UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Ambiental y de Recursos Naturales
INFORME DE LABORATORIO
HIDROSTÁTICA CURSO:
Física II
PROFESOR : De la Cruz Cruz, Miguel Ángel INTEGRANTES:
Serrano Córdoba, Miguel
Lozano Valencia, Joseph
Teccsi Prado, Bryan Alfredo
Flores de la Cruz, Brayan
Bailón Candeira Julio
Makalupu Ancco Miguel
Ramírez Rodríguez Rolando
2018
INTR ODUCCIÓN La inmensa mayoría de los materiales presentes en la Tierra se encuentran en estado fluido, ya sea en forma de líquidos o de gases. No sólo aparecen en dicho estado las sustancias que componen la atmósfera y la hidrosfera (océanos, mares, aguas continentales), continentales ), sino también buena parte del interior terrestre. Por ello, el estudio de las presiones y propiedades hidrostáticas e hidrodinámicas tiene gran valor en el marco del conocimiento del planeta. Según se cree, Arquímedes fue llamado por él el rey Herón de Siracusa, donde Arquímedes vivió en el siglo III A.C., para dilucidar el siguiente problema. Se cuenta que el rey Herón de Siracusa le había entregado a un platero una cierta cantidad de oro para con ella le hiciera una corona. Cuando estuvo terminada, se decía que el platero había sustituido una parte del oro por una cantidad equivalente de plata, devaluando con ello la corona y engañando, pues, al rey. El rey encargó a Arquímedes que descubriera si había sido engañado. El problema que Arquímedes debía resolver era determinar si el joyero había sustraído parte del oro o no, pero no podía romper la corona para averiguarlo. Así Arquímedes pensó arduamente cómo resolver el problema. Entonces se dice que qu e mientras se disponía a bañarse baña rse en una u na tina, en la que por error había puesto demasiada agua, al sumergirse en ella, parte del agua se derramó. der ramó. Arquímedes había resuelto el enigma planteado por Herón. El principio de Arquímedes dice que estando un cuerpo sumergido en un fluido, se mantiene a flote por una fuerza igual al peso del fluido. Este principio, también conocido como la ley de hidrostática, se aplica a los cuerpos, tanto en flotación, como sumergidos; y a todos los fluidos. El principio de Arquímedes también hace posible la determinación de la densidad de un objeto de forma irregular, de manera que su volumen no se mide directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el en agua, entonces; la diferencia de estos pesos peso s igualará el peso del volumen del agua cambiado de sitio, que es igual al volumen del objeto. Así la densidad del objeto puede determinarse prontamente, dividendo el peso entre el volumen.
FUNDAMENTO TEÓRICO La presión en un fluido es la presión termodinámica que interviene en la ecuación constitutiva y en la ecuación de movimiento del fluido, en algunos casos especiales esta presión coincide con la presión media o incluso con la presión hidrostática. Todas las presiones representan una medida de la energía potencial por unidad de volumen en un fluido. a. Presión: Se describe como presión al acto y resultado de comprimir, estrujar o apretar; a la coacción que se puede ejercer sobre un sujeto o conjunto; o la magnitud física que permite expresar el poder o fuerza que se ejerce sobre un elemento o cuerpo en una cierta unidad de superficie. b. Hidrostática: Es la rama de la mecánica que se especializa en el equilibrio de los fluidos. El término también se utiliza como adjetivo para referirse a lo que pertenece o está vinculado a dicha área de la mecánica. La presión hidrostática, por lo tanto, da cuenta de la presión o fuerza que el peso de un fluido en reposo puede llegar a provocar. Se trata de la presión que experimenta un elemento por el sólo hecho de estar sumergido en un líquido. El fluido genera presión sobre el fondo, los laterales del recipiente y sobre la superficie del objeto introducido en él. Dicha presión hidrostática, con el fluido en estado de reposo, provoca una fuerza fu erza perpendicular a las paredes del envase envas e o a la superficie del objeto. El peso ejercido por el líquido sube a medida que se incrementa la profundidad. La presión hidrostática es directamente proporcional al valor de la gravedad, la densidad del líquido y la profundidad a la que se encuentra.
=..ℎ+ Donde
: Presión hidrostática () : Gravedad (⁄2) : Densidad del líquido (⁄3) ℎ: Profundidad a la que se encuentra () : Presión atmosférica
Este tipo de presión es estudiada en varios campos. En el ámbito sanitario se habla también de lo que se conoce como presión hidrostática capilar para par a definir a aquella que se sustenta en el bombeo del corazón y que lo que hace es empujar la sangre a través de los vasos. Frente a ella está también la presión hidrostática intersticial que, por su parte, par te, es la que lleva a cabo el líquido líquid o intersticial, que es aquel que se encuentra alojado en el espacio que hay entre las células. Asimismo en este campo, también está la llamada presión osmótica capilar que es la que desarrollan las proteínas plasmáticas, empujan el agua hacia el interior del vaso en cuestión. Y finalmente nos encontramos con la presión osmótica intersticial, que también realizan aquellas proteínas pero que se define por una concentración más baja que la anterior.
Principio de Pascal En un fluido en equilibrio, la presión ejercida en cualquiera de sus puntos se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Esta ley, denominada Principio de Pascal, tiene múltiples aplicaciones prácticas y constituye la base teórica de la prensa hidráulica.
= 2 → = 22 → 2 = × 2 Principio de Arquímedes Todo cuerpo completamente sumergido desaloja un volumen de fluido igual a su propio volumen. En condiciones de equilibrio, un cuerpo sumergido sumer gido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical ascendente que es igual al volumen de líquido desalojado. Este enunciado se conoce como Principio de Arquímedes, y se expresa como:
=× × Para el cálculo de la presión absoluta en un punto del líquido se utiliza la siguiente ecuación:
= + : Presión manométrica : Presión atmosférica Donde la presión hidrostática se calcula mediante la siguiente expresión con las unidades del sistema internacional.
