Capítulo 14: Mecánica de fluidos

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.98 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.98 El siguiente párrafo se tomó de una carta. Al trazar y nivelar loscimientos de construcciones relativamente largas, los carpinteros dela localidad acostumbran usar una manguera de jardín llena de agua,en cuyos extremos meten tubos de vidrio de 10…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.97 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.97 Un sifón (figura 14.47) es un dispositivo útil para extraer líquidos de recipientes. Para establecer el flujo, el tubo debe llenarse inicialmente con fluido. Sea r la densidad del fluido y pa la presiónatmosférica. Suponga que el área…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.96 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.96 Un tanque grande con diámetro D, abierto al aire, contiene aguahasta una altura H. Se perfora un agujero pequeño con diámetro d(d VD) en la base del tanque. Ignorando los efectos de viscosidad, calculeel tiempo que el tanque…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.95 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.95 Suponga que un trozo de espuma de poliestireno, r 5 180kg>m3, se mantiene totalmente sumergido en agua (figura 14.46).a) Calcule la tensión en la cuerda usando el principio de Arquímedes.b) Use p 5 p0 1 rgh para calcular…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.94 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.94 Una roca con masa m 5 3.00 kg cuelga del techo de un elevador con un cordón ligero. La roca está totalmente sumergida en una cubeta con agua que está en el piso del elevador, pero no toca…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.93 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.93 Un líquido que fluye de un tubo vertical produce un chorro conuna forma bien definida. Para obtener la ecuación de esta forma, suponga que el líquido está en caída libre una vez que sale del tubo. Alsalir, el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.90 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.92 El tubo horizontal de la figura 14.45 tiene área transversal de40.0 cm2 en la parte más ancha y de 10.0 cm2 en la constricción. Fluye agua en el tubo, cuya descarga es de 6.00 3 1023 m3>s (6.00…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.91 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.91 Dos tanques abiertos muy grandes A y F (figura 14.44) contienenel mismo líquido. Un tubo horizontal BCD, con una constricción en Cy abierto al aire en D, sale del fondo del tanque A. Un tubo vertical Eemboca en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.90 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.90 El radio del huracán Emily de 1993 fue de unos 350 km. La rapidez del viento cerca del centro (“ojo”) del huracán, cuyo radio fue deunos 30 km, alcanzó cerca de 200 km>h. Al entrar aire del borde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.89 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.89 Fluye agua continuamente de un tanque abierto como en la figura 14.43. La altura del punto 1 es de 10.0 m, y la de los puntos 2 y 3es de 2.00 m. El área transversal en el punto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.88 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.88 Una cubeta cilíndrica, abierta por arriba, tiene 25.0 cm de alturay 10.0 cm de diámetro. Se perfora un agujero circular con área de 1.50cm2 en el centro del fondo de la cubeta. Se vierte agua en la cubeta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.87 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.87 Hay agua hasta una altura H en un tanque abierto grande conparedes verticales (figura 14.42). Se perfora un agujero en una pared auna profundidad h bajo la superficie del agua. a) ¿A qué distancia R delpie de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.86 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.86 Globos sueltos llenos de helio, flotando en un auto con las ventanas y las ventilas cerradas, se mueven en el sentido de la aceleracióndel auto, pero globos sueltos llenos de aire se mueven en el sentido opuesto. Para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.85 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.85 Un fluido incompresible con densidad r está en un tubo deensayo horizontal con área transversal interior A. El tubo gira en uncírculo horizontal en una ultracentrífuga con rapidez angular v. Lasfuerzas gravitacionales son insignificantes. Considere un elemento devolumen…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.84 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.84 Un recipiente cilíndrico con unlíquido incompresible (de densidad r)gira con rapidez angular constante valrededor de su eje de simetría, quetomamos como eje y (figura 14.41).a) Demuestre que la presión a una altura dada dentro del fluido aumenta enla…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.83 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.83 Un tubo en forma de U conuna porción horizontal de longitud l (figura 14.40) contiene un líquido. ¿Qué diferencia de alturahay entre las columnas de líquidoen los brazos verticales a) si el tubo tiene una aceleración a hacia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.82 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.82 