1.
(I) El volumen aproximado del monolito de granito conocido como El
Capitán en el Parque Nacional de Yosemite (figura 13-47) es de
aproximadamente 108 m3. ¿Cuál es su masa aproximada?
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2. (I) ¿Cuál es la masa aproximada del aire en una habitación de 5.6 m X 3.8 m X 2.8 m?
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3.
(I) Si usted trata de contrabandear lingotes de oro llenando su
mochila, cuyas dimensiones son de 56 cm X 28 cm X 22 cm, ¿Cuál sería su
masa?
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4.
(I) Determine la masa y estime el volumen de usted mismo. [Sugerencia:
Como usted puede nadar sobre o justo bajo la superficie del agua en una
alberca, tiene una buena idea de su densidad].
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5.
(II) Una botella tiene una masa de 35.00 g cuando está vacía y de 98.44
g cuando está llena con agua. Cuando está llena con otro fluido, la
masa es de 89.22 g. ¿Cuál es la gravedad específica de este otro fluido?
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6.
(II) Si 5.0 L de solución anticongelante (gravedad específica = 0.80)
se agregan a 4.0 L de agua para hacer una mezcla de 9.0 L, ¿Cuál es la
gravedad específica de la mezcla?
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7.
(III) La Tierra no es una esfera uniforme, sino que tiene regiones de
densidad variable. Considere un modelo simple de la Tierra dividida en
tres regiones: núcleo interno, núcleo externo y manto. Cada región tiene
una densidad constante única (la densidad promedio de esa región real
de la Tierra):
Radio Densidad
Región (km) (kg/m3)
Núcleo interno 0–1220 13,000
Núcleo externo 1220–3480 11,100
Manto 3480–6371 4,400
a) Utilice este modelo para predecir la densidad promedio de toda la
Tierra. b) El radio de la Tierra mide 6371 km y su masa es de 5.98 X
1024 kg. Utilice estos datos para determinar la densidad promedio real
de la Tierra y compárela (como una diferencia porcentual) con la que
determinó en a).
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8. (I) Estime la presión necesaria para elevar una columna de agua a la misma altura que un roble de 35 m de alto.
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9.
(I) Estime la presión ejercida sobre un piso por a) el extremo
puntiagudo de la pata de una silla (66 kg sobre cuatro patas) de área =
0.020 cm2 y b) un elefante de 1300 kg parado sobre una sola pata (área =
800 cm2).
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10.
(I) ¿Cuál es la diferencia en la presión sanguínea (en mm-Hg) entre la
parte superior de la cabeza y la planta de los pies de una persona de
1.70 m que se encuentra de pie?
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11. (II) ¿Qué tan alto llegaría el nivel en un barómetro de alcohol a presión atmosférica normal?
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12.
(II) En una película, Tarzán evade a sus captores escondiéndose bajo el
agua durante varios minutos mientras respira a través de un carrizo
largo y delgado. Suponiendo que la diferencia máxima de presión que sus
pulmones pueden aguantar para seguir respirando es de 85 mm-Hg, calcule
la máxima profundidad a la que podría sumergirse.
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13.
(II) La presión manométrica máxima en un elevador hidráulico es de 17.0
atm. ¿Cuál es el tamaño más grande de vehículo (kg) que puede levantar
si el diámetro de la línea de salida es de 22.5 cm?
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14.
(II) La presión manométrica en cada uno de los cuatro neumáticos de un
automóvil es de 240 kPa. Si cada neumático tiene una “huella” de 200
cm2, estime la masa del automóvil.
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15.
(II) a) Determine la fuerza total y la presión absoluta sobre el fondo
de una piscina de 28.0 m X 8.5 m cuya profundidad uniforme es de 1.8 m?
b) ¿Cuál será la presión contra el lado de la piscina cerca del fondo?
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16.
(II) Una casa en el fondo de una colina se abastece mediante un tanque
lleno de agua de 5.0 m de profundidad, el cual está conectado a la casa
por un tubo de 110 m de longitud que forma un ángulo de 58° con la
horizontal (figura 13-48). a) Determine la presión manométrica del agua
en la casa. b) ¿Qué tan alto se elevaría el agua si saliera
verticalmente de una tubería rota enfrente de la casa?
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17.
(II) Se vierten agua y luego aceite (los cuales no se mezclan) en un
tubo en forma de U, abierto en ambos extremos. Alcanzan el equilibrio
como se ilustra en la figura 13-49. ¿Cuál es la densidad del aceite?
[Sugerencia: Las presiones en los puntos a y b son iguales. ¿Por qué?].
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18.
(II) Al formular su principio, Pascal mostró de manera contundente cómo
la fuerza se multiplica con la presión del fluido. Colocó un tubo
delgado y largo de radio r = 0.30 cm verticalmente dentro de un barril
de vino de radio R = 21 cm (figura 13-50). Encontró que cuando el barril
se llenaba con agua y el tubo se llenaba hasta una altura de 12 m, el
barril se rompía. Calcule a) la masa de fluido en el tubo y b) la fuerza
neta que ejerce el agua sobre la tapa del barril justo antes de que
éste se rompa.
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19. (II) ¿Cuál es la presión normal de la atmósfera en la cima del Monte Everest, a 8850 m sobre el nivel del mar?
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20.
(II) Una prensa hidráulica para compactar muestras de polvo tiene un
cilindro grande de 10.0 cm de diámetro y un cilindro pequeño con
diámetro de 2.0 cm (figura 13-51). Se adapta una palanca al cilindro
pequeño, como se indica. La muestra, que se coloca en el cilindro
grande, tiene una área de 4.0 cm2. ¿Cuál es la presión sobre la muestra
si se aplican 350 N a la palanca?
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21.
(II) Un manómetro de mercurio de tubo abierto se usa para medir la
presión en un tanque de oxígeno. Cuando la presión atmosférica es de
1040 mbar, ¿cuál es la presión absoluta (en Pa) en el tanque si la
altura del mercurio en el tubo abierto es a) 21.0 cm más alta, b) 5.2 cm
más baja que la del mercurio en el tubo conectado al tanque?
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22.
(III) Un recipiente de líquido acelera desde el reposo, sobre una
superficie horizontal con aceleración a hacia la derecha. a) Demuestre
que la superficie del líquido forma un ángulo ө = tan–1 (a/g) con la
horizontal. b) ¿Qué borde de la superficie del agua está más alto? c)
¿Cómo varía la presión con la profundidad debajo de la superficie?
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23.
(III) El agua alcanza una altura h detrás de una presa vertical de
ancho uniforme b. a) Use integración para demostrar que la fuerza total
del agua sobre la presa es F = ½ ƿgh2 b. b) Demuestre que la torca con
respecto a la base de la presa debida a esta fuerza puede considerarse
que actúa con un brazo de palanca igual a h/3. c) Para una presa de
concreto de espesor uniforme t y altura h, ¿qué espesor mínimo se
necesita para evitar que se derrumbe? ¿Necesita usted añadir la presión
atmosférica para esta última parte? Explique.
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24.
(III) Estime la densidad del agua a 5.4 km de profundidad en el mar.
(Véase la tabla 12-1 y la sección 12-4 en relación con el módulo
volumétrico). ¿En qué fracción difiere de la densidad en la superficie?
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25.
(III) Una cubeta cilíndrica con líquido dentro (densidad ƿ) se gira con
respecto a su eje de simetría que es vertical. Si la velocidad angular
es ω, demuestre que la presión a una distancia r del eje de rotación es
P = P0 + ½ ƿω2r2,
donde P0 es la presión en r = 0.
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26. (I) ¿Qué fracción de una pieza de hierro estará sumergida al flotar en mercurio?
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27.
(I) Un geólogo encuentra que una roca lunar cuya masa es de 9.28 kg
tiene una masa aparente de 6.18 kg cuando está sumergida en agua. ¿Cuál
es la densidad de la roca?
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28.
(II) Una grúa saca del mar el casco de acero de 16,000 kg de un barco
hundido. Determine a) la tensión en el cable de la grúa cuando el casco
está totalmente sumergido en el agua y b) la tensión cuando el casco
está completamente fuera del agua.
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29.
(II) Un globo de forma esférica tiene un radio de 7.35 m y está lleno
con helio. ¿Qué carga puede levantar, suponiendo que la cubierta y
estructura del globo tienen una masa de 930 kg? Desprecie la fuerza de
flotación sobre el volumen de carga.
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30.
(II) Una persona de 74 kg tiene una masa aparente de 54 kg (debido a la
fuerza de flotación) cuando está de pie en el agua que le llega a las
caderas. Estime la masa de cada pierna. Suponga que el cuerpo tiene un
GE = 1.00.
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31.
(II) ¿Cuál es la identidad probable de un metal (véase la tabla 13-1)
si una muestra tiene una masa de 63.5 g medida en el aire y una masa
aparente de 55.4 g cuando está sumergida en agua?
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32.
(II) Calcule la masa verdadera (en el vacío) de una pieza de aluminio
cuya masa aparente es de 3.0000 kg cuando se pesa en el aire.
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33.
(II) Como la gasolina es menos densa que el agua, los barriles que
contienen gasolina flotan. Suponga que un barril de acero de 230 L está
totalmente lleno de gasolina. ¿Qué volumen total de acero puede
utilizarse para fabricarlo si el barril lleno de gasolina debe flotar en
agua dulce?
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34.
(II) Un buzo y su equipo desplazan un volumen de 65.0 L y tienen una
masa total de 68.0 kg. a) ¿Cuál es la fuerza de flotación sobre el buzo
en el mar? b) ¿El buzo se hundirá o flotará?
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35.
(II) La gravedad específica del hielo es 0.917, mientras que el del
agua salada es 1.025. ¿Qué fracción de un témpano de hielo queda sobre
la superficie del agua?
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36.
(II) El principio de Arquímedes permite no sólo determinar la gravedad
específica de un sólido usando un líquido conocido (ejemplo 13-10); el
proceso inverso también puede realizarse. a) Por ejemplo, una bola de
aluminio de 3.80 kg tiene una masa aparente de 2.10 kg cuando se sumerge
en un líquido particular; calcule la densidad del líquido. b) Obtenga
una fórmula simple para determinar la densidad de un líquido usando este
procedimiento.
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37.
(II) a) Demuestre que la fuerza de flotación FB sobre un objeto
parcialmente sumergido, como un barco, actúa en el centro de gravedad
del fluido antes de que éste sea desplazado. Este punto se llama centro
de flotación. b) Para que un barco esté en equilibrio estable, ¿Su
centro de flotación debe estar arriba, abajo o en el mismo punto que su
centro de gravedad? Explique. (Véase la figura 13-52).
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38.
(II) Un cubo cuyos lados miden 10.0 cm de longitud está hecho de un
material desconocido y flota en la superficie entre agua y aceite. El
aceite tiene una densidad de 810 kg/m3. Si el cubo flota de forma que el
72% de él está en el agua y el 28% en aceite, ¿cuál es su masa y cuál
es la fuerza de flotación sobre él?
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39.
(II) ¿Cuántos globos llenos de helio se necesitarán para levantar a una
persona? Suponga que el sujeto tiene una masa de 75 kg y que cada globo
lleno de helio es esférico con un diámetro de 33 cm.
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40.
(II) El tanque de un buzo, cuando está sumergido por completo, desplaza
15.7 L de agua de mar. El tanque, por sí solo, tiene una masa de 14.0
kg y, cuando está lleno, contiene 3.00 kg de aire. Suponiendo que sólo
actúan el peso y la fuerza de flotación, determine la fuerza neta
(magnitud y dirección) en el tanque sumergido por completo al inicio de
la inmersión (cuando está lleno de aire) y al final (cuando está vacío).
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41.
(III) Si un objeto flota en el agua, su densidad se puede determinar
uniendo una plomada a él de manera que ambos queden sumergidos.
Demuestre que la gravedad específica está dada por w/(w1 – w2), donde w
es el peso del objeto solo en el aire, w1 es el peso aparente cuando una
plomada está unida a él y sólo la plomada está sumergida, y w2 es el
peso aparente cuando tanto el objeto como la plomada están sumergidos.
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42.
(III) Una pieza de madera de 3.25 kg (GE = 0.50) flota en el agua. ¿Qué
masa mínima de plomo, colgada de ella mediante una cuerda, hará que se
hunda?
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43.
(I) Un conducto de aire de 15 cm de radio se usa para renovar el aire
de una habitación que mide 8.2 m X 5.0 m X 4.5 m cada 12 minutos. ¿Qué
tan rápido fluye el aire en el conducto?
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44.
(I) Usando los datos del ejemplo 13-13, calcule la rapidez promedio del
flujo sanguíneo en las principales arterias del cuerpo que tienen una
área transversal total aproximada de 2.0 cm2.
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45.
(I) ¿Qué tan rápido fluye el agua de un agujero en el fondo de un
tanque de almacenamiento muy ancho de 5.3 m de profundidad lleno con
agua? Desprecie la viscosidad.
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46.
(II) Una pecera mide 36 cm de ancho por 1.0 m de largo y 0.60 m de
alto. Si el filtro debe procesar toda el agua en la pecera una vez cada
4.0 h, ¿cuál debería ser la rapidez del flujo en el tubo de entrada del
filtro de 3.0 cm de diámetro?
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47.
(II) ¿Qué presión manométrica en la tubería principal de agua se
necesita para que una manguera contra incendios arroje agua hasta una
altura de 18 m?
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48.
(II) Una manguera de jardín de 5/8 pulgadas de diámetro interior se usa
para llenar una piscina redonda de 6.1 m de diámetro. ¿Cuánto tiempo
tomará llenar la piscina a una profundidad de 1.2 m si el agua sale de
la manguera con una rapidez de 0.40 m/s?
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49.
(II) Un viento de 180 km/h sopla sobre un techo plano de una casa y
hace que éste se levante. Si la casa mide 6.2 m X 12.4 m, estime el peso
del techo. Suponga que el techo no está clavado.
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50.
(II) Un tubo de 6.0 cm de diámetro se reduce gradualmente a 4.5 cm.
Cuando el agua fluye por este tubo a cierta tasa, la presión manométrica
en esas dos secciones es 32.0 kPa y 24 kPa, respectivamente. ¿Cuál es
la tasa de flujo de volumen?
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51.
(II) Estime la presión del aire dentro de un huracán de categoría 5, en
el que la rapidez del aire alcanza los 300 km/h (figura 13-53).
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52.
(II) ¿Cuál es la fuerza de sustentación (en newtons) de acuerdo con el
principio de Bernoulli sobre un ala de área de 88 m2 si el aire pasa
sobre las superficies superior e inferior con rapidez de 280 y 150 m/s,
respectivamente?
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53.
(II) Demuestre que la potencia necesaria para impulsar un fluido a
través de un tubo es igual a la tasa de flujo de volumen Q multiplicado
por la diferencia de presión, P1 – P2.
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54.
(II) Agua a presión manométrica de 3.8 atm al nivel de la calle fluye
hacia un edificio de oficinas con una rapidez de 0.68 m/s por un tubo de
5.0 cm de diámetro. El tubo se reduce a 2.8 cm de diámetro en el piso
superior, donde el grifo se dejó abierto, 18 m por arriba del que está a
nivel de la calle (figura 13-54). Calcule la velocidad del flujo y la
presión manométrica en el tubo del piso superior. Suponga que no hay
derivaciones y desprecie la viscosidad.
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55.
(II) En la figura 13-55, tome en cuenta la rapidez de la superficie
superior del tanque y demuestre que la rapidez del fluido que sale por
el orificio en el fondo es
2gh
v1 = ,
(1 – A /A )
donde h = y2 – y1, y A1 y A2 son las áreas del orificio y de la
superficie superior, respectivamente. Suponga que A1 << A2 de
forma que el flujo sea casi estable y laminar.
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56.
(II) Suponga que la superficie superior del recipiente en la figura
13-55 está sometida a una presión manométrica externa P2. a) Obtenga una
fórmula para la rapidez v1 a la que el líquido fluye por el orificio en
el fondo a presión atmosférica P0. Suponga que la velocidad de la
superficie del líquido v2 es aproximadamente cero. b) Si P2 = 0.85 atm y
y2 – y1 = 2.4 m, determine v1 para el agua.
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57.
(II) Usted está regando el césped con una manguera y coloca el dedo
sobre la boquilla de ésta para aumentar la distancia a la que llega el
agua. Si usted dirige la manguera al mismo ángulo y la distancia a la
que llega el agua aumenta en un factor de cuatro, ¿qué fracción de la
boquilla de la manguera está bloqueando?
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58.
(III) Suponga que la abertura en el tanque de la figura 13-55 está a
una altura h1 arriba de la base y que la superficie del líquido está a
una altura h2 sobre la base. El tanque descansa a nivel del terreno. a)
¿A qué distancia horizontal desde la base del tanque caerá el fluido en
el terreno? b) ¿A qué otra altura, h’1, puede colocarse un agujero de
manera que el líquido emergente tenga el mismo “alcance”? Suponga que v2
≈ 0.
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59.
(III) a) En la figura 13-55, demuestre que el principio de Bernoulli
predice que el nivel del líquido h = y2 – y1, desciende a una tasa
dh 2ghA
= – ,
dt A – A
donde A1 y A2 son las áreas del orificio y de la superficie superior,
respectivamente, suponiendo que A1 << A2 y que la viscosidad se
desprecia. b) Determine h como función del tiempo por integración. Sea h
= h0 en t = 0. c) ¿Cuánto tiempo tardará en vaciarse un cilindro de
10.6 cm de alto lleno con 1.3 L de agua si el orificio está en el fondo y
tiene un diámetro de 0.50 cm?
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60.
(III) a) Demuestre que la velocidad de flujo medida por un medidor
Venturi (figura 13-32) está dada por la relación
2(P1 - P2)
v1 = A2 .
ƿ(A - A )
b) Un medidor Venturi mide el flujo de agua; tiene un diámetro principal
de 3.0 cm y se reduce hasta un diámetro en la garganta de 1.0 cm; si la
diferencia de presión es de 18 mm-Hg, ¿cuál es la velocidad del agua
que entra a la garganta del medidor Venturi?
