Laboratorio Superficies Sumergidas

8/20/2019 Laboratorio Superficies Sumergidas

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Laboratorio Fuerzas en superficies sumergidas. MEF-115

UNIVERSIDAD DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

MECANICA DE LOS FLUIDOS

“FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS”

INTEGRANTES: Carnet:

Ciudad Universitaria, Viernes 30 de Septiembre de 2013




Introducción

En el siguiente informe se presentan los datos medidos y calculados respecto al laboratorio

de superficies sumergidas, los cuales fueron tomados a partir de un segmento de toroide

cuyo extremo inferior es una superficie plana, con un sistema de pivote en el centro de la

circunferencia que describe el segmento de toroide y una cantidad de pesos variables en un

extremo con distancia definida como R3.

Dentro de los datos usados se encuentran las masas de las pesas que se utilizan en el

laboratorio y la medida en metros de la altura “h” medida desde el punto inferior del toroide

hasta el menisco de agua que deja en equilibrio el sistema del toroide.

Dentro de los datos calculados se mostrara una tabla con el momento causado por las pesas

respecto al centro del toroide, el momento hidrostático que es causada por el agua sobre la

superficie plana respecto al centro del toroide, la fuerza que causa el momento hidrostático

y la distancia “y” del centro de presiones que es donde se localiza la fuerza hidrostática.




Objetivos

Objetivo general:

Determinar la magnitud y el punto de aplicación de la fuerza producida por el agua

sobre superficies planas sumergidas.

Objetivos específicos:

Calcular el momento hidrostático causado por el fluido. Calcular la fuerza hidrostática causada por el fluido en la superficie plana.

Comparar el momento hidrostático con el momento (WR3).




Equipo y procedimiento

Equipo:

El equipo usado es sencillo como se muestran en las figuras.

1)

Pesas:

Las pesas usadas fueron de 50 y de 100 gramos, de tipo ranuradas.

2) Sistema toroidal con contrapesas:

El cuarto de toroide era de un material plástico transparente

que dejaba visible el menisco de agua para poder medir laaltura “h” deseada.

3) Recipiente de llenado:

Era una botella con capacidad de un galón, con la cual introducíamos agua al

cuarto de toroide.

4) Nivel:

Indicaba si la parte superior del sistema estaba totalmente horizontal.

Fig. 1 pesas de 50 y 100 gramos.

Fig. 2. Sistema toroidal usado.

Fig. 3. Botella de 1 galón.

Fig. 4. Nivel de albañil.




Procedimiento:

Primero se calibro el sistema, poniendo unos tornillos en el extremo contrario al toroide

hasta dejar que la gota de aire del nivel estuviera dentro de las marcas correspondientes.

Luego se puso una pesa equivalente a 100 gramos en el extremo donde está el porta pesas, posteriormente se lleno de agua el toroide hasta cierta altura la cual hiciera que el nivel

indicara que estaba en equilibrio en posición horizontal, después se utilizo la regla de metal

para tomar la medida de la altura de agua y fue anotada en la tabla correspondiente. Estos

pasos se repitieron aumentando de 100 en 100 gramos hasta lograr tener una cantidad de

700 gramos en el porta pesas.

La medida de la altura “h” fue igual hasta que llegamos a los 500 gramos, a partir de ahí, la

distancia “h” se calculó a partir de la diferencia de alturas del radio de 215mm y la altura

medida desde la parte plana superior del toroide hasta el menisco.

Datos obtenidos (medidos)

Datos obtenidos en la medición de la altura “h”, donde “h” es medida desde el punto más

bajo del toroide hasta el menisco de agua.

Carga

(gr.)

profundidad h

(m)

50 0.035

100 0.05

150 0.062

200 0.063

250 0.081

300 0.09

350 0.097

450 0.114

550 0.127

650 0.138

Ecuaciones a uti li zar:

Fuerza que causa el peso colocado en el portapesos, la masa dada esta en gramos, pero

en la formula se usara en kilogramos, el valor de la gravedad será de 9.81 m/s2, por lo cual

el peso estará en Newtons.

