Planteas la condición de equilibrio en las bases de los tubos verticales, y queda:
pA = δ*g*L,
pa = δ*g*(L-h);
luego, restas miembro a miembro entre ambas ecuaciones, y queda:
pA - pa = δ*g*L - δ*g*(L-h), distribuyes el último término, cancelas términos opuestos, y queda:
pA - pa = δ*g*h (1).
Planteas la ecuación de caudal, y queda:
A*vA = a*va, sustituyes la expresión del área menor en función del área mayor que tienes en tu enunciado, y queda:
A*vA = 0,22*A*va, divides por A en ambos miembros, y queda:
vA = 0,22*va (2).
Planteas la ecuación de Bernoulli para dos puntos situados sobre el eje de la tubería, cada uno debajo de uno de los tubos, y queda:
pA + (1/2)*δ*vA2 = pa + (1/2)*δ*va2, restas pa restas en (1/2)*δ*vA2 ambos miembros, y queda:
pA - pa = (1/2)*δ*va2 - (1/2)*δ*vA2 (3).
Luego, igualas las expresiones señaladas (1) (3) y queda la ecuación:
δ*g*h = (1/2)*δ*va2 - (1/2)*δ*vA2, multiplicas en todos los términos de la ecuación por 2/δ, y queda:
2*g*h = va2 - vA2, sumas vA2 y restas 2*g*h en ambos miembros, y queda:
vA2 = va2 - 2*g*h, sustituyes la expresión señalada (2) en el primer miembro, y queda:
(0,22*va)2 = va2 - 2*g*h, distribuyes la potencia en el primer miembro, y queda:
0,0484*va2 = va2 - 2*g*h, restas va2 en ambos miembros, y queda:
-0,9516*va2 = -2*g*h, divides por -0,9516 en ambos miembros, y queda:
va2 ≅ 2,102*g*h, reemplazas valores (g = 9,8 m/s2, h = 12 cm = 0,12 m), resuelves, y queda:
va2 ≅ 2,472, extraes raíz cuadrada en ambos miembros (observa que elegimos la raíz positiva), y queda:
va ≅ 1,572 m/s, que es la rapidez con la que fluye el líquido en la parte más delgada de la tubería;
luego, reemplazas este valor en la ecuación señalada (2), resuelves, y queda:
vA ≅ 0,346 m/s, que es la rapidez con la que fluye el líquido en la parte más gruesa de la tubería,
por lo que puedes concluir que la opción señalada (d) es la respuesta correcta.
Espero haberte ayudado.
l a V, mayor que V, o menor que V? Demuestre o explique por qué.