= × × ℎ
PARTE EXPERIMENTAL Actividades: Cálculo de la densidad del agua y la presión atmosférica Materiales:
Probeta de 100ml
Sensor de presión absoluta
Soporte universal
Cinta adhesiva
Tijeras
Tubo delgado de vidrio
Manguera delgada de plástico
Cacle conector
Software Data Studio
Agua
Lapicero o marcador negro
Regla
Procedimiento: 1. Armado del sistema: a. Unir la manguera y el tubo, de igual longitud, en paralelo, tal que los inicios estén al mismo nivel. Encintando desde un extremo hasta la mitad. b. Realizar marcas con lapicero o marcador sobre la cinta. Con ayuda de una regla hacemos las marcas a una distancia de 1 cm cada una. c. La manguera se une al sensor de presión alta por el extremo no encintado. d. Luego este sensor es unido a un cable conector, el cual ira unido a la interface. e. El sensor se sujeta a la barra del soporte universal. f. En la pinza del soporte universal ubicamos la manguera y el tubo. g. Llenamos tres cuartos de la probeta con agua y lo ubicamos debajo de la pisa, para que el tubo y la manguera puedan ser introducidas en el agua. 2. Encendemos la computadora y la interface. 3. Abrimos el programa Data Studio y seleccionamos la opción “crear experimento”. 4. Activamos el sensor de presión absoluta.
5. Realizamos la lectura de las presiones en kilo pascales de la siguiente manera: a. Ponemos al ras de la superficie del agua el tubo u la manguerita. b. Activamos el sensor con “INICIO”. Dejamos que lectura por unos segundos. c. Seleccionamos un intervalo y seleccionamos la media. d. Descendemos los tubitos hasta la segunda marca. Repetimos el experimento con las diez marcas. Tabla 1: Datos obtenidos de cada medición experimental Numero de mediciones Presión (103 Pa) Profundidad (m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
101.952
102.045
102.057
102.109
102.265
102.432
102.535
102.542
102.554
102.623
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Tabla 2: Datos para usar en la recta por regresión lineal. 3
Pendiente (A) Intersección (B)
8.16485x 10
3
101.86233x 10
Cálculos: Densidad experimental y presión atmosférica experimental:
Con los datos de la Tabla 1 se introducen en un gráfico dentro de Data Studio en la opción “Crear experimento”.
En el eje “X” la profundidad y en el eje “Y” las presiones. p resiones.
En la herramienta “Mostrar estadísticas “Mostrar estadísticas seleccionadas”, hacer clic izquierdo en “Media ”.
Aparece un cuadro donde aparece la pendiente e intersección de valores de la tabla 2.
Usamos la relación de la recta Presión (P) vs. Profundidad (h) :
Por característica de las restas : o
=ℎ+
Pendiente: A = → 8.16485x 103= ρ (9.78 m/s2). Donde gravitatoria.
: aceleración
→ 834.8517382 = (densidad experimental) o
Intersección: B = Patm → 101862.33 = Patm (presión atmosférica experimental)
Cálculo del error: Tabla 3: Datos teóricos
Densidad del agua ( kg/m3) Presión atmosférica (Pa)
Error
1000 3
101x10
: = → % = − ×100 : = → % = | |×100
Usando los datos de las tablas 3 y los valores de los cálculos previos de la densidad y presión atmosférica experimental resultan estos valores: Tabla 4: Resultados del error en la densidad d ensidad y presión atmosférica Error Absoluto Porcentual
Análisis
Valor experimental
Valor Teórico
Densidad Volumétrica (kg/m3)
834.852
1000
105.148
16.5148
Presión atmosférica (103 Pa)
101862.33
101000
862.33
0.854
CUESTIONARIO 1. E xplique pli que el funci f unci ona onam mi ento de de un baróm baróme etro, tr o, manóm manóme etro tr o
-
Un barómetro es un instrumento que mide la presión del aire, él utiliza el mercurio, que reacciona a la presión del aire del mismo modo que reacciona a la temperatura en un termómetro, por su elevación o caída en un tubo delgado de vidrio. Un barómetro de mercurio funciona gracias a la compensación de presión pr esión existente entre el mercurio en el recipiente grande y dentro del tubo. Es por lo tanto, que a medida que aumenta la presión atmosférica, el peso del aire que esta sobre el mercurio del recipiente impulsa o potencia el mercurio para hacerlo llegar más arriba del tubo. Y cuando la presión cae o baja, el aire se vuelve más ligero, y el mercurio en dicho recipiente ejerce una menor fuerza en el tubo, permitiendo así que el nivel caiga.
-
Un manómetro es un instrumento de medida de la presión en fluidos. Miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamado, presión manométrica. Lo que realmente hacen es comparar la presión atmosférica (la de fuera, la atmósfera) con la de dentro del circuito por donde circula al fluido. Por eso se dice que los manómetros manóme tros miden la presión relativa. El funcionamiento básico del manómetro se basa en el tubo de Bourdon, el cual se basa en un tubo enrollado, donde un extremo está cerrado, y otro se conecta al fluido al cual se le desea medir la presión. El fluido al ingresar al tubo genera una fuerza que hace que el tubo se empiece a desenrollar. Este movimiento al desenrollarse el tubo hace mover una aguja, la cual indica que valor de presión posee el fluido en una escala adecuada.
2. E xplique pli que el pri pri ncipio nci pio de los vasos vasos com comunica uni cante ntes. s.
-
Se llama "vasos comunicantes" a un conjunto de recipientes que están comunicados por su parte inferior, sin importar la forma como en la siguiente figura: figur a:
Si en un conjunto de vasos comunicantes se vierte un líquido homogéneo cualquiera, y se deja en reposo, se observa que, sin importar la forma for ma o el volumen de los vasos, la superficie superior del líquido en todos ellos alcanza el mismo nivel. Este fenómeno f enómeno es conocido como "principio de los vasos comunicantes" y se explica teniendo en cuenta que en todos los puntos de la superficie del d el líquido la presión atmosférica atmosf érica es constante, así como la presión hidrostática a una profundidad dada, en el líquido, es siempre la misma. 3. ¿Qué ¿ Qué r egi strará strará mayor pe peso: so: un glob globo vacío o el mismo ismo glob globo lleno lleno de air e? E xpliqu xplique e.
El peso del globo inflado es igual al peso del globo vacío más el del aire encerrado en su interior. Si ambos lo colocamos en la balanza se notará que inclinara hacia el globo inflado, esto es una prueba de que el aire tiene un peso, incluso si es muy débil. Esto se da cuando el globo es inflado con la boca (mezcla (mezcla de CO2, más pesado que el aire).
