¿Por qué flota un barco? Principio de Arquímides

Física - Gasto y flujo

¿QUE ES GASTO?

Gasto: cantidad o volumen de fluido que pasa a través de un conducto, y el tiempo que tarda en fluir, puede calcularse también si se considera la velocidad que lleva el líquido y se conoce el área de la sección transversal de la tubería.

Formula para gasto.

Problema:

Calcular el gasto de agua que pasa por una tubería de diámetro igual a 5.08cm cuando la velocidad del líquido es de 4m/seg.

Experimento de Fisica - El volumen de un objeto irregular

VOLUMEN

El volumen es una magnitud escalar definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.
En matemáticas el volumen es una medida que se define como los demás conceptos métricos a partir de una distancia o tensor métrico.
En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión.
La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro, que se utiliza comúnmente en la vida práctica.
El volumen y la capacidad

La capacidad y el volumen son términos que se encuentran estrechamente relacionados. Se define la capacidad como el espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas. Se define el volumen como el espacio que ocupa un cuerpo. Por lo tanto, entre ambos términos existe una equivalencia que se basa en la relación entre el litro (unidad de capacidad) y el decímetro cúbico (unidad de volumen).
Este hecho puede verificarse experimentalmente de la siguiente manera: si se tiene un recipiente con agua que llegue hasta el borde, y se introduce en él un cubo sólido cuyas aristas midan 1 decímetro (1 dm3), se derramará 1 litro de agua. Por tanto, puede afirmarse que:

1 dm3 = 1 litro
Equivalencias
1 dm3 = 0,001 m3 = 1.000 cm3

Unidades de volumen sólido
Sistema Internacional de Unidades
El metro cúbico es la unidad fundamental del SI para volúmenes. Debe considerarse con los siguientes múltiplos y submúltiplos:lI
Múltiplos
Kilómetro cúbico
Hectómetro cúbico
Decámetro cúbico
Submúltiplos
Decímetro cúbico
Centímetro cúbico
Milímetro cúbico
Sistema inglés de medidas
Pulgada cúbica
Pie cúbico
Yarda cúbica
Acre-pie
Milla cúbica
Unidades de volumen líquido
Sistema Internacional de Unidades
La unidad más usada es el Litro, pero debe ser considerada con los siguientes múltiplos y submúltiplos:
Múltiplos
Kilolitro
Hectolitro
Decalitro
Submúltiplos
Decilitro
Centilitro
Mililitro
Sistema inglés de medidas
En el Reino Unido y Estados Unidos
Barril
Galón
Cuarto
Pinta
Gill
Onza líquida
Dracma líquido
Escrúpulo líquido (exclusivo del Reino Unido)
Minim
Medidas usadas en la cocina
Cucharadita
Cucharada
Taza
Otras medidas tradicionales
Galón de cerveza
Fardo
Gota
cesar miraflores 
1998. 
U oxford

EMPUJE

Cuando intentamos hundir una pelota de plástico en un líquido, verificamos que cuando más la pelota se hunde, mayor es la fuerza de resistencia, esto es, mayor la dificultad ofrecida por el líquido.

Si llevamos la pelota hasta el fondo y la soltamos, veremos que la pelota sube rápidamente. Esto sucede porque el líquido ejerce sobre la pelota una fuerza de dirección vertical desde abajo hacia arriba que se llama empuje (E). El empuje representa la fuerza resultante del líquido sobre la pelota.

Teorema de Arquímedes

Esta ley dice que todo cuerpo inmerso  de forma total o parcialmente en un líquido recibe una fuerza vertical desde abajo hacia arriba, que es igual al peso de la porción de líquido desplazado por el cuerpo sumergido”.

Peso Aparente (Pap)

El peso (P) de un cuerpo, cuando está total o parcialmente inmerso en un fluído, disminuye y en este caso es llamado de peso aparente.

Pap = P – E

Equilibrio de Cuerpos Inmersos y Fluctuantes

Vamos a considerar un cuerpo sumergido en un líquido. Sabemos que apenas dos fuerzas actúan sobre el: su peso P y el empuje E.

Se distinguen 3 casos:

1 caso: El peso es mayor que el empuje ( P > E )

En este caso, el cuerpo descenderá con aceleración constante (condiciones ideales). Se verifican las expresiones de P y E, se concluye que esto sucederá si la densidad del cuerpo fuese mayor que la densidad del líquido, esto significa dC > dL.

2º Caso: El peso es menor que el empuje ( P < E )

En este caso, el cuerpo subirá con aceleración constante hasta quedar fluctuando en la superficie del líquido. Esto sucederá cuando la densidad del cuerpo fuese menor que la densidad del líquido, esto significa que dC < dL

Cuando el cuerpo, en su trayectoria de subida, aflorar en la superficie del líquido, el empuje comenzará a disminuir, pues disminuirá la parte sumergida y por tanto, el volumen del líquido desplazado.

El cuerpo subirá hasta que el empuje quede igual al peso del cuerpo que es constante.

En esa condición ( P = E ) el cuerpo quedará en equilibrio, fluctuando en el líquido.

3º Caso: El peso es igual al empuje ( P = E )

En este caso, el cuerpo quedará en equilibrio cualquier fuese el punto en que fuese colocado. Esto sucederá cuando la densidad del cuerpo fuese igual a la densidad del líquido, esto significa:

dC = dL

PRESIÓN

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión.
Presión absoluta y relativa
En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).
Propiedades de la presión en un medio fluido
La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción.
La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad no es constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal.
En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.

Tipos:
Presión Absoluta
Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. 
Presión Atmosférica
El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa aire, y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra. El valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud.
Presión Manométrica
Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante. 
Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.
Vacío

Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc.
Aplicaciones
Frenos hidráulicos
La presión que se ejerce sobre el pedal del freno se transmite a través de todo el líquido a los pistones los cuales actúan sobre los discos de frenado en cada rueda multiplicando la fuerza que ejercemos con los pies.
Refrigeración
Se basa en la aplicación alternativa de presión elevada y baja, haciendo circular un fluido en los momentos de presión por una tubería. Cuando el fluido pasa de presión elevada a baja en el evaporador, el fluido se enfría y retira el calor de dentro del refrigerador. Como el fluido se encuentra en un ciclo cerrado, al ser comprimido por un compresor para elevar su temperatura en el condensador, que también cambia de estado a líquido a alta presión, nuevamente esta listo para volverse a expandir y a retirar calor (recordemos que el frío no existe es solo una ausencia de calor).

Hidrostática
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el Principio de Arquímedes la hidrostática estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos. 
Presión hidrostática
La presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este. Se define por la fórmula: 

Presión hidrostática.
Peso específico.
Profundidad bajo la superficie del fluido.