UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II

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1 UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II LABORATORIO DE FÍSICA CICLO: AÑO: Laboratorio: 06 Laboratorio 06: DINÁMICA DE LOS FLUIDOS I. OBJETIVOS General Comprobar experimentalmente la Ley de Torricelli como una aplicación de la ecuación de Bernoulli en el vaciado de un depósito. Específicos Establecer el tipo de relación que existe entre la Altura (H) y el Tiempo (t) de vaciado de un depósito. Representar el comportamiento de la altura (H) respecto al tiempo (t) en un gráfico H vrs t Representar el comportamiento de la altura respecto al tiempo (t) en un grafico vrs t Obtener la ecuación experimental que relaciona la altura H y el tiempo t Obtener la ecuación experimental que relaciona la altura y el tiempo t II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La Dinámica de Fluidos es una parte de la Física que estudia los fluidos en movimiento. Su estudio se basa en dos leyes fundamentales: Ley de la conservación de la Masa (ecuación de Continuidad) y Ley de conservación de la Energía (ecuación de Bernoulli). La ecuación de continuidad expresa que el producto del área por la rapidez del fluido en todos los puntos a lo largo de una tubería es constante para un fluido incompresible (densidad constante). Si el flujo es estable e incompresible se puede escribir: (Ec.1) Donde el producto unidad de tiempo., se llama Flujo Volumétrico, Caudal o Gasto (R) y tiene las dimensiones de volumen por La ecuación de Bernoulli se aplica a un fluido ideal (estable, incompresible, no viscoso, no rotatorio) entre dos puntos de una misma línea de corriente. Así escribimos, en forma general: (Ec. 2) Cada uno de estos términos tiene unidades de presión y representa energía por unidad de volumen, expresada en (J/m 3 ) en el S.I. La suma de la presión, energía cinética por unidad de volumen, y la energía potencial por unidad de volumen, tiene el mismo valor en todos los puntos a lo largo de una línea de corriente para un fluido ideal. Figura 1: Vaciado de un deposito abierto a la atmósfera. Una aplicación importante de la dinámica de los fluidos es el fenómeno conocido como Ley de Torricelli, que consiste en aplicar la ecuación e Bernoulli entre dos puntos dentro del fluido para determinar la rapidez de desagüe de un líquido a través de un orificio a una distancia H bajo la superficie libre del líquido tal como se muestra en la figura 1. Dinámica de Fluidos Pág. 1

2 Aplicando Bernoulli entre los puntos 1 y 2, tenemos: (Ec. 3) El flujo volumétrico correspondiente será: (Ec. 4) III. TAREA PREVIA 1.) Definir los siguientes términos: Fluido Flujo estacionario Flujo Turbulento Caudal Ecuación de Continuidad Principio de Bernoulli 2.) Investigar: Enunciado de la Ley de Torricelli 3.) Se recomienda resolver problemas de dinámica de fluidos haciendo uso de la bibliografía sugerida en la teoría. IV. MATERIALES Y EQUIPO Cantidad Material/Equipo 1 Frasco de Mariotte 1 Tubo de vidrio 1 Tapón de Hule 2 Tapón con orificio 1 Agua 1 Cubeta de Plástico 1 Cronómetro 1 Cinta Métrica V. PROCEDIMIENTO PARTE A: VACIADO DE UN DEPÓSITO, VELOCIDAD DE SALIDA CONSTANTE (H vrs t) a) Llenar el frasco de Mariotte con agua hasta una altura H de 12 cm b) Colocar el tubo de vidrio con el tapón de hule agujerado en el frasco (asegúrese de que acoplen bien). Asegúrese de que el extremo inferior del tubo quede por debajo de la superficie del nivel de agua. c) Medir la altura h0 tomando como referencia el plano de la mesa. d) Deje escapar ahora el agua por el agujero inferior del frasco de Mariotte y medir el tiempo que tarda la superficie del agua en llegar al extremo inferior del tubo en la marca h0 (Ver Figura 2) Figura 2: Frasco de Mariotte cerrado a la atmósfera con velocidad de salida constante. Dinámica de Fluidos Pág. 2