* Si se infla el globo con un bombín de bicicleta, es decir, con aire del ambiente, el globo lleno de aire pesa lo mismo que el globo vacío, ya que al primero lo compensa el empuje de Arquímedes, y la compresión del globo sobre el aire que contiene tiene un efecto despreciable en la práctica. 4. ¿Por ¿ Por qué la pr esión sión atmosféri sféri ca no romp rompe los los vidrio idri os de las las venta ntana nass de una casa casa??
Porque la presión atmosférica se ejerce en todo sitio donde llegue el aire. Dentro de las habitaciones, existe conexión con el aire exterior y con él se transmite la presión atmosférica. Por tanto, en el vidrio de las ventanas ven tanas hay la presión de afuera afuer a hacia adentro y también de adentro hacia afuera, con lo que se equilibra sin producir ningún efecto. 5. ¿Por ¿ Por qué la pr esión sión de neum neumá áticos icos de un auto uto o cam camión es ligeram ligeramente nte más elev levada despué despuéss de que éste ha re r ecorr corr i do vari os ki lóme lómetros? tr os?
Porque la goma de los neumáticos, con el roce con el asfalto, hace que se eleve la temperatura interna del neumático (producida por la fricción del caucho) y esto a su vez calienta el aire que hay dentro de los neumáticos, lo que hace que suba la presión de los gases. 6. ¿Por ¿ Por qué dos equipos uipos de ocho chos cab caballos llos cad cada uno uno no pudieron separar los “hemisferios de Magdeburgo”?
En el experimento se pone un empaque de caucho entre entr e los dos discos de acrílico. Mediante una bomba de vacío (generada a partir de una jeringa y dos válvulas de paso) se retira gran parte del aire que qu e hay en el espacio generado por el empaque de caucho. Se encuentra que los discos quedan pegados. Si se halan las manijas se encuentra que para despegar despeg ar los discos es necesario realizar una fuerza enorme. Inicialmente, cuando no ha sido retirado el aire en el interior de los discos, se encuentra que estos pueden separarse sin problema porque la presión ejercida a cada lado de los discos es la misma: no hay una presión neta. Por P or otro lado, cuando se retira el aire del interior de los discos, aparece una presión neta que va desde los discos hacia el empaque de caucho. Es entonces muy difícil soltar los discos debido a que hay que hacer una fuerza que supere al producto entre la presión atmosférica y el área de los discos.
7. ¿Por ¿ Por qué una perso rsona na le cue cuesta sta mante ntenerse nerse de pi e despué spuéss de gi rar so sobre si mi mi smo smo?
- Se debe a que en el oído interno hay un líquido que mantiene el equilibrio del cuerpo además su nervio vestibulococlear del oído. Éste nervio envía señales al cerebro que controlan la audición (función auditoria) y ayudan con el equilibrio (función vestibular),cuando se está en movimiento circular este se desplaza los pelitos el líquido del oído interno que transmiten señales nerviosas al cerebro sobre la posición de la cabeza después de varios segundos de giros sobre el mismo eje. Los centros hápticos del cerebro captan datos opuestos entre sí: el oído interno informa que seguimos dando vueltas, mientras que los ojos informan que estamos parados. Para resolver tamaño conflicto, el cerebro asume que ambos informes, aunque contradictorios, son correctos: seguimos dando vueltas, pero no lo parece pues el mundo circundante está dando vueltas hacia la derecha al mismo tiempo que nosotros. 8. ¿Por ¿ Por qué una perso rsona na sient siente e una sens sensa ación ción de mareo reo cua uand ndo o se lev levanta nta r ápi damente nte de su cama?
Se debe a falta de regulación de riego sanguíneo del cerebro. Los más habituales son:
Bajada brusca de tensión: Conocida como hipotensión ortostática, se trata de un descenso breve, rápido y repentino de la presión arterial arter ial debido al cambio brusco de d e postura. Puede Pu ede llegar a llevar incluso a una pérdida del conocimiento. La hipertensión también puede producir mareos, aunque la sensación es diferente d iferente y no produciría desmayos.
Vértigo posicional: Se produce al incorporarse y con más intensidad al girar la cabeza hacia un lado. Conviene acudir a un otorrino porque puede haber alguna alteración en los centros de equilibrio regulados por el oído interno
9. Si una lat lata sin tapa sup super ior pr pr oced cedemos a llena llenarla rla de agua gua.. ¿ Qué ocurr curr i rá al agua si la lata lata está en caída caída libre li bre y titi ene un ag ag uje uj er o en en su base base inf inf er i or?
Cuando al principio cuando se realiza un agujero en la lata en la parte superior el chorro de agua tiene trayectoria parabólica en un tiro horizontal acierta altura por el cual de manera experimental coincide la velocidad teórica y experimental. Luego se deja caer la lata con el orificio abierto por el cual se observa que el chorro deja de salir. Para un observador inercial (situado en el suelo), el agua y el recipiente están en caída libre, bajo la influencia de la fuerza gravitacional. Al caer de la misma manera, el agua agua a la altura del orificio no experimenta la presión de la columna de agua por encima de ella y por lo tanto no presenta ninguna tendencia a ser expulsada ex pulsada del recipiente. En consecuencia, cons ecuencia, no puede ejecutar un movimiento horizontal y el chorro lateral no se forma. Para un observador no inercial (situado en el recipiente y está en la caída libre), en el sistema que cae el campo gravitacional inducido (debido al principio de equivalencia) «cancela» el campo gravitacional externo. De tal manera, en el sistema que cae el campo gravitacional efectivo se vuelve cero. En consecuencia, el agua no tiene peso y no es capaz de ejercer la presión hidrostática. En resultado es que el agua no n o sale del recipiente en forma de chorro. chor ro. 10. 10. Es sabido que toda presión ejerce una fuerza. ¿Por qué una persona “resiste” la presión atmosférica?
Porque las cavidades interiores del cuerpo que están llenas de aire, sangre y otros fluidos, se encuentran a la misma presión que la atmosférica y por lo tanto permanecen en equilibrio, tanto las presiones interiores como las exteriores y no lo notamos. Si la presión del cuerpo disminuye o aumenta, lo sentiremos de inmediato. 11. 11. ¿Qué ¿ Qué le ocur cur re a una bolsa de papas fri fr i tas o una mercanc rcancíí a empacad cada cua cuando ndo está stá en un avión avión antes antes y después después del del despeg despeg ue?
