laboratorio 11 hidrodinámica objetivos: dr. willy h. gerber instituto de fisica universidad austral...

Laboratorio 11Hidrodinámica

Objetivos:

Dr. Willy H. GerberInstituto de Fisica

Universidad AustralValdivia, Chile

Aplicar los conceptos de hidrodinámica.

www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-11-Version 11.08

Repaso


Repaso & Complemento(aspectos de turbulencia son complementarios)

Conceptos y Ecuaciones que debemos dominarpara poder aprovechar el laboratorio

Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!!

Repaso


Numero de Reynold [-]Densidad medio [kg/m3]Distancia característica [m]Velocidad relativa [m/s]Viscosidad medio [Pa s]

Dos tipos de corrientes:“laminar” “turbulento”

Re < 20 Re > 2000

Re < 2000 Re > 4000

Repaso


Re < 20 Re > 2000

Fuerza de resistencia

Fuerza de resistencia [N]Radio de la esfera [m]Viscosidad del medio [Pa s]Velocidad relativa [m/s]

Fuerza de resistencia [N]Coeficiente de resistencia [-]Perfil del cuerpo (esfera ) [m2]Densidad del medio [kg/m3]Velocidad relativa [m/s]

“laminar” “turbulento”

Repaso


Velocidad [m/s]Radio del tubo [m]Viscosidad del medio [Pa s]Radio [m]Largo del tubo [m]Variación en presión [Pa]Volumen transportado [m3]Tiempo transcurrido [s]

Perfil de velocidad en tubo

Ancho de capa de borde [m]Densidad del medio [kg/m3]Velocidad media [m/s]

Repaso


Conservación del liquido (valido en caso de turbulencia considerando promediostemporales por efecto de variaciones de la velocidad)


Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección [m/s]Densidades promedioen la sección [kg/m3]

Secciones [m2]Velocidades promedio en la sección y en el tiempo [m/s]Densidades promedio en la sección y en el tiempo [kg/m3]

Repaso


Ecuación que describe el flujo


Modelo que describaun flujo turbulento

$ 1,000,000.-

Ecuación de Bernoulli

Densidad del medio [kg/m3]Velocidad [m/s]Presión [Pa]Aceleración gravitacional [m/s2]Profundidad [m]Posición [m]

Nota: Bernoulli solo aplica para líquidos/gases incompresibles y en que la viscosidad es despreciable.

Misión


¿Cuál la velocidad con que se vacía un envase?- ¿Qué empuje actúa sobre un cuerpo sumergido?

- ¿Cómo funciona un densímetro?- ¿Cómo se mide la presión sanguínea?

Misión

Estudiar el flujo de un liquido y la fuerza de resistencia que experimenta un objeto inmerso

Guía


1. Fuerza de Stokes

Ayuda:

- obtenga la ecuación de la fuerza gravitacional sobre la bolita en función de la densidad del vidrio (analítico)- obtenga la ecuación del empuje del liquido sobre la bolita (analítico)- obtenga la ecuación de la fuerza de resistencia- obtenga la fuerza total (analítico)- mida la velocidad en tres segmentos iguales de la probeta (medición)- escoja aquel segmento en que la velocidad no varia (análisis)- aplique para este caso la ecuación de la fuerza total para calcular la viscosidad del liquido (calculo). Asuma:

Guía


2. Establecer la ecuación de vaciado del estanque

Ayuda:

- escriba la ecuación de Bernoulli en la superficie del estanque (analítica) - escriba la ecuación de Bernoulli a la altura de la salida (analítica) - escriba la ecuación de Bernoulli en el orificio de salida (interior) (analítica) - escriba la ecuación de continuidad entre la superficie y la altura del orificio (analítica)- escriba la ecuación de continuidad entre la altura del orificio y el orificio mismo (analítica)- obtenga la ecuación de velocidad en la parte superior en función de la del orificio (analítica) - obtenga la ecuación de velocidad media en el orificio en función de la altura de la columna (analítica)

Datos se proveerán durante la medición en el Lab.

Guía


3. Calcular Ayuda:- obtenga la ecuación de velocidad en el orificio para el caso que el radio de la columna fuese infinito (ley de Torrichelli) (analítica) - obtenga la ecuación de la altura sobre la que trabajará (calculo)- derive la ecuación para obtener la velocidad (analítica)- obtenga las constantes A, B y C de las ecuaciones derivadas anteriormente (analítica)- compare los A, B y C calculados con los medidos (calculo)- grafique la curva de altura vs tiempo (calculo)- grafique la curva de la velocidad en la columna vs tiempo (calculo)- grafique la curva de la velocidad en el orificio vs tiempo (calculo)- ¿en que rango esta el numero de Reynold en la columna? ¿Que significa esto? (calculo)- ¿en que rango esta el numero de Reynold en el orificio? ¿Que significa esto? (calculo)

A=0.000007 m/s2B=-0.00254 m/sC=0.2403 m

Configuración


Configuración

Viscosidad del medio



VideoCom


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Ejecutar Programa

Mover el objeto marcado para versi la cámara lo detecta

Ejecutar VideoCom Movimientos. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:


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