Problemas De Desafío
La presión sobre la presa mostrada al principio de la sección de problemas aumenta con la profundidad. Por lo tanto, hay un torque neto en la presa. Encuentre el torque neto.
La temperatura de la atmósfera no es siempre constante y puede aumentar o disminuir con la altura. En una atmósfera neutra, donde no hay una cantidad significativa de mezcla vertical, la temperatura disminuye a un ritmo de 6,5 K por km aproximadamente. La magnitud de la disminución de la temperatura a medida que aumenta la altura se conoce como la tasa de lapso (el símbolo es la letra griega mayúscula gamma). Supongamos que la presión superficial es donde y la tasa de caída es . Estime la presión a 3,0 km por encima de la superficie de la Tierra.
Un submarino queda varado en el fondo del océano con su escotilla a 25,0 m de profundidad. Calcule la fuerza necesaria para abrir la escotilla desde el interior, dado que es circular y tiene 0,450 m de diámetro. La presión del aire dentro del submarino es de 1,00 atm.
Los troncos, a veces, flotan verticalmente en un lago porque un extremo se ha encharcado y es más denso que el otro. ¿Cuál es la densidad media de un tronco de diámetro uniforme que flota con el 20,0 % de su longitud por encima del agua?
Se sabe de estafadores que representan lingotes de tungsteno chapados en oro como si fueran de oro puro y los venden a precios muy inferiores al valor del oro, pero muy superiores al coste del tungsteno. ¿Con qué exactitud se debe poder medir la masa de un lingote de este tipo dentro y fuera del agua para saber que se trata de tungsteno casi puro y no de oro puro?
El volumen interior de una casa equivale al de un sólido rectangular de 13,0 m de ancho por 20,0 m de largo y 2,75 m de alto. La casa se calienta con un calentador de gas de aire forzado. El conducto principal de entrada de aire del calentador tiene un diámetro de 0,300 m. ¿Cuál es la rapidez media del aire en el conducto si este transporta un volumen igual al del interior de la casa cada 15 minutos?
Se usa una manguera de jardín con un diámetro de 2,0 cm para llenar un cubo, que tiene un volumen de 0,10 metros cúbicos. Tarda 1,2 minutos en llenarse. Una boquilla ajustable se acopla a la manguera para disminuir el diámetro de la abertura, lo que aumenta la velocidad del agua. La manguera se mantiene nivelada con el suelo a una altura de 1,0 metros y se va disminuyendo el diámetro hasta llegar a un lecho de flores que se encuentra a 3,0 metros de distancia. (a) ¿Cuál es la tasa de flujo volumétrica del agua que pasa por la boquilla cuando el diámetro es de 2,0 cm? (b) ¿Cuál es la velocidad del agua que sale de la manguera? (c) ¿Cuál debe ser la velocidad del agua que sale de la manguera para llegar al lecho de flores que se encuentra a 3,0 metros de distancia? (d) ¿Cuál es el diámetro de la boquilla necesario para llegar al lecho de flores?
Una regla general citada con frecuencia en el diseño de aeronaves es que las alas deben producir unos 1.000 N de sustentación por metro cuadrado de ala (el hecho de que un ala tenga una superficie superior y otra inferior no duplica su área). (a) En el despegue, un avión viaja a 60,0 m/s, por lo que la velocidad del aire respecto a la parte inferior del ala es de 60,0 m/s. Dada la densidad del aire a nivel del mar como , ¿a qué velocidad debe moverse sobre la superficie superior para crear la sustentación ideal? b) ¿A qué velocidad debe moverse el aire sobre la superficie superior a una velocidad de crucero de 245 m/s y a una altitud en la que la densidad del aire es una cuarta parte de la del nivel del mar? (Obsérvese que no se trata de toda la sustentación del avión: una parte procede del cuerpo del avión, otra del empuje del motor, etc. Además, el principio de Bernoulli da una respuesta aproximada porque el flujo sobre el ala crea turbulencia).
Dos tuberías de diámetro igual y constante salen de una estación de bombeo de agua y vierten el agua por un extremo abierto a la atmósfera (véase la siguiente figura). El agua entra a una presión de dos atmósferas y a una velocidad de . Un tubo desciende una altura de 10 m. ¿Cuál es la velocidad del agua al salir de cada tubería?
El fluido circula originalmente a través de un tubo a una velocidad de . Para ilustrar la sensibilidad de la tasa de flujo a diversos factores, calcule la nueva tasa de flujo para los siguientes cambios, todos los demás factores permanecen iguales que en las condiciones originales. (a) La diferencia de presión aumenta en un factor de 1,50. (b) Se sustituye un nuevo fluido con una viscosidad 3,00 veces mayor. (c) Se sustituye el tubo por uno con una longitud 4,00 veces mayor. (d) Se usa otro tubo con un radio 0,100 veces mayor que el original. (e) Se sustituye otro tubo con un radio 0,100 veces mayor que el original y la mitad de la longitud, y la diferencia de presión aumenta en un factor de 1,50.
Durante una carrera de maratón, el flujo sanguíneo de un corredor aumenta hasta 10,0 veces su ritmo en reposo. La viscosidad de la sangre descendió al 95,0 % de su valor normal, y la diferencia de presión sanguínea en el sistema circulatorio aumentó en un 50,0 %. ¿En qué factor ha aumentado los radios medios de sus vasos sanguíneos?
El agua suministrada a una casa por una tubería principal tiene una presión de temprano en un día de verano cuando el uso del vecindario es bajo. Esta presión produce un flujo de 20,0 L/min a través de una manguera de jardín. Más tarde, la presión a la salida del conducto de agua y a la entrada de la casa disminuye y se obtiene un flujo de solo 8,00 L/min a través de la misma manguera. (a) ¿Qué presión se suministra ahora a la casa si se supone que la resistencia es constante? (b) ¿En qué factor ha aumentado la tasa de flujo en el conducto de agua para provocar esta disminución de la presión suministrada? La presión en la entrada del conducto de agua es , y la tasa de flujo original era de 200 L/min. (c) ¿Cuántos usuarios más hay, si se supone que cada uno consuma 20,0 L/min por la mañana?
La gasolina se transporta por tuberías subterráneas desde las refinerías hasta los principales usuarios. La tasa de flujo es (unos 500 gal/min), la viscosidad de la gasolina es , y su densidad es (a) ¿Qué diámetro mínimo debe tener la tubería para que el número de Reynolds sea inferior a 2.000? (b) ¿Qué diferencia de presión debe mantenerse a lo largo de cada kilómetro de la tubería para mantener esta tasa de flujo?