La bosa de papas fritas o cualquier otro empaque herméticamente sellado empieza a hincharse cuando al avión a alcanzado una gran altura y ocurre el proceso inverso cuando se está descendiendo para aterrizar. El grado de hinchazón depende directamente de la altitud a la que uno se encuentre.
La causa física de este fenómeno es la diferencia entre las presiones externa e interna al empaque. Las bolsas de patatas contienen aire atrapado en su interior a la misma presión que la presión atmosférica del lugar donde se fabricó. Como en ese lugar la presión dentro y fuera de la bolsa es la misma, el aire del interior empuja hacia fuera con la misma fuerza que el aire del exterior empuja a la bolsa. Con la altitud, la presión fuera de la bolsa se hace menor que la de dentro. Ahora el aire del interior es el que empuja con más fuerza y como consecuencia la bolsa se hincha. A medida que el el avión desciende las presiones en el interior y en el exterior se vuelven a igualar con lo que la bolsa se deshincha.
12. 12. Un automóvi automóvill pesado pesado con una una per persona sona adentr adentro o se sume sumerr g e en un lago lag o acci accide dentalme ntalmente nte y qued uedó sob sobre sus sus rued ruedas ¿ Qué debe ha hace cerr la per sona sona para salir salir de del auto uto?
Antes: Tener el cinturón de seguridad puesto. Para evitar un golpe que nos haga perder al conocimiento producto del impacto con el agua. Durante: o
Desabrochar el cinturón.
o
Bajar las lunas laterales lo antes posible, o romperlas con martillos que tengas puntas de diamante.
o
Si las ventanas se controlan por remoto, recordar que solo se tiene 3 minutos para que el sistema eléctrico deje de funcionar.
Después: Si no se logró escapar, esperar a que el automóvil se llene por completo de agua para que las presiones interna y externa a la cabina del auto se igualen.
13. 13. ¿Por ¿ Por qué los los muelle uelless se const nstr uye uyen con con pi lot lotes?
El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas. Unos de las razones por las que se usan pilotes en un muelle es cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel de suelo. Su construcción está especialmente indicada en los siguientes casos: • Cuando el terreno de cimentación tiene poca capacidad portante y/o es altamente
deformable. • En lugares donde se pretende disminuir la reflexión del oleaje. • En la construcción de pantalanes y Duques de Alba
14. 14. ¿Qué ¿ Qué es un sifón? sifón? De D escri scri ba algunas lgunas aplicacio licacione ness a la inge ing enier nier ía.
Un sifón es un dispositivo hidráulico que se utiliza para trasvasar un líquido de un recipiente a otro. Consiste simplemente en un tubo en forma de U invertida, en la que una de las ramas es más larga que la otra. Queremos trasvasar agua entre dos depósitos (vasos), uno más alto que el otro, hasta que se igualen los niveles de agua. El problema que se nos presenta es que necesitamos que el agua ascienda. Si le damos la vuelta al sifón y llenamos completamente de agua (o de fluido a trasvasar), tapamos los extremos, y los introducimos en cada uno de los recipientes, se comprueba que el agua fluye de un recipiente a otro, hasta que se igualan las alturas de los depósitos. Esto se da ya que los puntos a la misma altura tienen igual presión hidrostática. Estamos comunicando dos depósitos de distinta presión por lo que circulará del de mayor presión al de menor, hasta que el nivel de los fluidos se iguale. Aplicaciones: -
Para atravesar depresiones en el terreno. Aquí se utiliza la variante más antigua e donde se salva una tubería por la parte inferior del obstáculo. ob stáculo. No olvidar que esto se basa en los vasos
comunicantes, y tener en cuenta que el parte inferior puede existir mayor presión lo que conlleva al uso de materiales más resistentes en la fabricación de los conductos. -
En instalaciones hidráulicas en edificios: Actualmente, una aplicación común de los sifones es en los desagües de los aparatos sanitarios (fregaderos, lavabos, inodoros, etc.), para evitar que el mal olor de las materias en putrefacción del alcantarillado salga por el orificio de desagüe de los aparatos. El modelo más clásico (y el que mejor funciona hidráulicamente) consiste en un tubo en forma de «S» tumbada, de manera que, al desaguar el aparato, el agua llena las dos ramas del tubo, hasta el nivel de desagüe de la segunda, manteniendo un tapón de agua limpia que cierra la entrada de olores.
-
Como descargador de seguridad en canales: Aprovechando las características hidráulicas de los sifones invertidos, estos son más eficientes que los vertederos libres para descargar el agua que, por alguna maniobra equivocada aguas arriba, podría desbordarse de un canal provocando daños a las estructuras, por ejemplo, de canales de riego. Cuando el nivel del agua rebasa el máximo admisible, se llena el sifón, que empieza a descargar hasta que el nivel desciende hasta el considerado como normal, en cuyo momento entra aire en el conducto del sifón y se desceba.
15. 15. ¿Por ¿ Por qué la llav llave de caño cañoss de agua sue suelen len ser ser girat gi rato or i as y no en form forma a de esclus sclusa a?
Aunque sea más práctico, produciría daños en la tubería. Al cerrar bruscamente la corriente de agua, se provocaría una fuerte sacudida de toda la red de tuberías, el llamado golpe hidráulico, o golpe de ariete. Como el agua es elástica, aunque en grado ínfimo, cuando se cierra el grifo instalado en el extremo de una tubería larga, las partículas traseras trasera s empiezan a empujar las delanteras (que ya se han detenido), creando de esa manera una presión elevada; ésta, lo mismo que una ola ordinaria, viajará a gran velocidad (un poco menor que la de propagación del sonido en el agua) por toda la tubería de cabo a rabo. Al alcanzar el otro extremo (el tanque de presión, por ejemplo), la onda se reflejará hacia el grifo; de tal modo se producirá una serie de oscilaciones, esto son, elevaciones de presión que irán amortiguándose paulatinamente debido a la resistencia a la onda. No obstante, la primera de ellas será muy peligrosa no sólo en el extremo donde está instalado el grifo, sino también en el extremo opuesto de la conducción, próximo al tanque, puesto que podrá destruir fácilmente cualquier pieza o junta de menor resistencia. La presión de ariete que se crea en este caso, sobre todo la reflejada, podrá superar de 60 a 100 veces la presión hidrostática normal existente en la tubería.
16. P ara ara que que un auto g enere nere más más pote potenci ncia, a, ¿de ¿ debe be move moverr se en en un lugar lug ar de alta o baja baja altitud? alti tud?
Para empezar, todo motor de combustión interna, sea este a diésel o gasolina, necesita para su correcto funcionamiento, mantener una relación bastante exacta entre el combustible y el oxígeno del aire -necesario para quemarlo- lo que se denomina mezcla óptima. Estos autos de combustión interna, al subir a la altura, pierden fuerza, porque la presión del aire decrece y la calidad de oxígeno que llega a los pistones definitivamente es muy baja. Por esa razón se debe mover en un lugar de baja altitud. 17. se tie ti ene una ciste ci sterr na que que titi ene la mita mitad d de de volume volumen de g aso asolilina. na. A nalice nali ce lo que que ocur ocurrr e al nivel de la gasolina si la cisterna se mueve sobre una trayectoria recta con aceleración constante.
Suponga que el tanque con líquido (gasolina)), se acelera hacia la derecha, con dirección x positiva, a razón de ax. Con la ecuación de Euler Eule r se realiza un análisis cuantitativo adicional de la aceleración del tanque con líquido. Considere primero la aplicación de la ecuación a lo largo de la superficie del líquido A´B´, aquí la presión es constante P = Patm.
En consecuencia, ∂/∂l = 0. La aceleración a lo largo de A´B´ está dada por a = ax cos (α). De
aquí d/ dl (γz) = −Pax cos (α) donde la derivada total se utiliza porque las variables no cambian con el tiempo. El peso específico es constante, por lo tanto dz /dl = − ax cos (α) ρ pero dz/dl = −sen (α). Así se obtiene sen (α) = ax cos (α) g o tg(α) = ax g
18. ¿ qué es un tor tor nado? nado? C on un i nstrum nstr ume ento case caserr o di di señe señe un exper exper i mento para para ver ver la cre cr eación ación de tor tornado nado a baj baj a escalaescala-
Un tornado es una masa de aire con alta velocidad angular cuyo extremo inferior está en contacto con la superficie de la Tierra y el superior con una nube cumulonimbus o, excepcionalmente, con la base de una u na nube cúmulus. Se trata del fenómeno atmosférico
ciclónico de mayor densidad energética de la Tierra, aunque de poca extensión y de corta duración (desde segundos hasta más de una hora). Los tornados se presentan en diferentes tamaños y formas pero generalmente tienen la forma de una nube embudo, cuyo extremo más angosto toca el suelo y suele estar rodeado por una nube de desechos y polvo, al menos, en sus primeros instantes. La mayoría de los tornados cuentan con vientos que llegan a velocidades de entre 65 y 180 km/h, miden aproximadamente 75 metros de ancho, y se trasladan varios kilómetros antes de desaparecer. Para el experimento casero se siguió de esta página:
https://educaconbigbang.com/2015/05/como-hacer-un-tornado-con-dos-botellas-presiondel-aire/
Materiales: Dos botellas de plástico grandes. Funcionará mejor si son rígidas como las que se usan en las bebidas con gas. Cinta adhesiva ancha y tijeras. Barrena u otra herramienta para agujerear los tapones de las botellas.
Agua.
-
Procedimiento:
Haz un agujero en el centro de cada tapón. El tamaño de los agujeros estará comprendido entre 0,5cm y 1cm de diámetro aproximadamente.
Pon agua en una de las botellas hasta que esté casi llena.
Enrosca bien los tapones.
Coloca la botella vacía boca abajo sobre la que tiene agua.
Une las bocas de las botellas con varias vueltas de cinta adhesiva
Invierte el montaje de forma que el agua quede en la parte superior. Observa. El agua irá cayendo lentamente hacia la botella de abajo. En el proceso se formarán unas burbujas impresionantes Ahora vas a crear el tornado. Agarra la botella vacía (abajo) con una mano y con la otra la botella con agua (arriba). Mueve en círculos la botella superior hasta que con la rotación se cree un tornado. Observa bien. El agua caerá muy rápidamente pero tendrás tiempo de disfrutar del espectáculo.
Es normal que durante su funcionamiento se produzcan algunos escapes de agua. La cinta adhesiva no es suficiente para evitar que ocurran. 19. si dentro de un auto un niño sostiene de una cuerda un globo con helio ¿qué le ocurre al ni ño y al globo globo cuando el auto aceler acelera a y el el auto desaceler desacelera? a?
Cuando el coche da un frenazo, fr enazo, el globo de helio queda atrás. En E n el vacío, se mira hacia delante el globo. Los objetos que están en el coche, al no estar sujetos, no reciben la fuerza que actúa sobre él, y, por inercia, cuando el coche frena, siguen con la misma dirección y velocidad que llevaban (la misma con la que iba el coche al empezar a frenar). Sólo si están sujetos al coche, como lo estamos los pasajeros con el cinturón de seguridad (niño), podrán seguir en su lugar. El globo sostenido por el niño puede moverse en horizontal en la medida que su cuerda se lo permita. Tenemos pues compitiendo en su movimiento hacia delante: el aire y los globos. Caso del globo (inflado con helio). Es menos denso que él aire, ya que como vemos el niño debe sujetarlo para que no se escape hacia arriba. En su movimiento hacia delante el globo se mueven dentro del aire, el globo con helio que es menos denso se quedará atrás. Lo que nosotros veríamos dentro del coche en movimiento es ir hacia atrás el globo con helio. Si no n o hubiese prácticamente aire en el coche (vacío), ( vacío), el niño debe sostener el globo y como el globo de helio pues sería más denso que el aire; al frenar el coche, por inercia, se moverían hacia delante. 20. 20. ¿ Por qué las las pistas istas de aterr izaje izaje de avi onet netas y avi ones nes deben ser ser má más lar lar gas gas en com compar par aci aci ón con las pi pi stas stas de ate aterr r i zaj zaj e de de Li L i ma? 21. 21. ¿ Por qué un inge ing enier nier o u oper ari o que recié recién n llega llega a traba rabajar a una una mina en las las altura lturas, s, sufr sufre e de hem hemorr agi a na nasa sal? l? ¿ Qué se debe de ha hace cerr para am aminor inor ar sus sus efe efect cto os duran durantte su pr pr oceso ceso de acli cli matación? ción?
