Un fluido escapa de un tanque por un agujero ubicado a 15 m del suelo. El alcance del fluido fue de 100 m. ¿Cuál es la altura de la superficie libre?, porfa, les disparo una cheve.
Respuestas
Respuesta:
Un depósito cilíndrico, de sección S1 tiene un orificio muy pequeño en el fondo de sección S2 mucho más pequeña que S1. Aplicamos el teorema de Bernoulli a los puntos (1) y (2) situados en la superficie libre del fluido y en el centro del orificio inferior.
suponiendo que la velocidad del fluido en la sección mayor S1 es despreciable v1@ 0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor S2.
Por otra parte, el elemento de fluido delimitado por las secciones S1 y S2 está en contacto con el aire a la misma presión. Luego, p1=p2=p0.
La diferencia de alturas es y1-y2=h. Siendo h la altura de la columna de fluido
Con estos datos la ecuación de Bernoulli se escribe
El frasco de Mariotte
De acuerdo con el teorema de Torricelli, la velocidad de salida de un líquido por un orificio practicado en su fondo es la misma que la que adquiere un cuerpo que cayese libremente en el vacío desde una altura h, siendo h la altura de la columna de fluido
A medida que el fluido sale por el orificio, la altura h de fluido en el depósito va disminuyendo. Si S es la sección del orificio, el gasto Sv, o volumen de fluido que sale por el orificio en la unidad de tiempo no es constante. Si queremos producir un gasto constante podemos emplear el denominado frasco de Mariotte.
bernoulli_6.gif (3213 bytes) Consiste en un frasco lleno de fluido hasta una altura h0, que está cerrado por un tapón atravesado por un tubo cuyo extremo inferior está sumergido en el líquido. El fluido sale del frasco por un orificio practicado en el fondo del recipiente. En el extremo inferior B del tubo, la presión es la atmosférica ya que está entrando aire por el tubo, a medida que sale el líquido por el orificio.
La velocidad de salida del fluido no corresponderá a la altura h0 desde el orificio a la superficie libre de fluido en el frasco, sino a la altura h o distancia entre el extremo inferior B del tubo y el orificio.
Dado que h permanece constante en tanto que el nivel de líquido esté por encima del extremo inferior del tubo, la velocidad del fluido y por tanto, el gasto se mantendrán constantes. Cuando la altura de fluido en el frasco h0 es menor que h, la velocidad de salida v del fluido deja de ser constante
La velocidad de salida v puede modificarse subiendo o bajando el extremo inferior del tubo AB en el frasco.
Vaciado de un depósito
En la deducción del teorema de Torricelli hemos supuesto que la velocidad del fluido en la sección mayor S1 es despreciable v1@ 0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor S2.
Supondremos ahora, que v1 no es despreciable frente a v2.
La ecuación de continuidad se escribe
v1S1=v2S2
y la ecuación de Bernoulli
De estas dos ecuaciones obtenemos v1 y v2
Si S1>>S2 obtenemos el resultado de Torricelli
El volumen de fluido que sale del depósito en la unidad de tiempo es S2v2, y en el tiempo dt será S2v2dt . Como consecuencia disminuirá la altura h del depósito
-S1dh= S2v2dt
Si la altura inicial del depósito en el instante t=0 es H. Integrando esta ecuación diferencial, obtenemos la expresión de la altura h en función del tiempo.
Cuando h=0, despejamos el tiempo t que tarda el depósito en vaciarse por completo.
Si S1>>S2, se puede despreciar la unidad
Ejemplo.
Radio del depósito 10 cm, luego, S1=p (0.1)2 m2
Radio del orificio 0.8 cm, luego, S2=p (0.008)2 m2
Altura inicial 45 cm, H=0.45 m
Sustituyendo estos datos en la fórmula del tiempo obtenemos t=47.34 s, que es el tiempo que tarda en vaciarse completamente el depósito. Si aplicamos la aproximación S1>>S2, obtenemos prácticamente el mismo tiempo t=47.35 s.
Explicación: