ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UNA BURBUJA DE AIRE MIDIENDO DESPLAZAMIENTOS Y TIEMPOS J, Aguirre B1, R. Méndez A 2, M. Fernández I. 3 Escuela de Ingeniería Civil 1,2,3. niversidad !aci"nal de #ru$ill". $aguirre%&'"()ail.c"), r"%er(")a&'"()ail.c"), r"%er(")a&'"()ail.c"), )ariela*i&+a'"".es. )ariela*i&+a'"".es.
RESUMEN El "%$e(iv" de es(e (ra%a$" *ue es(udiar el )"vi)ien(" de una %ur%u$a de aire den(r" de un (u%" de vidri" c"n agua a ar(ir de la ecuaci-n ue relaci"na l"s deslaza)ien("s + (ie)"s de su )"vi)ien(". /e regis(r- l"s (ie)"s ue (ard- la %ur%u$a al )"verse a l" larg" del (u%" de vidri" ara seis deslaza)ien("s di*eren(es. 0aciend" us" del )é("d" grá*ic" se c"ns(ru+- la ecuaci-n e)írica ue relaci"na el deslaza)ien(" + el (ie)", la cual resul(- ser, ( , 4, es(" )ues(ra ue 'a+ una relaci-n direc(a + lineal en(re el (ie)" + su deslaza)ien(", es decir, la %ur%u$a realiz" un )"vi)ien(" rec(ilíne" uni*"r)e 5M.R..6, c"n una vel"cidad, v 1,71 c)8s. 9ala%ras clave: Ense;anza de la *ísica, %ur%u$a de aire, M"vi)ien(" rec(ilíne" uni*"r)e.
1.
INTRODUCCIÓN El )"vi)ien(" 'a sid" )"(iv" de es(udi" desde la an(ig6 a la *ísica )ecánica + rincial)en(e a la cine)á(ica, a"r(es ue s"n '"+ día le+es del )"vi)ien(" de l"s cuer"s? "dría)"s a*ir)ar ue =alile" *ue el adre de la cine)á(ica? +a ue *ue el ri)er" en de*inir + de)"s(rar las relaci"nes del )"vi)ien(", sin i)" i)"r( r(ar ar las las caus causas as del del )is)" )is)",, a (rav (ravés és de rela relaci ci"n "nes es )a(e )a(e)á )á(i (ica cas. s. /eg@ /eg@n n =alil =alile" e" l"s l"s )"vi)ien("s se ueden clasi*icar de acuerd" c"n las carac(erís(icas de su vel"cidad 5F. /ears, M. e)ans+, 0. "ung, R. Freed)an6.
BURBUJA DE AIRE EN AGUA
es una eue;a can(idad de aire a(raada den(r" de un
reciien(e ue c"n(iene agua + ue (iene la *"r)a es*érica de%id" al euili%ri" en(re las *uerzas de (ensi-n suer*icial resen(es en la suer*icie líuida + ue (ra(an de )ini)izar la suer*icie líuida ue encierra al aire + la *uerza de resi-n del aire encerrad" ue (iende a e4andirla. na %ur%u$a %ur%u$a de aire aire den(r" den(r" de agua agua realiza realiza un )"vi)i )"vi)ien( en(" " de ascens" ascens" c"n )"vi)i )"vi)ien(" en("
rec(ilíne" uni*"r)e (ra(and" de alcanzar la suer*icie del líuid", de%id" al euili%ri" de las *uerzas ue ac(@an s"%re la %ur%u$a? las *uerzas de resi-n ue e$erce el líuid" s"%re la %ur%u$a, el es" de la %ur%u$a + la *uerza de visc"sidad en(re el agua + la %ur%u$a 59. A. #iler + =. M"sca6
MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (M.R.U.) El movimiento es rectilíneo y uniforme cuando en todo instante el vector velocidad (módulo, dirección y sentido) permanece constante. Al n" 'a%er variaci-n en la vel"cidad,
la aceleraci-n n" e4is(e 5 a 6, + la partícula recorre distancias iguales en tiempos iguales
(Ra+)"nd A. /era+6. a vel"cidad se de(er)ina a ar(ir de la siguien(e relaci-n: v 48 ( G"nde, 4 es el deslaza)ien(" + ( el (ie)". ueg", ( 518v6 4 a grá*ica del (ie)" en *unci-n del deslaza)ien(" se )ues(ra en la *igura 1. (
( 48v
D
(anD 18v 4
Fig. 1. =rá*ica del (ie)" en *unci-n del deslaza)ien(" en el M.R..
El "%$e(iv" de és(a rác(ica *ue es(udiar el )"vi)ien(" de una %ur%u$a de aire a(raada den(r" de un (u%" de vidri" cerrad" + llen" de agua, c"n el r"-si(" de c"ns(ruir la ecuaci-n e)írica de la relaci-n en(re el (ie)" + el deslaza)ien(" de su )"vi)ien(".