A medida que ascendemos, se produce una disminución dis minución progresiva de la presión atmosférica y también de la presión parcial de oxígeno en el aire que inspiramos. El oxígeno es esencial para la vida y su disminución brusca produce importantes alteraciones que, de mantenerse durante un tiempo excesivo, pueden llevar incluso a la muerte. Por este motivo, los montañeros, durante el ascenso a las cumbres, han de someterse a un periodo de aclimatación con el fin de que su organismo se vaya adaptando a estas bajas presiones de oxígeno.
Además también es a causa de la presión q se ejerce hacia nuestro cuerpo, en este caso sale perjudicado nuestras venas y arterias. El cerebro, al percibir la falta de oxígeno, ordena una respiración más rápida, que no surte ningún efecto beneficioso. Al contrario, se produce una "hiperventilación" o respiración rápida y superficial con aumento de la pérdida de anhídrido carbónico y, como consecuencia, fallos metabólicos
corporales
que
pueden
llegar
a
ser
graves.
En personas que suben por encima de los 5.000 metros, pueden producirse hemorragias en la retina,
similares
a
las
que
vemos
en
la
diabetes
o
en
la
hipertensión.
El tratamiento del mal de montaña requiere ingestión de abundantes líquidos, reposo y, si es necesario, el descenso de la altura. Las personas que viven a grandes altitudes pueden sufrir una especie de "mal de montaña crónico" que comporta exceso de glóbulos rojos, dificultades respiratorias y cardíacas, junto con tendencia a las trombosis. Es muy poco frecuente, pero exige el descenso periódico a zonas más bajas. 22. 22. ¿ Por qué entr ntr e la sep separaci raci ón de dos monta ntaña ñass cor cor re mucho ucho vient iento? ¿C ómo es llam llamado ese efecto sobre sobre el viento vi ento??
En una elevación aislada, durante el día, en la cima de la montaña y laderas soleadas, el aire se calienta más que el que se encuentra a su mismo nivel sobre la llanura, por lo que según el principio de Arquímedes, el aire caliente tenderá a subir dejando un vacío que inmediatamente será ocupado por el aire más fresco de la llanura, originándose unos vientos generalmente poco importantes, llamados "anabáticos" que trepan ladera arriba y cuyo resultado final está condicionado por las complejidades introducidas por el diferente comportamiento de la ladera situada en la umbría. Por la noche en cambio, el aire de las laderas se enfría más rápidamente que el del valle, con lo que el aire se desploma en una corriente montaña abajo dando lugar a vientos denominados "catabáticos" mucho más conocidos y mejor definidos que los citados anteriormente.
23. 23. A gra gr ande ndes alturas lturas ¿ Por qué los los motores res de enfri amient iento o vent ventii lad lador es de máquinas uinas no son son eficie fi cient nte es? ¿Qué se debe ha hace cerr ?
Porque a mayor presión aumenta la temperatura y la mayoría de motores son fabricados para unos ciertos intervalos de temperatura. El sistema no solo debe limitar la temperatura máxima del motor para evitar daños al mismo, sino también mantener la temperatura óptima de funcionamiento que, dependiendo del diseño del motor. De su buen funcionamiento depende en buena medida el rendimiento térmico del motor. Si el motor trabaja por encima de su temperatura óptima, se corre el riesgo de disminuir la viscosidad del aceite y aumentar el desgaste del motor, se produce un recalentamiento de las piezas y una mayor fricción entre estas. También puede producirse detonaciones al encenderse la mezcla combustible antes de tiempo. Si el motor trabaja por debajo de su temperatura óptima, se aumenta el consumo de aceite y el desgaste de las piezas, ya que éstas están diseñadas para dilatarse por efecto del calor a un tamaño determinado, se reduce la potencia por falta de temperatura para una combustión eficiente, se producen incrustaciones de carbón en válvulas, bujías y pistones. 24. 24. Para el cont control rol meteoroló rológi co del cli cli ma se usa usan las las cur cur vas isob isobár i cas. cas. E xpliqu xplique e a nivel nivel básico la utilidad de estas curvas, así como los anticiclones y borrascas.
-Una isóbara es un isógrama de presión, es decir, una curva de igual o constante presión en un gráfico, trazado o mapa que sirve para ver con precisión los mapas del tiempo. Salvo casos especiales, las isobaras se refieren exclusivamente a líneas que unen en un mapa los puntos de igual presión atmosférica, atmosfér ica, que se mide en bares, por lo que constituye un término meteorológico. Las isobaras de un mapa meteorológico sirven para dar información acerca de la fuerza del viento y la dirección de este en una zona determinada. Las isóbaras se suelen medir en intervalos de 4 milibares, considerando que 1013 milibares o hectopascales (29.92 pulgadas de Hg) representan una presión normal, mientras que presiones mayores o menores se dicen altas o bajas.
Anticiclón: es básicamente aire pesado convergente que tiende a descender. Es una zona en la que la presión atmosférica es superior a la de las zonas que la rodean. Ésta masa de aire desciende y se expande por la superficie terrestre. Este tipo de masas de aire son muy estables, por lo que son difícilmente desplazables una vez se posicionan en una localización. En el hemisferio norte la masa de aire anticiclónica gira en el sentido de las agujas del reloj. El tiempo que nos suele traer ésta masa de aire es de bonanza, es decir cielos despejados y poco movimiento atmosférico con temperaturas altas en verano. Sin embargo, en invierno, aunque también puede traernos cielos despejados, suelen provocar inversiones térmicas y nieblas.
