Balde con Agua

Suponiendo que el nivel de agua está a 1,5 [m] de altura sobre la salida del chorro de agua, y el tubo de escape del balde del agua posee una altura de 1,3 [m], tenemos entonces que el nivel del agua dentro del balde es de 0,2 [m]. Suponiendo que la variación de éste nivel dentro del balde y el radio son constantes, tenemos que sus valores en función del tiempo son:

h = ho – m*t

r = ro – n*t

Pero haciendo los cálculos en la zona de prueba, y asumiendo una variación constante de la altura y el radio del nivel del agua con respecto al fondo del balde, se obtuvieron los siguientes resultados:

ho = .266 [m] y ro = .144 [m] (valores iniciales)

m = -.266/10.3 [m/s] y n = -.019/10.3 [m/s] (a este último, con radio inferior balde

igual a .125[m])

Sea Vb el volumen de agua del balde, donde Vb = h*π*r^2. Cuando el chorro de agua se libera, tenemos que la altura y el radio de este volumen varían con el transcurso del tiempo, mientras el volumen disminuye, teniéndose que el caudal por ‘2’ es:

Q = dVb/dt = (dh/dt)*π*r^2 + h*2*π*r*(dr/dt)

Luego, este caudal es el mismo que sale por ‘1’, debido a la continuidad del sistema, cuya velocidad del agua sale a: V = Q/As .

Entonces, esta velocidad nos servirá para calcular la fuerza de impacto que actúa sobre el barco, la cual será: Fch = 2*rho*As*(V)^2 (obtenida del laboratorio Impacto de Chorro

a placa semiesférica),

donde el ‘rho’ es la masa específica del agua, ‘As’ es el área de salida del chorro y ‘V’ la velocidad de salida chorro.

Las fuerzas que se oponen al barco son 3: fuerza opresiva delantera (debido a la presión del agua), fuerza viscosa lateral y fuerza viscosa inferior.

El chorro está en contacto con el barco aproximadamente 2 segundos después de su liberación, instante en que se calcula la aceleración alcanzada por el barco y la distancia que alcanzó a recorrer. Ésta se calculará a partir del tiempo en que el chorro se mantiene en el aire a una v determinada, siendo ésta el instante en que el contacto chorro-barco se termina.

Finalmente, a partir de las fuerzas que se oponen al barco, se calcula la desaceleración que llevará éste en el resto del trayecto, que nos permitirá calcular finalmente el tiempo que demora el barco en recorrer los 5 metros de trayectoria.