INFORME DE LABORATORIO MOVIMIENTO OSCILATORIO: VARIACION DE LA PRESION CON LA PROFUNDIDAD EN UN FLUIDO NESTOR SIERRA1 LEONARDO QUITIAQUEZ2 GUSTAVO PAQUE3
1: Estudiante de de Ing. Industrial Industrial -
[email protected] 2: Estudiante de Ing. Industrial -
[email protected] 3: Estudiante de Ing. Industrial -
[email protected] UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE
Facultad de ingenierías Septiembre de 2011
RESUMEN
En este informe de laboratorio laboratorio “Variación “Variación de la Presión con la Profundidad Profundidad en un Fluido” Fluido” se confirmara que a mayor profundidad mayor presión, donde ambas presentan un compor comportam tamien iento to lineal lineal direct directame amente nte propor proporcio cional nal,, que cumple cumple la relaci relación, ón, donde donde la presión, varía en forma proporcional de acuerdo a la profundidad h y a la densidad ρ. “Con relación al laboratorio realizado podemos afirmar que la presión depende de la variación de la profundidad” Es importante tener en cuenta que la presión no depende de la cantidad de líquido presente. En esta práctica se encontrará experimentalmente la relación entre la presión y la profundidad para diversos fluidos (Agua, Mezcla agua – sal). Igualmente, se encontrará el peso específico g para los fluidos estudiados, definido como el peso por unidad de volumen de una sustancia. Una vez configurado nuestro equipo con respecto al sensor veremos la presión para definir los parámetros hacia la toma de muestras, tomaremos diferentes medidas con respecto a la presión por cada centímetro profundizado. Determinaremos una relación lineal mediante la ecuación La ecuación
Para concluir observamos que a mayor profundidad la presión ejercida aumenta ya que el peso del agua sobre el cuerpo sumergido aumenta tanto en agua como en agua con la solución salina.
JUSTIFICACION
La investigación y experimentación de este trabajo está relacionado con el método científico nos ayuda a comprender que el desarrollo de un experimento, obtenemos distintos resultados los cuales son diferentes a los resultados ya establecidos, esto ocurre porque hay ciertos grados de incertidumbre lo cual es que esto nos da paso que generar una gran cantidad de error, también a solucionar nuestra incógnita con respecto a las presiones, pesos específicos y densidades que actúa con respecto al recipiente y sus dos comparaciones de fluidos con agua y solución salina que variaciones se observaron y otras cosas que al comprender podamos controlarlos. En el laboratorio de física experimentamos variación de la presión con la profundidad de un líquido comprender el método científico y poder observar que hay márgenes de error.
OBJETIVOS
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Determinar la relación de la presión en un fluido con la presión.
MARCO TEORICO
Método científico: Es un proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones
entre los hechos y enunciar leyes que expliquen los fenómenos físicos del mundo y permitan obtener con estos conocimientos, aplicaciones útiles al hombre. Es un término colectivo que denota los diferentes procesos que ayudan a construir la ciencia. HIDROSTÁTICA: Se refiere al estudio de los fluidos en reposo. DENSIDAD: Es una de las propiedades más importantes de los materiales, la definimos para cualquier material homogéneo como su masa por unidad de volumen, su símbolo es la letra griega rho cuyo símbolo es ρ. ρ = m/v.
Expresión matemática considerada como definición de densidad Hay materiales a los cuales denominamos homogéneos, como el aluminio o el aceite, que poseen la misma densidad en cada una de sus porciones. En algunos materiales, como ser la atmósfera terrestre y los océanos, la densidad varía de un punto a otro. En el caso de la atmósfera, la densidad es menor a mayor altura y en el caso de los océanos, poseen mayor densidad a mayor profundidad. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico kg/m3. Muy usada también es la unidad en el cgs, gramo por centímetro cúbico g/cm3 Siendo el factor de conversión entre ambos sistemas 1 g/cm3 = 1000 kg/m3 Densidades de algunas sustancias comunes:
PRESIÓN: La presión es la razón entre la fuerza ejercida y el área sobre el cuál actúa, la que se ejerce sobre un fluido de área A, que se denota por P, es decir, Variación de la Presión con la Profundidad en un líquido si consideramos una columna de líquido de base (A) entre los puntos con altura (1 y 2), la diferencia de presiones entre las bases vendrá dada por el propio peso de la columna de líquido:
Ensayo 1
Ensayo 2
Se denomina presión al cociente entre el módulo de la fuerza que actúa perpendicularmente a una superficie y el área de esa superficie.