Borrasca: es básicamente aire ligero divergente que tiende a ascender. Es una zona en la que la presión atmosférica es inferior a la de las zonas que le rodean. Ésta masa de aire asciende y al hacerlo succiona el aire que le rodea. Este movimiento de aire ascendente favorece la formación de nubes y por la tanto la formación de precipitaciones. La borrasca se alimenta de aire frío en su núcleo y su tiempo de vida depende en gran medida de la cantidad de aire frío que lleve en su seno. Este tipo de masas de aire son muy inestables y se forman y mueven de forma rápida. En el hemisferio norte la borrasca gira en el sentido contrario a las agujas del reloj. El tiempo que nos suelen traer estas masas de aire es inestable, con abundante nubosidad, lluvias o tormentas y en ocasiones, nevadas en invierno.
25. 25. ¿ Qué es la na nap pa fre fr eáti ca? ca? ¿C ómo var ia la presió resión n de agua que posee see r espe specto cto a su nivel nivel y pr ofundi fundi dad de la na nap pa fre fr eáti ca? ca?
La napa freática viene a ser el acuífero más cercano a la superficie del suelo. La napa freática está contenida por aguas subterráneas, subterráneas , las cuales no se evapora directamente directament e de los lagos y ríos o no es transpirada por las plantas, llegan a filtrarse a través del subsuelo y pasan a formar los acuíferos subterráneos o napa freática. El nivel freático se puede medir mediante un agujero barrenado barren ado en el suelo. El nivel de agua en el agujero (pozo) corresponde con el nivel freático. Aquí la presión es igual a la atmosférica. Por debajo del nivel freático, la presión es mayor que la atmosférica y es, generalmente, igual a la presión hidrostática en cada punto. El flujo de agua subterránea puede causar desviaciones de la presión hidrostática. La presión por debajo del nivel freático se mide con un piezómetro que es un tubo que se introduce en el agua subterránea dejando una abertura al fondo del tubo. El nivel del agua en el piezómetro puede estar al nivel freático, por encima de este nivel, o por debajo. Se llama el nivel piezométrico o potencial hídrico. Cuando el nivel piezométrico es relativamente alto existe ex iste un flujo descendente de agua subterránea. Al revés existe un flujo ascendente.
Nivel freático de un acuífero y sus fluctuaciones del invierno al verano.
La presión por encima del nivel freático es menor de la atmosférica y también se llama succión capilar. Cerca Cer ca de los niveles freáticos prácticamente todos los capilares del suelo están completamente llenos de agua, pero más arriba el suelo contiene aire también. En la zona capilar, justamente por encima del nivel freático, como por debajo de ella, el suelo está saturado. La zona por encima de la zona capilar se llama zona no saturada. La succión capilar se mide con un tensiómetro. Consiste de un tubito cerámico permeable, cerrado y lleno de agua, puesto en el suelo no saturado, y conectado a un manómetro. La succión de los
capilares vacíos y medio vacíos en el suelo no saturado causa una presión negativa en el tensiómetro que se mide con el manómetro. 26. 26. durant urante e una erupció rupción n volcá lcánica ¿ D ónde nde la presió resión n es mayor , el magma gma que se encue ncuent ntra ra en el i nter nter i or del del volcán o el mag magma que está salie sali endo de del volcán?
El magma es una masa de roca fundida que se acumula en las cámaras magmáticas, en las profundidades de la Tierra. En algunas ocasiones, el magma se abre paso hasta debajo de la corteza, donde empieza a enfriarse, formando rocas sólidas. s ólidas. Sin embargo, los puntos débiles en la corteza dejan subir el magma hacia la superficie por la chimenea de un volcán. Cuando éste asciende, los gases que lleva disueltos se separan del magma y provocan un enorme aumento de la presión justo antes de la erupción, incrementando la explosión al salir. 27. 27. ¿ Cómo Cómo var ia su presió resión n de agua resp respe ecto cto a su profund rofundidad idad si la na nap pa fre fr eáti ca es cost coste er a? E xplique pli que las ventajas ventajas o desventa desventajj as par par a el el ecosiste ecosi stema ma..
Por debajo del nivel freático, la presión es mayor que la atmosférica y está relacionada a la presión hidrostática. El flujo de agua subterránea puede causar desviaciones de la presión hidrostática. La presión por debajo del nivel freático se mide con un piezómetro que es un tubo que se introduce en el agua subterránea dejando una abertura al fondo del tubo. El nivel del agua en el piezómetro puede estar al nivel freático, por encima de este nivel, o por debajo. Se llama el nivel piezométrico o potencial hídrico. Cuando el nivel piezométrico es relativamente alto existe un flujo descendente de agua subterránea. Al revés existe un flujo ascendente. 28. 28. E n la indus industtri a pe pesque squerr a, en una pla plant nta a ha har inera, inera, a trav travé és de del eq equipo uipo hidráu hidráulico lico se se encarga de transportar la anchoveta en tuberías desde “la Chata” hasta los “Separadores”.
E xplique pli que por por que se transpo tr ansporr ta la anchove anchoveta ta con ag ag ua de de mar. ar. ¿ Qué Qué ocurr ocur r e a la pr pr esi ón dentr dentro o de de las tuber tuber í as si se tr tr anspor anspor ta solo anchove anchoveta ta??
Los resultados obtenidos mostraron que existe una mayor eficiencia cuando se trabaja con pesca a la cual se le aplico el transporte con sistema de refrigeración RSW (Agua de Mar Refrigerada), se observó además que los costos de producción son más altos por el costo mayor que implica la aplicación del dicho sistema de refrigeración, pero en retribución se garantiza la fabricación de harina de pescado de mayor calidad como lo es la harina tipo Premium, la cual tiene un mayor valor económico en comparación a su calidad inmediata inferior que es la
calidad Súper Prime. Del presente trabajo se concluye que qu e la mejor forma de transporte para la materia prima desde la zona de pesca hasta la planta de proceso, se logra con la aplicación de sistema de refrigeración RSW, el cual garantiza gar antiza la llegada a zona de descarga de d e materia prima de excelente calidad, lo cual retribuye en mayor cantidad de harina de pescado del tipo Premium. Si solo se transportara anchoveta, esta no se conservaría adecuadamente perjudicando a la industria de la harina en el mercado, el frio sirve como conservador de alimentos. 29. 29. D urant urante e el uso uso de un aspe sperso rsorr pa par a ri ego. Cuand Cuando o la presió resión n es alta lta ¿las ¿las gota gotas que sale salen n son son pequeña ueñass o gr ande ndes? ¿Có ¿C ómo afect fecta a el alca lcance nce de las las gota gotas? Exp E xpliqu lique e.
