Área de Ciencias Naturales LABORATORIO DE FÍSICA. Física II. Actividad experimental No.2. Características de los fluidos, presión y gasto

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1 Área de Ciencias Naturales LABORATORIO DE FÍSICA Física II ALUMNO(A): GRUPO: EQUIPO: PROFESOR(A): FECHA: CALIFICACION: Actividad experimental No.2 Características de los fluidos, presión y gasto EXPERIMENTO No. 1 Características de los fluidos. 1. OBJETIVO: Identificar las características de los fluidos a través de diversos experimentos 2. MATERIALES: Un gotero Un frasco Un vaso de precipitados de 250 ml Dos vasos de precipitados de 500 ml Una pipeta graduada Un trípode o trípie metálico Un mechero Bunsen Una tela de alambre con asbesto Una manguera de hule de 60 cm Una lata de refresco Un frasco de vidrio de boca ancha Papel grueso o cartoncillo que cubra totalmente la boca del frasco de vidrio 3. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: Manual de prácticas de física. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 2. Carlos Gutiérrez Aranzeta. Mc. Graw Hill. Física 2; el gimnasio de la mente. Slisko, Josip. Pearson Física General. Héctor Pérez Montiel. Publicaciones Cultural. Fundamentos de Física. Serway y Faughn. Thomson. 1

2 4. ASPECTOS TEÓRICOS: Características de los fluidos. SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR El agua, el aceite, la leche, el aire y el gas butano son ejemplos de fluidos. En general podemos afirmar que todos los líquidos y los gases son fluidos. Un fluido es una sustancia cuya forma se adapta a la del recipiente que lo contiene. Esto se debe a que las fuerzas que mantienen unidas a sus moléculas no son tan intensas como las que existen entre las moléculas de un sólido. La hidráulica es una rama de la mecánica que se encarga del estudio de los fluidos y sus aplicaciones, se clasifica en hidrostática que se encarga del estudio de los fluidos en reposo y en hidrodinámica que estudia a los fluidos en movimiento. Existen algunas otras características de los fluidos que se describen a continuación: Densidad. Es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo. Tensión superficial. Se define como la fuerza por unidad de longitud que actúa a lo largo de una línea cuando se estira la superficie del líquido. Cohesión. Es la atracción que existe entre las moléculas de una misma sustancia. Adhesión. Es la fuerza de atracción entre moléculas de diferentes sustancias. Capilaridad. Es el ascenso de un líquido en el interior de un tubo o conducto, la capilaridad se debe a que la fuerza de adhesión entre las moléculas del líquido y del recipiente es mayor que la fuerza de cohesión entre las moléculas del líquido. Peso específico. Es la relación del peso y el volumen de un cuerpo. Presión. Es la fuerza ejercida por unidad de área. 2

3 5. PROCEDIMIENTO: SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR 1. Con un gotero pasa cinco gotas de agua de un frasco a un vaso de precipitados de 250 ml. Observa cómo funciona el gotero. 2. Pon agua a un vaso de precipitados más o menos hasta la cuarta parte de el. Ahora, mediante una pipeta graduada, mide 10 cm 3 de agua y vacíalos a otro vaso de precipitados. Observa cómo funciona la pipeta. 3. Mediante un trípie metálico eleva unos 20 cm sobre la mesa un vaso de precipitados de 500 ml lleno de agua. Al succionar con la boca el aire de una manguera de hule, pasa toda el agua del vaso de precipitados a otro de la misma capacidad colocado sobre la superficie de la mesa como se observa en la figura. 3

4 4. Agrega unos 5 cm 3 de agua a una lata de aluminio vacía de refresco e intenta sellar con lo que queda de la tapa. Posteriormente ponla a calentar mediante un mechero de Bunsen y un trípode metálico. Cuando hierva el agua y salga vapor de la lata, con cuidado para no quemarte y suspende el calentamiento, voltea súbitamente la lata en un recipiente con agua fría. Observa que le sucede al bote. 4

5 6. CUESTIONARIO: Con ayuda de las fuentes bibliográficas indicadas en esta práctica, tus apuntes de clase y los experimentos realizados, da respuesta a las preguntas siguientes. 1. Explica cómo funciona el gotero? 2. Explica cómo funciona la pipeta? 3. Describe cómo funciona un popote al beber un refresco: 4. Qué le sucedió a la lata de refresco al enfriarse bruscamente? Por qué? 5

6 EXPERIMENTO No 2. Determinación de la viscosidad. 1. OBJETIVO: Determinar la viscosidad de algunos líquidos. 2. MATERIALES: 3 probetas de 500 ml 400 ml de aceite 400 ml de glicerina 400 ml de agua 3 canicas Hilo cáñamo Regla de 30 cm 3. ASPECTOS TEÓRICOS. Viscosidad. Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye. Por tal motivo la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. La unidad de viscosidad en el sistema internacional es el poise, que se define como la viscosidad que tiene un líquido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto, cuya velocidad respecto a la superficie es de un metro por segundo. 5. PROCEDIMIENTO. 1. Colocar 400 ml de agua en una probeta. 2. Determinar la masa de cada canica empleando una báscula y transformar las cantidades en gramos a kilogramos. 3. Medir con la regla la longitud que alcanzan los 400 ml de agua contenidos en la probeta, registrar los datos en la tabla de resultados en metros. 6