Densidad relativa: Es posible utilizar una escala de densidades relativas a la de alguna substancia específica, por ejemplo existen las densidades de los fluidos respecto al agua, es decir
Que es en consecuencia a dimensional, es decir sin unidades. Peso específico: para los fluidos está definido como el peso por unidad de volumen de una sustancia y se obtiene por la siguiente formula y denotado por ϒ se define como el peso por unidad de volumen del fluido, es decir:
En el desarrollo del laboratorio se observó un comportamiento de relación entre la presión y la profundidad, la cual, describió el crecimiento de estas dos variables de manera directamente proporcional. Es decir, entre más profundo estaba el cuerpo, esté experimentaba una mayor presión. Podemos destacar que en la realización de los experimentos, se halló que algunos valores arrojados presentaban discrepancias a los valores matemáticos ya establecidos; éste fenómeno se le atribuye primordialmente a factores como la densidad del agua, ya que la utilizada proviene de un conducto de agua, la cual presenta una densidad diferente a la del agua destilada. Otro factor influyente es el constante movimiento del agua en la probeta, puesto que al sujetarse manualmente la regla junto con el sensor, provoca una inexactitud en la medida de la profundidad y disturbio en cualquiera de las soluciones. Se puede decir que para poder evitarse éstos y otros sin números de influencias negativas, se debe contar con unos instrumentos ya mecanizados, y respecto a la densidad trabajar con líquidos en estado puros, para que éstas sean iguales o semejantes a los valores matemáticos. Ahora, para obtener la densidad de los líquidos utilizados, se utiliza la formula p especifico g donde pespecifico es la pendiente que nos arroja la gráfica y despejamos ρ ρ que es la densidad. =
METODO EXPERIMENTAL
MATERIAL Y EQUIPOS
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NUEZ Y PINZA DE SUJECIÓN SOPORTE UNIVERSAL Y BARRA DE ACERO DE 1 m. INTERFAZ (Science/Worshop 750 PASCO) TUBO DE VIDRIO DE 30 cm DE LONGITUD 1 BEAKER DE 1 L SENSOR PRESION ABSOLUTA 2 PROBETAS DE 10 Ml BANCO DE ALTURA GRADUABLE
Ilustración
1.
Fotografía montaje de práctica de laboratorio.
del la
Montaje de los instrumentos para la realización de la práctica de laboratorio. Ilustración 1.
Al empezar nuestro laboratorio para la realización Variación de la Presión con la Profundidad en un Fluido se conectó el modulo interfaz Science Workshop 750 al computador, después se conecta el sensor de presión absoluta en el canal analógico A del interfaz, de allí nos dirigimos a ejecutar el programa DataStudio y se inicializa a visualizar el sensor de presión después de elegir la opción Crear Experimento. Luego procedemos a constatar la presión calculada (evaluada) por el sensor y calibrar las unidades de medida. Se calculó el valor de la presión atmosférica antes de iniciar el experimento, el resultado de esa presión fue 89,4 kPa. Se mete el tubo con el sensor fijada a una regla para hacer la toma de presión de forma gradual 1 cm lo más preciso a la vez hasta comprendida la profundidad necesaria para calcular la presión, este primer experimento se realizó en agua, la cantidad de agua en la probeta es de aproximadamente el 80% de la altura de la probeta. El procedimiento anterior se debe repetir de igual forma pero el fluido cambiándolo a solución salina. ANALISIS
1. Realice un gráfico Presión Vs. Profundidad para cada uno de los fluidos empleados. Proponga y discuta con su instructor un modelo que explique el comportamiento observado. Grafica 1. Presión (kPa) vs Profundidad (m)
Grafica 1. Muestra la Presión (kPa), en función de Profundidad (m) en dos fluidos distintos. Para
el Ensayo 1 el fluido utilizado es agua.
Grafica 2. Presión (kPa) vs Profundidad (m)
Grafica 2. Muestra la Presión (kPa), en función de Profundidad (m) en dos fluidos distintos el
Ensayo 2 el fluido es base de una solución salina.