En la práctica, es muy importante conocer cuál es el tamaño de la gota que aplica el chorro de agua descargado por los aspersores, para poder intuir el comportamiento del sistema de riego. Las gotas pequeñas pueden ser arrastradas por el viento con facilidad, distorsionando el reparto de agua y aumentando la evaporación Los factores más importantes que inciden en el chorro de agua y en el tamaño de las gotas son la presión y el tamaño de la boquilla. Con mayor presión, las gotas serán más pequeñas, consecuencia del aumento de velocidad del chorro y de la mayor diferencia con la velocidad del aire. Cuanta más pequeña es la boquilla, más pequeñas son las gotas aplicadas debido a que el aire llega más rápidamente al centro del chorro. Además, en todo tipo de boquillas de riego el tamaño de la gota aumenta con la distancia. 30. 30. Si ti ene un siste sistema va vasos sos com comunica unicant nte es de de for for ma de de U alt alto, forma formad do po por dos tub tubos ver ver ticale ti cales, s, sie si endo uno más más ancho que que el el otro, otr o, al mismo mismo nive ni vell de agu agua. a. Si S i al tubo más más delg delgad ado o se le i ngre ngr esa agua sala salad da, que le ocur cur re al agua y al nivel nivel de agua de cada tubo ubo? E xpliq xplique ue
Galileo dedujo lo siguiente: cuando vertemos un mismo fluido dentro de varios vasos de diferentes formas comunicados entre sí, la altura que alcanza el fluido es la misma para todos ellos. Sin embargo si a los vasos echamos líquidos diferentes, las alturas que ocupan los líquidos es la siguiente. El más denso de todos estará abajo y el más ligero ocupará la altura más alta. En medio los demás según razón inversa de su densidad. De esto se deduce que el nivel del agua cambiara siendo s iendo el agua de mar el que quede abajo por ser más denso y el agua pura quedara arriba por tener menor densidad.
31. 31. E xpliqu xplique e el proce proceso so de co conse nserva rvació ción n de los los alim alime ento ntos con con el el uso de de alt alto os nive ni vele less de de pr pr esión sión hidros hidrosttáti ca. ca.
La mecánica para procesar alimentos a altas presiones es relativamente sencilla. Una vez preparados y envasados los productos se cargan en contenedores de plástico en la vasija vas ija de la máquina, que es la que aguanta la presión del agua. Estas vasijas están formadas por dos cilindros, de acero inoxidable en el interior, y de acero aleado de alta resistencia en el exterior, bobinados con hasta 300Km para darle fiabilidad y durabilidad a la cámara de proceso. Cuando está todo listo, se comienza a bombear agua dentro la cámara, introduciendo un 15% más de litros hasta alcanzar 6.000 bares. De esta manera, al empujar más agua dentro de la vasija las moléculas se acercan entre sí y el volumen de los alimentos se reduce. "Es como si se sumergiese el alimento en un océano que tuviese 60 kilómetros de profundidad”.
Esa presión que se ejerce sobre los alimentos permite preservar al máximo los ingredientes y características de los productos frescos. Se trata de un proceso similar al de la pasteurización no térmica en frío, pero con la diferencia de que las propiedades del alimento se modifican menos que mediante los tratamientos tradicionales de conservación. Además se respetan los valores nutricionales, funcionales y organolépticos del producto fresco. Con presiones superiores a 4.000 bares a temperaturas de refrigeración (entre 4º C y 10º C) o ambiente se inactiva la flora vegetativa presente en los productos y aumenta su seguridad y duración. Al mismo tiempo se destruyen microorganismos presentes en los alimentos como la Listeria o la Salmonella. 32. 32. ¿ Cómo Cómo se gene genera ra la presió resión n hidros hidrosttáti ca en las las pared redes de un sót sótano no?? Exp E xpliqu lique e los los daño ñoss que gener gener a a la casa. casa.
Cuando llueve, la tierra suelta alrededor de la casa se satura. Más lluvia significa una mayor saturación. A medida que el sistema de drenaje trabaja más, cada vez menos agua es capaz de drenar lejos de su casa. Cuando el desagüe está obstruido y el agua no puede drenar, el agua se acumula en la tierra suelta alrededor de la casa. Por lo tanto, el agua se acumula en ese agujero en el suelo. Su cimentación, los bajos de la vivienda no son estancos al agua. La base, las paredes y el suelo fueron todos ejecutados en tres momentos separados. Por lo tanto, tiene una estructura porosa con uniones imperfectas y grietas que se sientan en un agujero en el suelo que se llena de agua
cuando llueve. Este cuerpo de agua fuera de la construcción de la base, ejerce presión sobre estas articulaciones imperfectas. Esto se conoce como presión hidrostática. hidro stática. La presión hidrostática se acumula alrededor de los cimientos y bajos, y fuerzan el agua a través de juntas y grietas. A medida que el agua inunda el terreno, hay cada vez más presión sobre las partes. Por lo tanto, la presión hidrostática crea dos tipos de problemas en su sótano. Un problema son las filtraciones entre pared / piso, y el otro problema es la filtración a través de grietas en el suelo del sótano. La humedad en casa empieza afectando a los cimientos y subiendo por ellos hacia el resto del hogar. Una casa con humedad presenta defectos estéticos: manchas, olores, revestimientos caídos, pintura saltada, grifos oxidados, etc. Crean una mala presencia visual, entre otros.
BIOGRAFÍA-WEBGRAFÍA o
Física Universitaria Volumen 1 (Sears y Zemansky-13°edición) – Mecánica Mecánica de fluidos.
o
http://nimbus.com.uy/weather/Cursos/Curso_2006/Textos%20complementarios/Mete orologia%20descriptiva_Inzunza/cap7_Inzunza_Presion%20y%20vientos.pdf (PRESION ATMOSFERICA)
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https://www.construmatica.com/construpedia/Pilote
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http://www.filo.uba.ar/contenidos/investigacion/institutos/geo_bkp/gaye/archivos_pdf /NapaFreaticaAASA.pdf
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http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3487/Capitulo3.pdf (SIFONES)