7 4. Atar una de las canicas con un trozo de hilo cáñamo o un poco de cinta adhesiva y dejarla caer a través del agua que está dentro de la probeta y en ese instante determinar el tiempo que tarda en llegar al fondo. Repetir dos veces el procedimiento. 5. Repetir los pasos 1 al 4 pero ahora utilizando glicerina y posteriormente aceite comestible. 6. Completar la tabla de resultados con los datos obtenidos. 6. Reporte de resultados. Líquido Masa de la canica en kg Altura de la columna de líquido en m Tiempo de caída de la canica en s Valor de la viscosidad en Poise 7

8 EXPERIMENTO 3. GASTO Y VELOCIDAD DE SALIDA. 1. OBJETIVO: Determinar la presión hidrostática, el gasto y la velocidad de salida de un líquido, a través de experimentar a distintas profundidades, para realizar cálculos que permitan relacionar la presión con el gasto del volumen desalojado. 2. MATERIALES: 1 Envase de cartón o lata de aluminio de un litro 1 Probeta graduada de 500 ml. 1 Clavo de 1 pulgada 1 Cronometro 1 Trozo de cinta adhesiva 1 Regla graduada 1 Marcador permanente 1 Vaso de precipitado de 200 ml 1 Franela 3. ASPECTOS TEÓRICOS. Todo líquido contenido en un recipiente origina una presión sobre el fondo y las paredes del mismo. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce en un área determinada. A dicha presión se le denomina presión hidrostática, ésta aumenta conforme es mayor la profundidad. La presión hidrostática (Ph) en cualquier punto puede ser calculada multiplicando la densidad de la sustancia por la gravedad y la altura; también se puede calcular como el producto del peso específico (Pe) del líquido por la altura (h) que hay desde la superficie libre del líquido al punto considerado. Matemáticamente se expresa así: Dónde: P H = ρ g h ó bien P H = e h P H : Presión hidrostática en N/m 2 ; h: Altura o profundidad en m ρ: Densidad del líquido en kg/m 3 ; e: Peso específico del líquido o sustancia en N/m 3 En esta actividad trataremos de relacionar la presión hidrostática con el gasto del volumen desalojado por un líquido, así como con la velocidad de salida, a través de la experimentación, para aplicar algunas expresiones matemáticas. 8

9 4. CUESTIONARIO: SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR 1) A qué se le denomina presión hidrostática? 2) A qué se debe la presión que ejerce un líquido sobre el recipiente que lo contiene en un área determinada? 3) Escribir la expresión matemática para calcular la presión hidrostática. 4) Describe que representa cada una de las variables de la expresión matemática de la pregunta anterior y en que unidades. 9

10 5. PROCEDIMIENTO: SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR a) A un envase de cartón de un litro de capacidad, hacerle con un clavo tres orificios del mismo tamaño a diferentes alturas, como se observa en la siguiente figura. Tapar los orificios con cinta adhesiva y llenar totalmente con agua el envase de cartón. Retirar una por una la cinta adhesiva y observar como es la salida del agua por cada orificio. Anotar dónde sale con mayor y menor velocidad y cuál es la causa. b) Tapar nuevamente los orificios y volver a llenar con agua el envase de cartón. Destapar únicamente el orificio con menor profundidad y recibir en la probeta graduada el líquido desalojado durante 10 segundos. Medir el volumen desalojado y determinar el gasto con la expresión G = V/t, Dónde: V= volumen t = tiempo G = gasto Registrar los datos en la tabla de resultados. c) Tapar una vez más los orificios, llenar nuevamente el envase con agua, destapar solamente el orificio de en medio y recibir con la probeta el líquido desalojado durante 10 segundos. Calcular el gasto con la expresión G = V/t anotar los datos. d) Repetir el paso anterior, pero ahora únicamente destapando el orificio de la parte superior. Sugerencia: relacionar el gasto con la profundidad del orificio y con la presión hidrostática. 10

11 e) Medir la altura que hay en cada uno de los orificios y determinar la presión hidrostática en cada uno de ellos, cuando el envase está totalmente lleno de agua. Para ello aplicar la formula siguiente: P H = ρ g h. Anotar los resultados f) Aplicar la expresión matemática del teorema de Torriceli y calcular con que velocidad en m/s sale el agua en cada uno de los orificios cuando el envase de cartón está totalmente lleno de agua. Con base en los resultados determinar en cuál de los tres orificios es mayor la velocidad del líquido e indicar como varía la velocidad con respecto a la presión hidrostática. 6. RESULTADOS Tabla Nº 1 Orificio Superior Volumen obtenido en 10 segundos Altura (m) Presión hidrostática (N/m 2 ) Medio Inferior Tabla Nº 2 Orificio Superior Volumen (L) Gasto y velocidad de salida Tiempo Gasto (s) (L/s) Altura h (m) Velocidad (m/s) Medio Inferior 7. CONCLUSIONES: Discutir en equipos y posteriormente de manera grupal los resultados de los experimentos realizados, así como las posibles aplicaciones cotidianas e industriales de los conceptos estudiados. 11