Estas graficas nos permite ver de forma clara el aumento de las presiones a medida que van aumentando la profundidad y dependiendo de qué fluido se esté utilizando en este caso solución salina la presión aumenta de forma gradual para los mismo puntos donde se realizó el muestro o toma de datos. Los modelos que se utiliza para aproximar el comportamiento de la Grafica 1. y la Grafica 2. es a través del ajuste lineal. Con esta adaptación se agrega una línea de tendencia de la ecuación.
2. ¿Qué relación debería existir entre la presión y la profundidad? ¿se cumple esta relación? Justifique las semejanzas o discrepancias encontradas.
La ilación al conservarse entre la Presión y La Profundidad se basa que a mayor es la profundidad mayor es la presión en observarse en ese punto, al ver este asunto la mejor aproximación es la lineal porque expresa la ilación entre la presión y la profundidad de establecerse directamente proporcional. En relación a la consulta si se cumple o no, la contestación es (sí). Sí se puede demostrar de forma clara la relación a partir de los resultados de las gráficas para ambos ensayos.
3. ¿Cómo puede obtener el peso específico del fluido empleado a partir de los resultados de la gráfica? Reporte este valor, junto con sus incertidumbres absoluta y relativa.
El peso específico de un fluido estacionario está dado por la Ecuación.
Como
De la gráfica se puede deducir que la pendiente para el Ensayo 1 es
La grafica se puede deducir que la pendiente para el Ensayo 2
Por lo tanto para obtener el peso específico del fluido, simplemente basta con hallar su pendiente. Al obtener el valor del peso específico, se hace posible calcular la densidad de la sustancia empleado en la práctica, haciendo uso de la fórmula : 4. ¿Puede reportar la densidad del líquido utilizado (tanto su valor como su incertidumbre absoluta y relativa)? ¿Qué suposiciones debe hacer o que información debe conocer? La densidad de ambos fluidos se puede hallar despejando para el Ensayo 1 es:
La densidad de ambos fluidos se puede hallar despejando para el Ensayo 2 es:
. 5. ¿Cómo puede obtener la presión atmosférica a partir de los resultados de la gráfica? Reporte este valor, junto con sus incertidumbres absoluta y relativa. Compare el valor obtenido por este método con el registro al comienzo de la práctica. Encuentre su error relativo. Para desarrollar el cálculo de la presión atmosférica para el Ensayo 1, se identifica el corte con el eje de presión cuando el , Para desarrollar el cálculo de la presión atmosférica para el Ensayo 2, se identifica el corte con el eje de presión cuando el ,
6. ¿Existen factores que den lugar a discrepancias fuertes entre valores hallados y los esperados? Los datos obtenidos en los ensayos y registrados en la Grafica 1 no son tan variables a los datos iniciales antes de iniciar la práctica, debido a cambios en la temperatura y a pequeñas diferencias en altura muy mínimas.
DISCUSION
Mediante la práctica de laboratorio y a partir de los ensayos realizados se pude justificar que la presión total ejercida sobre un fluido, depende únicamente de la profundidad, ya que la densidad, la aceleración de la gravedad y la presión atmosférica son constantes, por esto se dice que la presión que se ejerce sobre un fluido, se ejerce con la misma magnitud a todas partes del fluido. Esto último es lo que se conoce como el principio de PASCAL.
CONCLUSIONES
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La presión y la profundidad son dos variables que presentan una relación directamente proporcional, ya que entre más profundo se encuentre un cuerpo, este experimenta una mayor presión. La presión no depende de la cantidad de líquido presente. El volumen es un factor clave. Por ello, se sentirá la misma presión un metro bajo el agua en una probeta que a la misma profundidad en beaker. Por lo tanto el cambio de presión en los fluidos es independiente del volumen. En un fluido incompresible en equilibrio, la presión ejercida por el líquido sobre un cuerpo sumergido depende de la densidad del fluido y la profundidad a la que se encuentre el cuerpo.
BIBLIOGRAFIA
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Física Universitaria. Sears, Zemansky, Young, Freedman. Vol. 1. 12 edición, Baird, D. C. Experimentación: una Introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos. Segunda edición. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. México. http://www.wikipedia.com