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61.
(III) Propulsión de un cohete. a) Use la ecuación de Bernoulli y la
ecuación de continuidad para demostrar que la rapidez de emisión de los
gases propulsores de un cohete es
v = 2(P - P0)/ƿ,
donde ƿ es la densidad del gas, P es la presión del gas dentro del
cohete y P0 es la presión atmosférica justo afuera del orificio de
salida. Suponga que la densidad del gas permanece aproximadamente
constante, y que el área del orificio de salida, A0, es mucho menor que
el área transversal A del interior del cohete (considere que éste es un
cilindro grande). Suponga también que la rapidez del gas no es tan alta
para que se establezcan turbulencias considerables o flujo inestable. b)
Demuestre que la fuerza de propulsión sobre el cohete debida a los
gases emitidos es
F = 2A0(P - P0).
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62.
(III) Una manguera contra incendios ejerce una fuerza sobre una persona
que la sostiene. Esto se debe a que el agua acelera conforme avanza por
la manguera hacia la boquilla. ¿Cuánta fuerza se requiere para sostener
una manguera de 7.0 cm de diámetro y entregar 450 L/min a través de la
boquilla de 0.75 cm de diámetro?
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63.
(II) Un viscosímetro consiste en dos cilindros concéntricos de 10.20 cm
y 10.60 cm de diámetro. Un líquido llena el espacio entre ellos a una
profundidad de 12.0 cm. El cilindro exterior está fijo y una torca de
0.024 m .N mantiene al cilindro interior girando con una rapidez angular
constante de 57 rev/min. ¿Cuál es la viscosidad del líquido?
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64.
(III) Un tubo hueco, largo, vertical y con diámetro interno de 1.00 cm
se llena con aceite SAE 10 para motores. Una varilla de 150 g, 0.900 cm
de diámetro y 30.0 cm de longitud se deja caer verticalmente en el
aceite dentro del tubo. ¿Cuál es la rapidez máxima que alcanza la
varilla al caer?
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65.
(I) El aceite de un motor (SAE 10, tabla 13 -3) pasa a través de un
tubo fino de 1.80 mm de diámetro y 8.6 cm de longitud. ¿Qué diferencia
de presión se necesita para mantener una tasa de flujo de 6.2 mL/min?
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66.
(I) Un jardinero piensa que tarda mucho tiempo regar un jardín con una
manguera de 3/8 pulgadas de diámetro. ¿En qué factor se reducirá el
tiempo si usa una manguera de 5/8 pulgadas de diámetro? Suponga que todo
lo demás permanece igual.
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67.
(II) ¿Qué diámetro debe tener un conducto de aire de 15.5 m de largo si
el sistema de ventilación y calefacción debe renovar el aire en una
habitación de 8.0 m X 14.0 m X 4.0 m cada 12.0 minutos? Suponga que la
bomba puede ejercer una presión manométrica de 0.710 X 10–3 atm.
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68.
(II) ¿Cuál debe ser la diferencia de presión entre los dos extremos de
una sección de tubo de 1.9 km de longitud, 29 cm de diámetro, si el tubo
debe transportar aceite (ƿ = 950 kg/m3, Ƞ = 0.20 Pa.s) a una tasa de
650 cm3/s?
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69.
(II) La ecuación de Poiseuille no es válida si la velocidad del flujo
es tan alta que se establece turbulencia. La aparición de la turbulencia
ocurre cuando el número de Reynolds, Re, excede el valor aproximado de
2000. Re se define como
2vrƿ
Re = ,
Ƞ
donde v es la rapidez promedio del fluido, ƿ es su densidad, Ƞ es su
viscosidad, y r es el radio del tubo en el que fluye el fluido. a)
Determine si el flujo de sangre a través de la aorta es laminar o
turbulento cuando la rapidez promedio de la sangre en la aorta (r = 0.80
cm), durante la parte de reposo del ciclo del corazón es de
aproximadamente 35 cm/s. b) Al hacer ejercicio, la rapidez del flujo
sanguíneo se duplica. Calcule el número de Reynolds en este caso y
determine si el flujo es laminar o turbulento.
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70.
(II) Suponiendo un gradiente constante de presión, ¿en qué factor
disminuye el radio de un vaso capilar si el flujo sanguíneo se reduce en
un 85%?
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71.
