7.E: Fluidos (Ejercicio)

Preguntas Conceptuales

8.1: ¿Qué es un Fluido?

1. ¿Qué característica física distingue a un fluido de un sólido?

2. ¿Cuáles de las siguientes sustancias son fluidos a temperatura ambiente: aire, mercurio, agua, vidrio?

3. ¿Por qué los gases son más fáciles de comprimir que los líquidos y los sólidos?

4. ¿En qué difieren los gases de los líquidos?

8.2: Densidad

5. Aproximadamente ¿cómo varía la densidad del aire con la altitud?

6. Dé un ejemplo en el que se utiliza densidad para identificar la sustancia que compone un objeto. ¿Se necesitaría información además de la densidad promedio para identificar las sustancias en un objeto compuesto por más de un material?

7. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra un vaso de agua helada llena hasta el borde. ¿Se desbordará el agua cuando se derrita el hielo? Explique su respuesta.

Figura\(\PageIndex{1}\)

8.3: Presión

8. ¿Cómo se relaciona la presión con la nitidez de un cuchillo y su capacidad de corte?

9. ¿Por qué una aguja hipodérmica opaca duele más que una afilada?

10. La fuerza hacia afuera en un extremo de un tanque de aire se calculó en el Ejemplo 8.3.1. ¿Cómo se equilibra esta fuerza? (El tanque no acelera, por lo que la fuerza debe ser equilibrada).

11. ¿Por qué la fuerza ejercida por los fluidos estáticos es siempre perpendicular a una superficie?

12. En una ubicación remota cerca del Polo Norte, un iceberg flota en un lago. Al lado del lago (supongamos que no está congelado) se encuentra un glaciar de tamaño comparable sentado en tierra. Si ambos trozos de hielo se derretiran debido al aumento de las temperaturas globales (y el hielo derretido entra todo en el lago), ¿qué trozo de hielo daría el mayor aumento en el nivel del agua del lago, en su caso?

13. ¿Cómo trotar en suelo blando y usar zapatos acolchados reducen las presiones a las que están sometidos los pies y las piernas?

14. El baile de los pies (como en el ballet) es mucho más difícil en los dedos de los pies que bailar o caminar normales Explique en términos de presión.

15. ¿Cómo se convierten unidades de presión como milímetros de mercurio, centímetros de agua y pulgadas de mercurio en unidades como newtons por metro cuadrado sin recurrir a una tabla de factores de conversión de presión?

8.4: Presión Debido al Peso del Fluido

16. La presión atmosférica ejerce una gran fuerza (igual al peso de la atmósfera sobre tu cuerpo, unas 10 toneladas) en la parte superior de tu cuerpo cuando estás tumbado en la playa tomando el sol. ¿Por qué puedes levantarte?

17. ¿Cuáles son las dos razones por las que el mercurio en lugar del agua se utiliza en los barómetros?

18. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra cómo los sacos de arena colocados alrededor de una fuga fuera de un dique de río pueden detener efectivamente el flujo de agua debajo del dique. Explica cómo la pequeña cantidad de agua dentro de la columna formada por los sacos de arena es capaz de equilibrar el cuerpo de agua mucho más grande detrás del dique.

Figura\(\PageIndex{2}\): Debido a que el nivel del río es muy alto, ha comenzado a gotear bajo el dique. Se colocan sacos de arena alrededor de la fuga, y el agua que contienen se eleva hasta que está al mismo nivel que el río, momento en el que el agua allí deja de subir.

19. ¿Existe una fuerza neta en una presa debido a la presión atmosférica? Explique su respuesta.

20. ¿La presión atmosférica se suma a la presión del gas en un tanque rígido? ¿En un globo de juguete? ¿Cuándo, en general, la presión atmosférica no afecta la presión total en un fluido?

21. Puedes romper una botella de vino fuerte golpeando un corcho con el puño, pero el corcho debe presionar directamente contra el líquido que llena la botella; no puede haber aire entre el corcho y el líquido. Explique por qué se rompe la botella, y por qué no lo hará si hay aire entre el corcho y el líquido.

