Un gas está contenido en un dispositivo vertical de cilindro-émbolo entre los que no hay fricción. El émbolo tiene una masa de vapor de agua m= 3.5 kg y un área de sección transversal de A = 41.5 cm2. Un resorte comprimido sobre el émbolo ejerce una fuerza de F = 107.2 N. Si la presión atmosférica es de P= 97.5 kPa, calcule la presión dentro del cilindro en kPa, tome g = 9.81 m/s2
Respuestas a la pregunta
La presión dentro del cilindro es de : Pc = 131.60Kpa
m = 3.5kg
A = 41.5cm² *1m²/1.10⁴cm² = 4.15.10⁻³m²
F = 107.2N
Patm = 97.5Kpa
Pc = ? Kpa
g = 9.81m/s²
Dibujamos un Diagrama de cuerpo libre, sobre el embolo, para visualizar las fuerzas y presiones ejercidas:
Fres Patm
_↓_____________↓__
W ↓ ↑ Pc
Debemos tomar en cuenta que F = P*A
Pc*A - Fres - Patm*A - W = 0 Despejamos Pc
Pc*A = Patm*A + W + Fres
Pc = Patm + W/A + Fres/A
Pc = 97.5Kpa + (3.5kg*9.81m/s² / 4.15*10⁻³m²) + (107.2N / 4.15*10⁻³m²)
Pc = 97.5Kpa + (8273.49 + 25831.32)*(1Kpa / 1000N/m)
Pc = 97.5Kpa + 34.10Kpa
Pc = 131.60Kpa