(III) Un paciente va a recibir una transfusión de sangre. Ésta fluirá a
través de un tubo desde una botella elevada hacia una aguja insertada
en la vena (figura 13-56). La aguja mide 25 mm de largo y su diámetro
interior es de 0.80 mm; la tasa de flujo requerida es de 2.0 cm3 de
sangre por minuto. ¿A qué distancia h debe colocarse la botella por
arriba de la aguja? Obtenga ƿ y ƞ de las tablas. Suponga que la presión
sanguínea es de 78 torr por arriba de la presión atmosférica.
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72.
(I) Si la fuerza F necesaria para mover el alambre en la figura 13-35
es de 3.4 X 10–3 N, calcule la tensión superficial ƴ del fluido
encerrado. Suponga que ℓ = 0.070 m.
Get solution
73.
(I) Calcule la fuerza necesaria para mover el alambre en la figura
13-35 si está inmerso en una solución jabonosa y el alambre mide 24.5 cm
de longitud.
Get solution
74.
(II) La tensión superficial de un líquido se puede determinar midiendo
la fuerza F necesaria justo para levantar un anillo circular de platino
de radio r de la superficie del líquido. a) Obtenga una fórmula para ƴ
en términos de F y r. b) A 30°C, si F = 5.80 X 10–3 N y r = 2.8 cm,
calcule ƴ para el líquido probado.
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75. (III) Estime el diámetro de una aguja de acero que apenas puede “flotar” en el agua gracias a la tensión superficial.
Get solution
76.
(III) Demuestre que dentro de una burbuja de jabón debe haber una
presión ΔP en exceso en comparación con la exterior, que es igual a ΔP =
4ƴ/r, donde r es el radio de la burbuja y ƴ es la tensión superficial.
[Sugerencia: Considere que la burbuja está formada por dos hemisferios
en contacto y recuerde que hay dos superficies en la burbuja. Note que
este resultado es aplicable a cualquier tipo de membrana, donde 2ƴ es la
tensión por unidad de longitud en esa membrana].
Get solution
77.
(III) Un efecto común de la tensión superficial es la capacidad de un
líquido de elevarse por un delgado tubo, gracias a la acción capilar.
Demuestre que, para un tubo delgado de radio r colocado en un líquido de
densidad ƿ y tensión superficial ƴ, el líquido en el tubo alcanzará una
altura h = 2ƴ/ƿgr por encima del nivel del líquido afuera del tubo,
donde g es la aceleración gravitacional. Suponga que el líquido “moja”
el capilar (la superficie del líquido es vertical cuando hace contacto
con el interior del tubo).
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78.
Se aplica una fuerza de 2.8 N al émbolo de una aguja hipodérmica. Si el
diámetro del émbolo es de 1.3 cm y el de la aguja es de 0.20 mm, a)
¿Con qué fuerza sale el fluido por la aguja? b) ¿Qué fuerza se requiere
sobre el émbolo para empujar el fluido en una vena donde la presión
manométrica es de 75 mm-Hg? Dé la respuesta para el instante justo antes
de que el fluido empiece a moverse.
Get solution
79.
Las inyecciones intravenosas se aplican a menudo bajo gravedad, como se
muestra en la figura 13-56. Suponiendo que el fluido tiene una densidad
de 1.00 g/cm3, ¿a qué altura h debe colocarse la botella para que la
presión del líquido sea de a) 55 mm-Hg, b) 650 mm-H2O? c) Si la presión
de la sangre es de 78 mm-Hg arriba de la presión atmosférica, ¿qué tan
alto debe colocarse la botella para que el fluido apenas logre entrar a
la vena?
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80.
Un vaso de precipitados con agua se encuentra sobre una báscula
electrónica que indica 998.0 g. Una bola sólida de cobre de 26 cm de
diámetro se amarra a una cuerda sumergida en el agua, sin que toque el
fondo. ¿Cuál es la tensión en la cuerda? ¿Cuál es la nueva lectura de la
báscula?
Get solution
81.
¿Cuál es la diferencia aproximada en la presión del aire entre la
planta baja y el piso superior del Empire State en la ciudad de Nueva
York? El edificio mide 380 m de alto y está ubicado al nivel del mar.
Expréselo como una fracción de la presión atmosférica al nivel del mar.
Get solution
82.
Un elevador hidráulico se usa para levantar un automóvil de 920 kg
hasta una altura de 42 cm del suelo. El diámetro del pistón de salida es
de 18 cm y la fuerza de entrada es de 350 N. a) ¿Cuál es el área del
pistón de entrada? b) ¿Cuál es el trabajo efectuado al levantar el
automóvil 42 cm? c) Si el recorrido de cada carrera del pistón de
entrada es de 13 cm, ¿qué distancia hacia arriba se mueve el automóvil
en cada carrera? d) ¿Cuántas carreras se requieren para elevar el
automóvil 42 cm? e) Demuestre que la energía se conserva.