3 e) Repetir el mismo proceso para alturas H de 11,, 9 cm.y así sucesivamente hasta que la altura H sea igual a h0 f) Trasladar los datos de tiempo y altura en la tabla 1. Altura H (cm) Tiempo t (s) Medida de h0: (cm). TABLA 1 PARTE B: VACIADO DE UN DEPOSITO, VELOCIDAD DE SALIDA VARIABLE ( vrs t) a) Con el frasco de Mariotte sin tapón superior (es decir, abierto a la atmosfera), llenar hasta una altura H de 12 cm. b) Dejar escapar el agua por el agujero inferior del frasco de Mariotte y medir el tiempo que tarda la superficie del agua en llegar hasta el agujero inferior del frasco. c) Repetir el mismo proceso para alturas H de 11,, 9 cm.y así sucesivamente hasta que la altura H sea igual a h0 d) Al terminar de tomar los tiempos, mida la altura h0 a partir de la base del frasco hasta el centro del orificio de salida inferior. e) Trasladar los datos de tiempo y altura en la tabla 2. Medida de h0: (cm). Altura H (cm) Altura Tiempo t (s) Figura 2: Frasco de Mariotte abierto a la atmósfera con velocidad de salida variable. Nota: TABLA 2 Una vez terminada la toma de datos, limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse. Dinámica de Fluidos Pág. 3

4 VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS PARTE A: Vaciado con Velocidad de Salida Constante. 1.) Presente la tabla 1 en su reporte (dejar constancia de cálculos de ser necesario) 2.) Con los valores de la tabla 1, construya en papel milimetrado el grafico H vrs t 3.) De acuerdo al gráfico anterior, cuál es el tipo de proporcionalidad que existe entre H y t? 4.) Utilice el método de regresión que considere conveniente para determinar la ecuación experimental que relaciona a H y t. (no olvidar constancia de cálculos y unidades).) De acuerdo a la ecuación experimental, qué significado físico (si es que lo posee) tiene la constante de proporcionalidad? Cuál es el valor de dicha constante? Y cuáles son sus unidades? 6.) De acuerdo a la ecuación experimental, existe intercepto?, de ser así, Cuál es el valor de dicho intercepto? Qué representa? Cuáles son sus unidades? Explique y justifique su respuesta. PARTE B: Vaciado con Velocidad de Salida Variable. 7.) Presente la tabla 2 en su reporte (dejar constancia de cálculos de ser necesario) 8.) Con los valores de la tabla 2, construya en papel milimetrado el grafico vrs t 9.) De acuerdo al gráfico anterior, cuál es el tipo de proporcionalidad que existe entre y t?.) Utilice el método de regresión que considere conveniente para determinar la ecuación experimental que relaciona a y t. (evidencia de cálculos y unidades) 11.) De acuerdo a la ecuación experimental, qué significado físico (si es que lo posee) tiene la constante de proporcionalidad? Cuál es el valor de dicha constante? Y cuáles son sus unidades? 12.) De acuerdo a la ecuación experimental, existe intercepto?, de ser así, Cuál es el valor de dicho intercepto? Qué representa? Cuáles son sus unidades? Explique y justifique su respuesta. 13.) Elabore conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la práctica. Dinámica de Fluidos Pág. 4

5 Departamento de Ciencias Básicas Laboratorios de Física y Química NOTA: HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES. Asignatura: Física II Nombre de la Practica: Dinámica de Fluidos DOCENTE: Fecha: / / G.L.: Miembros del grupo: No Apellidos Nombres Carnet Firma G.T No Aspectos a Evaluar %Asig %Obten Observaciones 1 Presentación (Limpieza, orden, coherencia) 2 Tablas 1 y 2 (Completas, orden) 3 Grafico H vrs t en papel milimetrado (Aseo, Titulo, nombres de ejes, unidades, puntos de dispersión, línea de tendencia, escala) 4 Explicó el tipo de relación de proporcionalidad entre H y t Utilizó el método de regresión más adecuado para construir la ecuación experimental que relaciona H y t. Constancia de cálculos y unidades. Explicó el significado físico de la constante de proporcionalidad, determinó el valor de dicha constante y sus unidades. Explicó y justificó si existe intercepto, qué representa, determinó su valor y unidades. Grafico vrs t en papel milimetrado (Aseo, Titulo, nombres de ejes, unidades, puntos de dispersión, línea de tendencia, escala) Explicó el tipo de relación de proporcionalidad que existe entre vrs t Utilizó el método de regresión más adecuado para construir la ecuación experimental que relaciona vrs t. Constancia de cálculos y unidades. Explicó el significado físico de la constante de proporcionalidad, determinó el valor de dicha constante y sus unidades. Explicó y justificó si existe intercepto, qué representa, determinó su valor y unidades. 13 Elaboró las conclusiones TOTAL DE PUNTOS 0 Dinámica de Fluidos Pág.