Una barcaza está en una esclusa rectangular en un río de aguadulce. La esclusa mide 60.0 m. de longitud y 20.0 m de ancho, y las puertas de acero en sus extremos están cerradas. Con la barcaza flotando…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.81 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.81 Un bloque cúbico con densidad rB y lados de longitud L flota enun líquido con densidad mayor rL. a) ¿Qué fracción del volumen delbloque está sobre la superficie del líquido? b) El líquido es más densoque el agua…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.80 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.80 Suponga que el petróleo crudo de un buque-tanque tiene densidad de 750 kg>m3. El buque encalla en una barra de arena. Para desencallarlo, el petróleo se bombea a barriles de acero que, cuandoestán vacíos, tienen una masa de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.79 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.79 Bajen anclas. Una ancla de hierro de 35.0 kg y densidad de7860 kg>m3 está en la cubierta de una barcaza pequeña con lados verticales que flota en un río de agua dulce. El área del fondo de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.78 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.78 Un bloque cúbico de madera de 0.100 m por lado y con densidad de 550 kg>m3 flota en un frasco de agua. Aceite con densidad de750 kg>m3 se vierte sobre el agua hasta que la superficie del aceite…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.77 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.77 Imagine que cuela un metal de densidad rm en un molde, perole preocupa que pueda haber cavidades en el colado. El peso del colado es w y la fuerza de flotación cuando está rodeado por completode agua es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.76 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.76 Un trozo de acero pesa w, su peso aparente (véase el problema14.75) sumergido por completo en agua es wagua, y sumergido en unfluido desconocido, wfluido. a) Demuestre que la densidad del fluido relativa al agua (gravedad específica) es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.75 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.75 El peso de la corona sólida de un rey es w. Si se suspende deuna cuerda ligera y se sumerge por completo en agua, la tensión en lacuerda (peso aparente de la corona) es fw. a) Demuestre que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.74 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.74 Una pelota de plástico tiene 12.0 cm de radio y flota en aguacon el 16.0% de su volumen sumergido. a) ¿Qué fuerza deberemosaplicar a la pelota para sostenerla en reposo totalmente bajo la superficie del agua? b) Si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.73 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.73 Un trozo de aluminio totalmente cubierto con una capa de oroforma un lingote que pesa 45.0 N. Siel lingote se suspende de una balanzade resorte y se sumerge en agua, lalectura es de 39.0 N. ¿Qué peso de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.72 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.72 El bloque A de la figura 14.39cuelga mediante un cordón de la balanza de resorte D y se sumerge en ellíquido C contenido en el vaso deprecipitados B. La masa del vaso es1.00 kg; la del líquido es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.71 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.71 Un bloque de madera balsa colocado en una charola de unabalanza de brazos iguales se equilibra exactamente con una masa delatón de 0.0950 kg en la otra charola. Calcule la masa verdadera de lamadera si su densidad es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.70 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.70 Un tanque cilíndrico vertical de área transversal A1 está abiertoal aire en su extremo superior y contiene agua hasta una altura h0. Accidentalmente, un trabajador perfora un agujero de área A2 en la basedel tanque. a) Deduzca una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.69 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.69 Se taladra un pequeño agujero en el lado de un tanque cilíndricovertical de agua que está sobre el piso con su extremo superior abiertoal aire. a) Si el nivel del agua tiene una altura H, ¿a qué altura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.68 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.68 Una manguera de bomberos debe ser capaz de lanzar agua hacia la parte superior de un edificio de 35.0 m de altura cuando se apunta recta hacia arriba. El agua entra a esta manguera a una tasa constantede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.67 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.67 Una boya cilíndrica de 950 kg y 0.900 m de diámetro flota verticalmente en agua salada. a) Calcule la distancia adicional que la boyase hundirá si un hombre de 70.0 kg se pone de pie sobre ella. (Utilicela…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.66 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.66 MAS de un objeto flotante. Un objeto de altura h, masa M yárea de sección transversal uniforme A flota erguido en un líquido condensidad r. a) Calcule la distancia vertical de la superficie del líquidoa la base del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.65 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.65 Las densidades del aire, el helio y el hidrógeno (a p 5 1.0 atm yT 5 20°C) son 1.20 kg>m3, 0.166 kg>m3 y 0.0899 kg>m3, respectivamente. a) ¿Qué volumen en metros cúbicos desplaza un dirigible llenode hidrógeno que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.64 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.64 Un hidrómetro consiste en un bulbo esférico y un tallo cilíndrico con área transversal de 0.400 cm2 (véase la figura 14.13a). El volumen total es de 13.2 cm3. Sumergido en agua, el hidrómetro flota con8.00 cm del tallo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.63 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.63 Un trozo de madera de 0.600 m de longitud, 0.250 m de anchoy 0.080 m de espesor tiene una densidad de 600 kg>m3. ¿Qué volumende plomo debe sujetarse a su base para hundir la madera en agua tranquila…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.62 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.62 Un cubo de hielo de 9.70 g flota en un vaso totalmente llenocon 420 cm3 de agua. Ignore la tensión superficial del agua y su variación de densidad con la temperatura (mientras siga líquida). a) ¿Quévolumen de agua…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.61 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.61 Los anuncios de cierto auto aseguran que flota en agua. a) Si lamasa del auto es de 900 kg y su volumen interior es de 3.0 m3, ¿quéfracción queda sumergida al flotar? Puede despreciarse el volumen delacero y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.60 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.60 Un globo de aire caliente tiene un volumen de 2200 m3. La teladel globo pesa 900 N. La canasta con su equipo y tanques de propanollenos pesa 1700 N. Si el globo apenas puede levantar otros 3200 Nde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.59 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.59 Un lanchón abierto tiene las dimensiones que se muestran en lafigura 14.38. Si el lanchón está hecho con placa de acero de 4.0 cm deespesor en sus cuatro costados y el fondo, ¿qué masa de carbón puedetransportar el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.58 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.58 La gran inundación de melaza. En la tarde del 15 de enerode 1919, un día inusitadamente cálido en Boston, se rompió un tanque metálico cilíndrico de 27.4 m de altura y 27.4 m de diámetro usado para almacenar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.57 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.57 Un tubo en forma de U abierto por ambos extremos contieneun poco de mercurio. Se vierte con cuidado un poco de agua en elbrazo izquierdo del tubo hasta que la altura de la columna de agua esde 15.0…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.56 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.56 En el ejemplo 12.10 (sección 12.6) vimos que, dentro de un planeta con densidad uniforme (una suposición poco realista para la Tierra), la aceleración debida a la gravedad aumenta de manera uniformecon la distancia al centro. Es decir,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.55 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.55 La Tierra no tiene densidad uniforme; es más densa en el centro y menos densa en la superficie. Una aproximación a su densidad esr(r) 5 A 2 Br, donde A 5 12,700 kg>m3 y B 5 1.50 3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.54 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.54 Globos en Marte. Se ha propuesto que podría explorarseMarte utilizando globos inflados sostenidos justo arriba de la superficie. La flotación de la atmósfera mantendría los globos en el aire.La densidad de la atmósfera marciana es de 0.0154 kg>m3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.53 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.53 Un astronauta está de pie en el polo norte de un planeta esféricamente simétrico recién descubierto, cuyo radio es R. En las manos,sostiene un recipiente lleno con un líquido de masa m y volumen V. Enla superficie del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.52 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.52 Submarinos en Europa. Algunos científicos están ansiosospor enviar un submarino de control remoto a Europa, una de las lunas de Júpiter, para investigar si hay vida en sus océanos debajo de lacapa de hielo. La masa de Europa,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.51 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.51 Fuerza y torca sobre una presa. Una presa tiene forma desólido rectangular. El lado que da al lago tiene área A y altura H. La superficie del lago de agua dulce detrás de la presa llega al borde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.50 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.50 El borde superior de una compuerta en una presa está al nivel de la superficie del agua. La compuerta mide 2.00 m de altura y4.00 m de ancho, y pivota sobre una línea horizontal que pasa por su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 14.49 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 14.49 Una piscina mide 5.0 m de longitud, 4.0 m de ancho y 3.0 m deprofundidad. Calcule la fuerza que ejerce el agua contra a) el fondo yb) cualquiera de las paredes. (Sugerencia: calcule la fuerza que actúasobre una…