8.5: Principio de Arquímedes

22. Se requiere más fuerza para tirar del tapón en una bañera llena que cuando está vacía. ¿Esto contradice el principio de Arquímedes? Explique su respuesta.

23. ¿Los fluidos ejercen fuerzas de flotación en un ambiente “ingrávido”, como en el transbordador espacial? Explique su respuesta.

24. ¿Flotará el mismo barco más alto en agua salada que en agua dulce? Explique su respuesta.

25. Los mármoles cayeron en el fregadero de una bañera parcialmente lleno hasta el fondo. Parte de su peso es soportado por la fuerza de flotación, sin embargo, la fuerza hacia abajo en el fondo de la tina aumenta exactamente por el peso de las canicas. Explique por qué.

8.6: Caudal y su relación con la velocidad

26. ¿Cuál es la diferencia entre el caudal y la velocidad del fluido? ¿Cómo se relacionan?

27. Muchas figuras en el texto muestran líneas de racionalización. Explique por qué la velocidad del fluido es mayor donde las líneas de flujo están más cercanas (Pista: Considere la relación entre la velocidad del fluido y el área de la sección transversal a través de la cual fluye.)

28. Identificar algunas sustancias que son incompresibles y otras que no lo son.

8.7: Ecuación de Bernoulli

29. Puedes arrojar agua a una distancia considerablemente mayor colocando tu pulgar sobre el extremo de una manguera de jardín y luego soltándola, que dejándola completamente descubierta. Explique cómo funciona esto.

30. El agua se dispara casi verticalmente hacia arriba en una fuente decorativa y se observa que el arroyo se ensancha a medida que sube. Por el contrario, una corriente de agua que cae directamente desde un grifo se estrecha. Explique por qué y discuta si la tensión superficial mejora o reduce el efecto en cada caso.

31. Mire hacia atrás a la Figura 8.7.1. Contesta las siguientes dos preguntas. ¿Por qué es\(P_{\mathrm{o}}\) menos que atmosférico? ¿Por qué es\(P_{\mathrm{o}}\) mayor que\(P_{\mathrm{i}}\)?

32. Dar un ejemplo de arrastre no mencionado en el texto.

33. Muchos dispositivos de arrastre tienen una constricción, llamada Venturi, tal como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\). ¿Cómo impulsa este arrastre?

Figura\(\PageIndex{3}\): Un tubo con un segmento estrecho diseñado para mejorar el arrastre se llama Venturi. Estos son muy utilizados en carburadores y aspiradores.

34. Algunos tubos de chimenea tienen forma de T, con un travesaño en la parte superior que ayuda a extraer gases siempre que haya una ligera brisa. Explique cómo funciona esto en términos del principio de Bernoulli.

35. ¿Existe un límite en la altura a la que un dispositivo de arrastre puede elevar un fluido? Explique su respuesta.

36. ¿Por qué es preferible que los aviones despeguen al viento en lugar de con el viento?

37. Los techos a veces son empujados verticalmente durante un ciclón tropical, y los edificios a veces explotan hacia afuera cuando son golpeados por un tornado. Utilice el principio de Bernoulli para explicar estos fenómenos.

38. ¿Por qué un velero necesita una quilla?

39. Es peligroso pararse cerca de las vías del ferrocarril cuando pasa un tren de cercanías que se mueve rápidamente. Explica por qué la presión atmosférica te empujaría hacia el tren en movimiento.

40. La presión del agua dentro de una boquilla de manguera puede ser menor que la presión atmosférica debido al efecto Bernoulli. Explique en términos de energía cómo el agua puede emerger de la boquilla contra la presión atmosférica opuesta.

41. Un frasco de perfume o atomizador rocía un líquido que está en el frasco. (Figura\(\PageIndex{4}\).) ¿Cómo sube el fluido en el tubo vertical de la botella?

Figura\(\PageIndex{4}\): Atomizador: frasco de perfume con tubo para llevar el perfume a través del frasco. (crédito: Antonia Foy, Flickr)

42. Si baja la ventana de un automóvil mientras se mueve, una bolsa de plástico vacía a veces puede volar por la ventana. ¿Por qué sucede esto?