2.
MATERIAL Y MTODOS 2.1 O!"#$% &# #'$&i% 9ara es(e es(udi" se *"r)- una %ur%u$a de aire de ar"4i)ada)en(e 1 c) de diá)e(r" den(r" de un (u%" de vidri" cerrad" llen" de agua. El (u%" cilíndric" de vidri" inicial)en(e cerrad" s"l" en un e4(re)" *ue de 1 ) de l"ngi(ud 5 1)6 + H c) de diá)e(r", el cual se llen- de agua + lueg" se cerr- 'er)é(ica)en(e c"n una (aa de $e%e + cin(a aislad"ra.
2.2 I*'$+,#*$a-i* /e us- un cr"n-)e(r" digi(al 5J.M.E.6 ara el regis(r" del (ie)" 5u ,1 s6 + una cin(a )é(rica /(anle+ =A1K 5u 1 ))6, ara la )edici-n de l"s deslaza)ien("s.
2./ M0$%&%' $0-*i-a' /e u%ica el (u%" de vidri" c"n la %ur%u$a en "sici-n '"riz"n(al s"%re la )esa de (ra%a$". Al levan(ar un" de l"s e4(re)"s del (u%", la %ur%u$a se u%ica en el e4(re)" )ás al(". Al %a$ar 'as(a la suer*icie de la )esa el e4(re)" d"nde se u%ic- la %ur%u$a, és(a se )ueve a l" larg" del (u%". En nues(r" es(udi", )ien(ras la %ur%u$a se )ueve, el (u%" de vidri" )an(uv" una inclinaci-n c"ns(an(e, l" cual se c"nsigue a"+and" el e4(re)" 'acia d"nde llegará la %ur%u$a en una %ase de )adera, c")" se )ues(ra en la *igura 2. a %ase de )adera (iene una al(ura de L c), lueg", la inclinaci-n del (u%", D sen 1 5'86 H,N.
P
(u%" de vidri" c"n agua
4? ( %ase de )adera
%ur%u$a de aire
? (
Fig.1. Bur%u$a de aire )"viénd"se den(r" de (u%" de vidri" c"n agua /e regis(r- (res veces el (ie)" ue (ard- la %ur%u$a en deslazarse 1, 2, 3, H, + > c).
/.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la (a%la 1, se )ues(ran l"s val"res de deslaza)ien("s + (ie)"s, ara el )"vi)ien(" de la %ur%u$a.
Ta!a 1. Oal"res de (ie)" + deslaza)ien(" en el )"vi)ien(" de la %ur%u$a? ( es el (ie)" r")edi" ara cada deslaza)ien(".
!
4 5c)6
(a5s6
( %5s6
(c5s6
(5s6
1 2 3 H >
1, 2, 3, H, , >,
,7 1,13 1,>> 2,21 2,L 3,27
,L 1,11 1,> 2,2 2,L3 3,2K
,7 1,12 1,>L 2,1K 2,LH 3,2>
,7 1,12 1,>> 2,2 2,LH 3,27
En la *igura 2 se )ues(ra la grá*ica de la relaci-n en(re el (ie)", ( + el deslaza)ien(", 4, de la %ur%u$a.
=rá*ica ( Os 4
B , s8c)
Q( 1,1 s
Q4 2 c)
Ecuaci-n E)írica: ( , 4 Escala: P? c) 2 c) #? 1 c) 1 s
Fig.2 grá*ica de la relaci-n en(re el (ie)", ( + el deslaza)ien(", 4, de la %ur%u$a.
A ar(ir de la grá*ica se encuen(ra ue la ecuaci-n e)írica ue g"%ierna el )"vi)ien(" de la %ur%u$a es: ( , 4
536
a ecuaci-n 536 n"s )ues(ra ue la relaci-n en(re el deslaza)ien(" + el (ie)" es una *unci-n lineal + "r (an(" la ar(ícula se )ueve c"n vel"cidad c"ns(an(e. En la ecuaci-n e)írica, el invers" de la endien(e reresen(a el val"r de la vel"cidad de la %ur%u$a: O 18 B 1, 71 c)8s
3.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A ar(ir de la grá*ica de la *igura 2, c"nclui)"s ue la relaci-n en(re el (ie)" + el deslaza)ien(" en el )"vi)ien(" de la %ur%u$a, es lineal + "r (an(" la %ur%u$a realiza un )"vi)ien(" rec(ilíne" uni*"r)e 5M.R..6. a %ur%u$a en ("d" su )"vi)ien(" )an(uv" una vel"cidad c"ns(an(e de 1,71 c)8s. /e rec")ienda ree(ir el e4eri)en(" ara di*eren(es inclinaci"nes del (u%" de vidri" + en di*eren(es líuid"s.
4.
REFERENCIAS BIBLIOGR5FICAS
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