Mecanica de Fluidos Estabilidad

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ESTABILIDAD

ESTABILIDAD

Estabilidad delos cuerpos fotantes

Estabilidad delos cuerpos fotantes

Se llama estabilidad a la tendencia que tiene un cuerpo que está fotando, sin Se llama estabilidad a la tendencia que tiene un cuerpo que está fotando, sin volver a su posición de equilibrio o adrizamiento cuando una uerza externa lo volver a su posición de equilibrio o adrizamiento cuando una uerza externa lo ha sacado de ella.

ha sacado de ella.

La estabilidad se debe a que todo

La estabilidad se debe a que todo cuerpo que fota se halla sometido a cuerpo que fota se halla sometido a la acciónla acción de 2 uerzas iuales ! contrarias, la que se equilibran entre s".

de 2 uerzas iuales ! contrarias, la que se equilibran entre s".

La ravedad o peso del cuerpo actuando hacia aba#o $vertical% sobre el centro La ravedad o peso del cuerpo actuando hacia aba#o $vertical% sobre el centro de ravedad &'( del cuerpo ! la presión del l"quido o empu#e, aplicada hacia de ravedad &'( del cuerpo ! la presión del l"quido o empu#e, aplicada hacia arriba en el centro de bo!antes.

arriba en el centro de bo!antes.

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KB: )istancia entre la zona inerior ! el centro de bo!antes. )istancia entre la zona inerior ! el centro de bo!antes. KG:

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OBJETIVOS

Estudiar la forma teórica y práctica en la que se manifiesta la estabilidad y empuje de los cuerpos flotantes.

!"#TI#" $O!%" TEO!I#" !I&#IIO 'E "!()*%E'ES

Todo solido de +olumen sumer,ido en un fluido- que eperimenta un empuje /acia arriba i,ual al  peso del fluido despojado. %atemáticamente puede ser conocido como empuje- +olumen de fluido

despla0ado- densidad del fluido o ,ra+edad.

El principio de "rqu1medes implica que para un cuerpo flote- su densidad debe ser menor a la densidad del fluido en el que se encuentra.

EST"BI2I'"' 'E 2OS #)E!OS E& )& $2)I'O )n fluido es considerado estable si re,resa a su posición ori,inal despu3s de /aberse ,irado un  poco alrededor de un eje /ori0ontal. 2as condiciones para la estabilidad son diferentes para un

cuerpo completamente sumer,ido y otro parcialmente sumer,ido.

2os submarinos son ejemplo de cuerpos que están completamente sumer,idos en un fluido. Es importante- para este tipo de cuerpos- permanecer en una orientación espec1fica a pesar de la acción de las corrientes- de los +ientos y fuer0as de maniobra.

2a condición de estabilidad de cuerpos completamente sumer,idos en un fluido es que el centro de ,ra+edad 456 del cuerpo debe debe estar debajo del centro de flotabilidad. 4B6. el centro de

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flotabilidad de un cuerpo se encuentra en el centroide del +olumen despla0ado- el cuerpo act7a +erticalmente /acia abajo a tra+3s del centro de ,ra+edad.

#uando el cuerpo está totalmente sumer,ido pueden ocurrir tres casos.

 El primer caso- no aparece par al ,irar el cuerpo lue,o en equilibrio e indiferente.

 El se,undo caso- la fuer0a de empuje act7a más arriba del peso.

 El tercer caso- el par que se ori,ina tiende a alejar el cuerpo de la posición de equilibrio- lo cual es la consecuencia de un cuerpo inestable.

EST"BI2I'"' 'E #)E!OS S)%E!5I'OS

2a condición para la estabilidad de cuerpos flotantes es que un cuerpo flotante es estable si su centro de ,ra+edad 5 esta por abajo del metacentro %. El metacentro se define como el punto de intersección del eje +ertical de un cuerpo cuando se encuentra en su posición de equilibrio y la recta +ertical que pasa por el centro de flotación cuando el cuerpo es ,irado li,eramente

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EST"BI2I'"' 'E 2OS #)E!OS $2OT"&TES 8 S)%E!5I'OS

2a estabilidad de un cuerpo parcial o totalmente sumer,ido es +ertical y obedece al equilibrio eistente entre el peso del cuerpo y la fuer0a de flotación.