Tabla. 1. Datos de altura “h” medida.




=

Valor de la fuerza hidrostática. Para ⟹ ≤ , = , se usara el gamma del agua

que es de 9800N/m3, “b” y “h” son medidas en metros

=

Valor de la fuerza hidrostática en Newton. Para ⟹ > , =

= −

Valor del momento que causa respecto al centro del toroide el peso colocado en un

extremo del sistema calculado en N.m

=

Valor del momento hidrostático. Para ≤ , las distancias “R 2”, “h” y “b” están en

metros mientras gamma esta en N/m3.

= ² −

Valor del momento hidrostático. Para > las distancias “R 2”, “h” y “b” están en

metros mientras gamma esta en N/m3.

= [ ℎ 2 − 2 − 2 + 3 ]

Valor del centro de presión. Para ≤

=

Valor del centro de presión. Para >

= ℎ +

12ℎ− 2 −

2

Valor del momento causado por la fuerza hidrostática respecto al centro de presiones,

calculado en N.m

= − ℎ +




Datos calcul ados:

Comparación de valores entre el momento respecto al centro del toroide causado por

las pesas en un extremo del sistema y el momento hidrostático causado por el liquido.

Momento

(M=WR3)

Momento

Hidrostático

Diferencia entre

WR3 y momento

hidrostático

0.191 0.2654 0.0744

0.383 0.4678 0.84800.574 0.6896 0.1156

0.765 0.9221 0.1571

0.956 1.1009 0.1449

1.148 1.3072 0.1592

1.339 1.4722 0.1332

Carga

(gr.)

Momento

(M=WR3)

Profundid

ad

h (m)

Momento

Hidrostático

Fuerza

F (N)

Ycp1

(m) h≤a

Ycp2

(m) h>a

Momento

de la

Fuerza F.100 0.191 0.0570 0.2654 1.3540 0.0380 - 0.2653 h≤a

200 0.383 0.0770 0.4678 2.4709 0.0513 - 0.4677 h≤a

300 0.574 0.0950 0.6896 3.7612 0.0633 - 0.6894 h≤a

400 0.765 0.1120 0.9221 5.1678 - 0.0754 0.9219 h>a

500 0.956 0.1250 1.1009 6.2513 - 0.0861 1.1009 h>a

600 1.148 0.1400 1.3072 7.5016 - 0.0930 1.2603 h>a

700 1.339 0.1520 1.4722 8.5018 - 0.1102 1.4725 h>a

Tabla. 2. Conjunto de datos calculados, para Ycp, Fuerza hidrostática, Momento del peso y Momento hidrostático.

Tabla. 3. Comparación entre el momento causado por los pesos y el momento causado por el liquido.




Conclusiones

Gracias a la realización de este laboratorio de superficies sumergidas hemos podido aplicar

las ecuaciones dadas en clases y en la guía, pudiendo así determinar la posición del centro

de presiones en una superficie plana sumergida.

Con los datos obtenidos de los cálculos en la tabla 2, podemos hacer la comparación que se

muestra en la tabla 3, llegando a la conclusión que para que se establezca el equilibrio en el

sistema, el momento respecto al centro del toroide causado por las pesas y causado por la

fuerza hidrostática, deben ser iguales en magnitud y de sentido contrario, dando como

resultado una diferencia de aproximadamente cero.

El momento hidrostático es aproximadamente igual en magnitud que la multiplicación de la

fuerza hidrostática calculada, multiplicada por la distancia desde el centro del toroide hastael Ycp para los datos en sobre la superficie plana, es decir para h≤a.




Actividades o asignaciones

La figura anterior muestra un toroide, en el cual el plano inferior sumergido se encuentra a

un ángulo de 30° respecto a la vertical por lo que la fuerza F tendrá 2 componentes una

vertical y una horizontal.

= ( hsinθ −)sin

= = ( hsinθ −)sin

= = 2 − ( hsinθ −)sin

= ∫ 2 − ( hsinθ −)sin

0

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