agua es de 3.80 m/s. ¿Qué radio
tiene el tubo en este punto?
pf2

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[BOLETIN 2: HIDROESTATICA, FLOTABILIDAD, BERNOULLI] Prof(a). Sonia Fernández

  1. Una esfera uniforme de plomo y una de aluminio tienen la misma masa. ¿Cuál es la razón entre el radio de la esfera de aluminio y el de la esfera de plomo?
  2. Un bloque cúbico de madera de 10 cm de arista flota en la superficie de separación entre aceite y agua, como se muestra en la figura. La densidad del aceite es de 0,8 g/cm^3. La presión atmosférica es de 103.000 Pa.
  3. Un tanque con un fondo plano de área A y lados verticales se llena con agua con una profundidad h. La presión es 1 atm en la superficie. a) ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo del tanque? b) Suponga que un objeto de masa M y densidad menor a la densidad del agua se coloca en el tanque y flota. No se desborda agua. ¿Cuál es el aumento resultante de presión en el fondo del tanque? c) Evalúe sus resultados para una alberca con 1.50 m de profundidad y una base circular de 6.00 m de diámetro. Dos personas con masa combinada de 150 kg entran a la alberca y flotan tranquilamente ahí. Encuentre la presión absoluta original y el aumento de presión en el fondo de la alberca.
  4. Usted está preparando un aparato para hacer una visita a un planeta recientemente descubierto llamado Caasi, el cual tiene océanos de glicerina y una aceleración superficial debida a la gravedad de 4.15 m/s^2. Si el aparato flota en los océanos de la Tierra con el 25.0% de su volumen sumergido, ¿qué porcentaje se sumergirá en los océanos de glicerina de Caasi?
  5. ¿Cuántos metros cúbicos de helio se requieren para levantar un globo con una carga de 400 kg a una altura de 8 000 m?

(Considere ρHe = 0.180 kg/m^3 .) Suponga que el globo mantiene un volumen constante y la densidad del aire disminuye con la altura z de

acuerdo con la expresión ρaire = ρ 0 e-z/ 8 000,

donde z está en metros y ρ 0 = 1.25 kg/m^3 es la densidad del aire a nivel del mar.

  1. La presión superficial en Venus es de 92 atm, y la aceleración debida a la gravedad ahí es de 0.894 g. En una futura misión exploratoria, un tanque cilíndrico vertical de benceno está sellado en el extremo superior, pero aun así sigue presurizado a 92 atm justo por encima del benceno. El tanque tiene un diámetro de 1.72 m, y la columna de benceno mide 11. m de alto. Ignore los efectos debidos a la temperatura extremadamente alta de Venus. a ) Calcule la fuerza total ejercida sobre la superficie interior de la base del tanque. b ) ¿Qué fuerza ejerce la atmósfera de Venus sobre la superficie exterior de la base del tanque? c ) Calcule la fuerza total interior que ejerce la atmósfera sobre las paredes verticales del tanque.
  2. Por una tubería horizontal de 20 cm de diámetro fluye agua con un flujo de volumen de 30 m^3 /min. (a) ¿Con qué rapidez sale el agua en la boca de la tubería? (b) Si la tubería está situada a 1,2 m de altura sobre el suelo, como se muestra en la figura, ¿qué alcance horizontal (x) tiene la corriente de agua desde la salida?
  3. Fluye agua por un tubo circular de sección transversal variable, llenándolo en todos sus puntos. a) En un punto, el radio del tubo de 0.150 m. ¿Qué rapidez tiene el agua en este punto si la tasa estable de flujo de volumen en el tubo es de 1.20 m^3 /s? b) En otro punto, la rapidez del agua es de 3.80 m/s. ¿Qué radio tiene el tubo en este punto?

[BOLETIN 2: HIDROESTATICA, FLOTABILIDAD, BERNOULLI] Prof(a). Sonia Fernández

  1. Un tanque a una altura h = 32 m y de diámetro D = 3.0 m suministra agua a una casa. Un tubo horizontal en su base tiene un diámetro d = 2.54 cm (1 pulgada). Para atender las necesidades de la casa, el tubo ha de suministrar agua con una rapidez R = 0.0025 m3/s (cerca de 2/3 de galón por segundo). a) Si el agua fluye con la rapidez máxima, ¿qué presión tendría el tubo horizontal? b) Un tubo más pequeño, de diámetro d' = 1.27 cm (0.5 in), abastece el tercer piso de la casa, situado a 7.2 m sobre el nivel del suelo. ¿Cuáles son la rapidez de flujo y la presión del agua en este tubo? No tenga en cuenta la viscosidad del agua.
  2. Sobre un dique de altura h cae agua con una relación de flujo de masa R, en unidades de kilogramos por segundo. a) Demuestre que la potencia disponible a causa del agua es: 𝑷 = 𝑹𝒈𝒉 donde g es la aceleración en caída libre. b) Cada unidad hidroeléctrica en el dique Grand Coulee toma agua en una tasa de 8.50 x 10^5 kg/s desde una altura de 87.0 m. La potencia desarrollada por la caída de agua se convierte en energía eléctrica con una eficiencia del 85.0%. ¿Cuánta energía eléctrica produce cada unidad hidroeléctrica?
  3. Un tubo Venturi se puede usar como un medidor de flujo (véase la figura). Al tomar la diferencia en presión como P1 - P2 = 21.0 kPa, encuentre la relación de flujo de fluido en metros cúbicos por segundo, dado que el radio del tubo de salida es de 1.00 cm, el radio del tubo de entrada es 2.00 cm y el fluido es gasolina (ρ= 700 kg/m^3 ).
    1. Un lanchón abierto tiene las dimensiones que se muestran en la figura 14.38. Si el lanchón está hecho con placa de acero de 4.0 cm de espesor en sus cuatro costados y el fondo, ¿qué masa de carbón puede transportar el lanchón en agua dulce sin hundirse? ¿Hay suficiente espacio en el lanchón para contener ese carbón? (La densidad aproximada del carbón es de 1500 kg/m^3 .)
    2. Fluye agua continuamente de un tanque abierto como en la figura. La altura del punto 1 es de 10.0 m, y la de los puntos 2 y 3 es de 2.00 m. El área transversal en el punto 2 es de 0.0480 m^2 ; en el punto 3 es de 0.0160 m^2. El área del tanque es muy grande en comparación con el área transversal del tubo. Suponiendo que puede aplicarse la ecuación de Bernoulli, calcule a) la rapidez de descarga en m^3 /s; b) la presión manométrica en el punto 2.