"mbas fuer0as son +erticales y act7an a lo lar,o de la misma l1nea. 2a fuer0a de flotación estará aplicada en el centro de flotación y el peso estará aplicado en el centro de ,ra+edad.

S)B 9 'IVISIO& 'E 2" EST"BI2I'"'

 Estabilidad estática:

#orresponde a una flotación en a,uas tranquilas.

 Estabilidad dinámica:

#orresponde a un buque flotando en a,ua de mar y sometida a fuer0a eterna de las olas- a un plano de flotación que no siempre es /ori0ontal. Estos sistemas eternos /acen el balancear al buque- en condiciones distintas a las a,uas tranquilas- lo cual produce un ,asto de ener,1a o trabajo para +ol+erlo a su posición de equilibrio.

En resumen podemos decir que:

 Estabilidad Estática.

 Es la tendencia de una na+e a +ol+er a su posición de equilibrio.

 Estabilidad 'inámica.

 Es la ener,1a que se desarrolla para +ol+er a su posición inicial cuando una fuer0a eterna la /aya sacado de esta. Esta ener,1a es i,ual a la suma de ener,1as ,astadas para inclinar la na+e a una inclinación determinada o dada.

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" parte de estas dos di+isiones de la estabilidad puede subdi+idiese en una Estabilidad Trans+ersal y otra 2on,itudinal:

Estabilidad Trans+ersal.

El +alor de referencia en este caso será la altura metac3ntrica o 1ndice de estabilidad.

Estabilidad 2on,itudinal.

Es la tendencia que se tiene para +ol+er a su posición de equilibrio cuando una fuer0a eterna lo /a sacado de ella inclinando a proa o popa.

2a Estabilidad lon,itudinal es siempre considerada bastantemente ,rande por eso es necesario su cálculo anal1tico.

EST"BI2I'"' 2I&E"2

Se pone en manifiesto cuando cuando despla0amos el cuerpo +ertical /acia arriba. Este despla0amiento pro+oca una disminución del +olumen del fluido despla0ado cambiando la ma,nitud de la fuer0a de flotación y el paso del cuerpo- aparece una fuer0a restauradora de dirección +ertical y sentido /acia abajo - aparecerá una fuer0a restauradora +ertical y /acia arriba que tendrá que de+ol+er el cuerpo a su posición inicial.

EST"BI2I'"' !OT"#IO&"2

Este cuerpo de estabilidad s pone de manifiesto cuando el cuerpo sufre un despla0amiento an,ular. En este caso- el centro de flotación y centro de ,ra+edad no permanecen sobre la misma l1nea +ertical- por lo que la fuer0a de flotación y el peso no son colindantes pro+ocando la aparición de un par de fuer0as restauradora. El efecto que tiene dic/o par de fuer0as. El efecto que tiene dic/o  par de fuer0as sobre la posición del cuerpo determinara el tipo de equilibrio en el sistema.

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E()I2IB!IO EST"B2E

#uando el par de fuer0as restauradoras de+uel+e el cuerpo a su posición ori,inal. Esto se produce cuando el cuerpo tiene mayor densidad en la parte inferior del mismo de manera que el centro de ,ra+edad se encuentra por debajo del centro de flotación.

E()I2IB!IO I&EST"B2E

#uando el par de fuer0as tiende a aumentar el despla0amiento an,ular producido. Esto ocurre cuando el cuerpo tiene mayor densidad en la parte superior del cuerpo- de manera que el centro de ,ra+edad se encuentra por encima del centro de flotación.

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E()I2IB!IO &E)T!O

#uando no aparece nin,7n par de fuer0as restauradoras a pesar de /aberse producido un

despla0amiento an,ular. odemos encontrar este tipo de equilibrio en cuerpos cuya distribución de masas es /omo,3nea- de manera que el centro de ,ra+edad coincide con el centro de flotación.

'ES2";"%IE&TO.

Volumen de carena por la densidad

#E&T!O 'E $2OT"#I<&

#entro del empuje ascendente o centro de la fuer0a de flotación. unto de aplicación de la fuer0a ascendente.

#E&T!O 'E 5!"VE'"'

unto de aplicación de la resultante de todas las fuer0as de la ,ra+edad. 5eneralmente el centro de ,ra+edad no coincide con el centro ,eom3trico.

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Referencias

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