Get solution
83.
Cuando usted maneja para subir o descender por las montañas sus oídos
“estallan”, lo que significa que la presión detrás del tímpano se está
igualando a la presión exterior. Si esto no sucediera, ¿cuál sería la
fuerza aproximada sobre un tímpano cuya área es de 0.20 cm2 si tuviera
lugar un cambio de altura de 950 m?
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84.
Las jirafas son una maravilla de ingeniería cardiovascular. Calcule la
diferencia de presión (en atmósferas) que tienen que ajustar los vasos
capilares en la cabeza de la jirafa cuando ésta baja su cabeza desde una
posición totalmente erguida hasta el nivel del suelo para beber agua.
Considere que la altura promedio de una jirafa es de 6 m.
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85.
Suponga que una persona puede reducir la presión en sus pulmones a –75
mm-Hg de presión manométrica. ¿A qué altura podrá succionar el agua con
una pajilla?
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86.
Las líneas aéreas tienen permitido mantener un mínimo de presión de
aire dentro de la cabina de pasajeros equivalente a la que se registra a
una altura de 8000 ft (2400 m) para evitar que se presenten efectos
adversos en los viajeros por falta de oxígeno. Estime esta presión
mínima (en atmósferas).
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87.
Un modelo simple (figura 13-57) considera un continente como un bloque
(densidad ≈ 2800 kg/m3) que flota en el manto rocoso circundante
(densidad ≈ 3300 kg/m3). Suponiendo que el continente tiene 35 km de
espesor (espesor promedio de la costra terrestre), estime la altura del
continente por arriba de la roca que lo rodea.
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88.
Un barco que transporta agua dulce a una isla desértica en el mar
Caribe, tiene un área transversal de 2240 m2 en la línea de agua. Cuando
se descarga, el barco se levanta 8.50 m en el agua. ¿Cuántos metros
cúbicos de agua se descargaron?
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89.
Durante el ascenso, y especialmente durante el descenso, los cambios en
el volumen de aire atrapado en el oído medio pueden provocar malestar
hasta que la presión del oído medio y la presión exterior se igualan. a)
Si un descenso rápido a una tasa de 7.0 m/s o mayor comúnmente provoca
malestar en los oídos, ¿cuál es la tasa máxima de disminución en la
presión atmosférica (esto es, dP/dt) tolerable para la mayoría de las
personas? b) En un edificio de 350 m de alto, ¿cuál será el menor tiempo
posible de descenso para un elevador que baja del último piso a la
planta baja, suponiendo que el elevador está diseñado adecuadamente de
acuerdo con la fisiología humana.
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90.
Una balsa se forma con 12 troncos unidos entre sí. Cada uno tiene 45 cm
de diámetro y una longitud de 6.1 m. ¿Cuánta gente puede sostener la
balsa antes de que empiecen a mojarse sus pies, suponiendo que la
persona promedio tiene una masa de 68 kg? No desprecie el peso de los
troncos. Suponga que la gravedad específica de la madera es de 0.60.
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91. Estime la masa total de la atmósfera de la Tierra usando el valor conocido de la presión atmosférica al nivel del mar.
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92.
Durante cada latido del corazón, se bombean aproximadamente 70 cm3 de
sangre desde el corazón a una presión promedio de 105 mm-Hg. Calcule la
potencia de salida del corazón, en watts, suponiendo que se efectúan 70
latidos por minuto.
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93.
Cuatro aspersores para regar el césped se alimentan mediante un tubo de
1.9 cm de diámetro. El agua sale de los aspersores con un ángulo de 35°
con respecto a la horizontal y cubre un radio de 7.0 m. a) ¿Cuál es la
velocidad del agua al salir del aspersor? (Suponga que no hay
resistencia del aire.) b) Si el diámetro de salida de cada aspersor es
de 3.0 mm, ¿cuántos litros de agua entregan los cuatro aspersores por
segundo? c) ¿Qué tan rápido fluye el agua dentro del tubo de 1.9 cm de
diámetro?
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94.
Una cubeta de agua se acelera hacia arriba a 1.8 g. ¿Cuál es la fuerza
de flotación sobre una roca de granito de 3.0 kg (GE = 2.7) sumergida en
el agua? ¿Flotará la roca? ¿Por qué?
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95.
La corriente de agua de un grifo disminuye en diámetro conforme
desciende (figura 13-58). Obtenga una ecuación para el diámetro de la
corriente como función de la distancia y debajo del grifo, dado que el
agua tiene rapidez v0 al salir de éste, cuyo diámetro es d.
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96.
