I.E.DIVERSIFICADO DE CHÍA FISICA 11 : FLUIDOS LABORATORIO Nº 2 HIDROSTÁTICA

Transcripción

1 LABORATORIO Nº 2 HIDROSTÁTICA 1. OBJETIVOS GENERALES Determinar experimentalmente la presión en el interior del líquido. Demostrar el principio de Pascal 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Probar y observar los diferentes principios de la hidrostática. Aplicar los conceptos teóricos tratados en clase acerca de la ecuación de la continuidad y la presión hidrostática. Calcular experimentalmente la velocidad de circulación del agua al interior de diferentes recipientes y las fuerzas aplicadas en diversos puntos de referencia de análisis. 3. Desempeño a lograr: Comprender por medio de la experimentación la importancia y aplicación del principio de Pascal y la ecuación de la continuidad. 4. FUNDAMENTOS TEORICOS: PRINCIPIO DE PASCAL: El filósofo francés Blaise Pascal ( ) descubrió una propiedad importante en los líquidos, que se conoce como principio de Pascal: La presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad a cualquier otro punto del líquido. La causa de que la presión ejercida en un líquido se transmita íntegramente en todas direcciones es debida a que los líquidos son incompresibles. Por tanto, al aplicarles una presión y no poder reducirse de volumen, la transmiten en todas direcciones perpendiculares a las paredes del recipiente que los contiene. Cuando a un líquido se le aplica una presión externa cualquiera, la presión resultante es más grande que la dada. Siempre que a un líquido confinado y en reposo se le aplica una presión externa, la presión es incrementada en todos los puntos del fluido en el valor correspondiente a la presión externa aplicada. Pascal, descubrió este principio en el siglo XVII, siendo el primero que lo definió de una manera clara. Las consecuencias prácticas del principio de Pascal quedan bien palpables en los neumáticos de los autos, en los gatos hidráulicos, frenos hidráulicos, taladradores neumáticos y frenos de aire. Ejemplos de aplicaciones del Principio de Pascal Prensa hidráulica: El hecho de que una presión externa, aplicada sobre un líquido en reposo, aumente la presión en todos los puntos del líquido en una cantidad igual a la presión externa, se utiliza con gran ventaja en la máquina denominada prensa hidráulica, en la que con un

2 pequeño esfuerzo pueden ejercerse fuerzas muy grandes. Las prensas hidráulicas, al igual que las rampas hidráulicas, multiplican fuerzas. Constan de dos recipientes cilíndricos comunicantes que contienen un líquido, en los que el área de la selección transversal de cada uno de ellos es mayor que la del otro. Si ejercemos una fuerza en el pistón cilíndrico que es más pequeño, se provoca un aumento en la presión del líquido bajo el pistón. Dicho incremento en la presión se transmitirá a todos los puntos del líquido. El principio de esta máquina también se emplea en los elevadores de autos, en los sillones de dentistas y peluqueros, así como en los frenos hidráulicos de los automóviles. Sistemas hidroneumáticos: Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de comprensibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión. Funcionan de la siguiente manera: el agua, suministrada desde el acueducto público u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento, de donde, a través de un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a presión. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel del líquido, se 7 comprime el aire y aumenta la presión. Cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados (Pmáx.), se produce la señal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.) se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Entre los diferentes sistemas de abastecimiento y distribución de agua en edificios e instalaciones, los equipos hidroneumáticos han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otros sistemas. Este dispositivo evita construir tanques elevados, colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión. Rampa hidráulica: Una aplicación característica del principio de Pascal, para los gases y los líquidos, es la rampa hidráulica, que puede encontrarse en muchos talleres automotrices. La mayor presión de aire producida por un compresor se transmite por el aire hasta la superficie de aceite que hay en un depósito subterráneo. A su vez, el aceite transmite la presión a un pistón que sube al automóvil. La presión relativamente baja que ejerce la fuerza de subida contra el pistón es aproximadamente igual a la presión del aire en los neumáticos de los vehículos. 5. Conocimientos previos: Conversión de unidades y notación científica. Geometría básica. Cinemática. Fuerzas Tercera ley de Newton. Densidad y presión. 6. Antecedentes: Contesta las siguientes inquietudes:

