NO ME SALEN
   EJERCICIOS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
   FLUIDOS - HIDROSTÁTICA
 

desesperado

 

NMS 10) *Se mantiene un tubo de ensayo invertido y sumergido en un recipiente con agua. Las alturas indicadas h1, h2, h3, h4 y h5 valen, respectivamente 4, 10, 30, 34 y 38 centímetros con respecto al nivel cero del fondo del recipiente, y la presión atmosférica es de 101.300 pascales. ¿Cuánto vale la presión absoluta del aire atrapado en el tubo?

* Ejercicio del examen final libre de diciembre de 2011.

Fluídos - Ricardo Cabrera

Este ejercicio tiene algo muy interesante: nos ofrece el valor de seis alturas -o niveles, o profundidades- cuando es casi seguro que muchos de ellos no interesan. O sea, sobran datos. Se trata entonces de un ejercicio que se aproxima mucho más a la verdadera tarea del científico: recortar el universo.

Posee otra particularidad interesante: la misma ley que vamos a utilizar para medir presiones dentro del fluido líquido, vamos a despreciarla (no la vamos a utilizar) para medir presiones dentro del fluido gaseoso: el aire encerrado dentro del tubo de ensayo. Y ambos son fluidos.

 
Fluídos - Ricardo Cabrera

El motivo es que siendo la densidad del aire tan baja (en comparación con la del agua) las diferencias de presión del aire dentro del tubo resultan insignificantes y bien se puede considerar todo ese gas sometido a una única presión.

Esa presión ha de ser la misma que la de la superficie de agua que se halla dentro del tubo, en el nivel h2. (Si así no fuera esa interfase no podría hallarse en equilibrio).

Adentro o afuera del tubo, la presión en un mismo nivel (en una misma profundidad) es la misma cuando estamos describiendo un mismo fluido. Eso lo garantiza el principio general de la hidrostática, que es el que vamos a utilizar para conocer el valor de esa presión.

   

Lo vamos a utilizar para comparar con otro nivel cuya presión conozcamos. Efectivamente: la superficie libre del recipiente, h4, tiene que tener la misma presión que el aire de la atmósfera (101.300 Pa ), que es un dato del enunciado. Acá va:

Δpr2,4 = γH2O Δh2,4

pr2 pr4 = γH2O (h2 h4)

pr2 = pr4 + γH2O (h4 h2)

pr2 = 101.300 Pa + 10.000 N/m3 (0,34 m 0,10 m)

pr2 = 101.300 Pa + 2.400 Pa

 

No te olvides de que acá h significa profundidad, y se mide de arriba hacia abajo.

(A los efectos del cálculo es lo mismo que multiplicar la diferencia
por -1)

  pr2 = praire = 103.700 Pa  
   
Si en lugar de preguntarnos por la presión absoluta nos hubieran pedido la presión relativa, la respuesta habría sido 2.400 Pa.  

 

Fluídos - Ricardo Cabrera

Desafío: ¿Qué sucedería si el tubo fuera mucho más largo y sobresariera de la superficie del líquido 76 centímetros? (Todas las otras alturas son las mismas, excepto h3).

 
   
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