Se necesita extraer con sifón el agua de una tarja atascada. La tarja
tiene una área de 0.38 m2 y está llena hasta una altura de 4.0 cm. El
tubo del sifón se eleva 45 cm por arriba del fondo de la tarja y luego
desciende 85 cm a una cubeta, como se ilustra en la figura 13-59. El
tubo del sifón tiene un diámetro de 2.0 cm. a) Suponiendo que el nivel
del agua en la tarja tiene velocidad casi de cero, calcule su velocidad
cuando entra a la cubeta. b) Estime qué tiempo se requiere para vaciar
la tarja.
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97.
Un avión tiene una masa de 1.7 X 106 kg; el aire fluye por la
superficie inferior de las alas a 95 m/s. Si las alas tienen un área
superficial de 1200 m2, ¿qué tan rápido debe fluir el aire sobre la
superficie superior del ala para que el avión permanezca en el aire?
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98.
Una fuente de agua potable lanza agua a unos 14 cm hacia arriba en el
aire desde una tobera de 0.60 cm de diámetro. La bomba en la base de la
fuente (1.1 m debajo de la tobera) empuja el agua hacia un tubo de 1.2
cm de diámetro que se conecta con la tobera. ¿Qué presión manométrica
debe proporcionar la bomba? Desprecie la viscosidad, así que su
respuesta será inferior al valor real.
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99.
Un huracán con vientos de 200 km/h sopla sobre la ventana de la fachada
de una tienda. La ventana mide 2.0 X 3.0 m. Estime la fuerza sobre la
ventana que se debe a la diferencia en la presión de aire entre el
interior y el exterior. Suponga que la tienda está sellada al aire, de
forma que la presión en el interior se mantiene en 1.0 atm. (Por eso no
se debe sellar un edificio antes de un huracán).
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100.
La sangre de un animal se coloca en una botella a una altura de 1.30 m
por encima de una aguja de 3.8 cm de largo y 0.40 mm de diámetro
interno; la sangre fluye desde la aguja a una tasa de 4.1 cm3/min. ¿Cuál
es la viscosidad de la sangre?
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101.
Tres fuerzas actúan considerablemente sobre un globo lleno de helio que
flota libremente: la fuerza de gravedad, la resistencia del aire (o
fuerza de arrastre) y la fuerza de flotación. Considere un globo
esférico lleno de helio de radio r = 15 cm que se eleva por el aire a
0°C; la masa del globo (desinflado) es m = 2.8 g. Para todas las
rapideces v, excepto para las más bajas, el flujo de aire que pasa por
un globo en ascenso es turbulento, y la fuerza de arrastre FD está dada
por la relación
FD = ½ CD ƿaire П r2v2
donde la constante CD = 0.47 es el “coeficiente de arrastre” para una
esfera lisa de radio r. Si el globo se libera desde el reposo, acelerará
muy rápidamente (en unas cuantas décimas de segundo) hasta llegar a su
velocidad terminal vT, donde la fuerza de flotación se anula con la
fuerza de arrastre y el peso total del globo. Suponiendo que la
aceleración del globo se efectúa en un tiempo y una distancia
insignificantes, ¿cuánto tardará el globo liberado en llegar a una
distancia h = 12 m?
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102.
Si la acumulación de colesterol reduce el diámetro de una arteria en
un 15%, ¿en qué porcentaje se reducirá la tasa de flujo de la sangre
suponiendo la misma diferencia de presión?
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103.
Un modelo de dos componentes utilizado para determinar el porcentaje
de grasa en un cuerpo humano supone que una fracción f(<1) de la masa
total m del cuerpo está compuesta de grasa con una densidad de 0.90
g/cm3, y que la masa restante del cuerpo está compuesta por tejido libre
de grasa con una densidad de 1.10 g/cm3. Si la gravedad específica de
la densidad del cuerpo entero es X, demuestre que el porcentaje de grasa
corporal (= f X 100) está dado por
495
Porcentaje de grasa corporal = – 450.
X
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104.
(III) La presión del aire disminuye con la altitud. Los siguientes
datos corresponden a la presión del aire a diferentes altitudes.
Altitud (m) Presión (kPa)
0 101.3
1000 89.88
2000 79.50
3000 70.12
4000 61.66
5000 54.05
6000 47.22
7000 41.11
8000 35.65
9000 30.80
10,000 26.50
a) Determine la ecuación cuadrática de mejor ajuste para demostrar cómo
cambia la presión del aire con la altitud. b) Determine la ecuación
exponencial de mejor ajuste que describa el cambio en la presión del
aire con la altitud. c) Utilice cada ajuste para determinar la presión
del aire en la montaña K2 a 8611 m e indique la diferencia porcentual.
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