3 6.1 Qué se necesita saber para poder calcular la presión que ejerce un objeto sobre una superficie? 6.2 Qué diferencia hay entre fuerza y presión? 6.3 Para qué sirve una prensa hidráulica? 7. Procedimiento Llenar de agua la jeringa de 3 ml. De acuerdo con la tercera ley de Newton, la fuerza de acción es igual en magnitud que la fuerza de reacción. Con la ayuda del dinamómetro, tome la lectura de la fuerza aplicada en el embolo de la jeringa de 3 ml para saber que fuerza se aplica (empalme cuidadosamente el dinamómetro con el embolo de la jeringa halándolo suavemente hacia afuera).

4 Elija dos puntos de referencia donde las secciones transversales sean de diferente diámetro (por ejemplo uno en la jeringa de 3 ml y otro en la manguera). Tome las medidas de los diámetros de los dos puntos de análisis. Con estos datos, haga el cálculo de las áreas de los dos puntos de referencia. Posteriormente, con la lectura del dinamómetro, aplique el principio de Pascal para calcular los datos de fuerza aplicada y la presión en el segundo punto de referencia. Registre en las siguientes tablas sus mediciones y los resultados de los cálculos: Diámetro en el punto A (cm) Diámetro en el punto B (cm) superficie A (cm²) superficie B (cm²) superficie A (m²) Fuerza aplicada sobre A (N) Presión ejercida sobre A (N/m² = Pa) superficie B (m²) Fuerza aplicada sobre B (N) Presión ejercida sobre B (N/m²= Pa) 8. Análisis de resultados 8.1 Cómo es la fuerza ejercida en la sección de mayor área con respecto al punto de menor área? (mayor, menor, igual)

5 8.2 Hacia dónde se dirige la presión que se ejerce sobre la sección de área más pequeña? 8.3 Cómo es la presión ejercida en el émbolo mayor con respecto a la sección de menor área? (menor, igual, mayor). 8.4 Ahora observa la distancia recorrida en dos de las jeringas del brazo. se recorre la misma distancia en ambas jeringas? por qué? 8.5 Cambiará mucho la fuerza aplicada si se aumenta la diferencia en el tamaño de las jeringas? 8.6 Cómo cree que cambie la fuerza aplicada en la sección de menor área si se utiliza una jeringa del doble de tamaño? 8.7 Explicar brevemente sus descubrimientos con respecto a las fuerzas ejercidas en un brazo hidráulico. 9. Conclusiones 9.1 Con base a los datos obtenidos que conclusiones puede sacar?. 9.2 Qué superficie experimenta mayor presión A, B o ambos la misma? 9.3 Qué relación existe entre el y la fuerza obtenida? 9.3 Qué relación mínima se debe cumplir entre un embolo y otro teniendo en cuenta las s para mover el otro embolo?

6 9.4 Qué embolo debe hacer mayor fuerza para mover al otro? 9.5 Qué pasaría si los émbolos fueran iguales con igual? 10. BIBLIOGRAFÍA ALVARENGA, Beatriz; MÁXIMO, Antonio: Física General, Editorial Harla, S.A, HEINEMANN, Alberto G.: Física, Editorial Angel y Estrada y cía, S.A., HEWITT, Paul G.: Física Conceptual, Editorial Pearson Educación, WEBER, Robert L.; MANNING, Kenneth V.; WHITE, Marsh W.; FEBRER, Joaquin: Física General Moderna, Editorial Reverté, S.A., ß inas/hidroneumaticos.htm 11. Criterios de evaluación: Se valorara el diseño del brazo hidráulico. Cada grupo debe entregar un video de máximo 1 minuto de duración donde se pueda ver el brazo funcionando. (En la dimensión procedimental) La segunda valoración es con el contenido de la guía. Deben estar contestados todos los cuestionarios. Adjuntar fotos donde se muestre el trabajo en equipo, tomando las mediciones y haciendo los cálculos de los resultados.