INFORME DE LABORATORIO PRÁCTICA No 5-6
JIMMY GARCIA OSPINA CODGO: 1144027015 CARLOS ALBERTO GIRALDO CODIGO: 14899795 PEDRO GUTIERREZ P CODIGO: 1113641713 YEKCY BONIS CODIGO: 94481226
TUTOR: SERGIO ANDRES MORENO
CEAD PALMIRA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA NOVIEMBRE 2017
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TABLA DE CONTENIDO
OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 4 MARCO TEORICO .......................................................................................... .................... 5 PRACTICA No 5.................................................................................................................... 8 PRACTICA No 6 ..............................................................................................................
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CONCLUCIONES .............................................................................................................. 15 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................16
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OBJETIVOS
Los adjetivos son muy sencillos tanto las dos practicas hacer una comparación teórica a una real con unos instrumentos de medición tanto el laboratorio Mecánica de Fluidos Práctica de laboratorio y CONSERVACION DE LA MASA
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-
INTRODUCCIÓN Haremos un método sencillo disparando un proyectil a una masa de reposo a un péndulo para hacer transferencia de energía observando cuanto sale de velocidad y grados al final, conociendo los datos mecánicos de péndulo , uno puede inferir la velocidad de masa de la masa del péndulo, hace calculamos la velocidad del proyectil. La mecánica de fluidos que en su estructura cuenta con leyes de la estática, la dinámica y la termodinámica. Se basa en el estudio del movimiento presentado por los fluidos (líquidos y gases), en situaciones en donde estos pueden ser tratados como medios continuos. Mediante la implementación de leyes tales como la ley de la conservación de la masa y de la energía, con el fin de determinar de una manera cuantitativa el comportamiento de un fluido. Y es por eso que en este laboratorio que cuenta con la ayuda de un banco hidráulico el cual permite aplicar diversos modelos hidráulicos. Se estudiara un sistema de medida de flujo, el cual contara principalmente con un tubo de Venturi, medidor de orificio y medidor de área variable (Rotámetro), interconectados en una secuencia de serie lo que permite la comparación directa de ellos con el fin de poder establecer gracias a los datos suministrados por estos y mediante la aplicación de algunas ecuaciones los caudales experimentales y teóricos. Todo esto con el fin de poder extrapolar lo teórico visto en clase a un desarrollo experimental.
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MARCO TEORICO
Teorema de conservación de la energía mecánica Combinando el teorema de las fuerzas vivas con el de la energía potencial obtenemos que, cuando todas las fuerzas son conservativas
esto es, la que disminuye la energía potencial es igual a lo que aumenta la energía cinética (o viceversa). Reagrupando términos y definiendo la energía mecánica de la partícula como la suma de su energía cinética más la potencial obtenemos
lo que se conoce como teorema de conservación de la energía mecánica: “ En ausencia de fuerzas no conservativas, la energía mecánica de una partícula permanece constante.”
Este teorema deja de cumplirse cuando sobre la partícula actúan fuerzas no conservativas, como el rozamiento. Las fuerzas que reducen la energía mecánica (normalmente transformándola en calor) se conocen como fuerzas disipativas. La constancia de la energía mecánica puede expresarse en forma de derivada temporal
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DEFINICIÓN DEPRESIÓN HIDROSTÁTICA 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.
La hidrostática, por su parte, 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 perpendicular a las paredes del envase 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. La presión hidrostática (p) puede ser calculada a partir de la multiplicación de la gravedad (g), la densidad (d) del líquido y la profundidad (h). En ecuación: p = d x g x h. Este tipo de presión es muy estudiada en los distintos centros educativos para que los jóvenes puedan entenderla bien y ver cómo la misma se encuentra en su día a día. Así, por ejemplo, uno de los experimentos más utilizados por los profesores de Ciencias para explicar aquella es la que se realiza mezclando diversos fluidos.
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En este caso concreto, es habitual que apuesten por introducir en un vaso o cubeta agua, aceite y alcohol. Así, en base a las densidades de cada uno de estos líquidos se consigue que el agua quede abajo del todo, el aceite sobre ella y finalmente sobre ambos se situará el alcohol. Y es que este cuenta con una mayor densidad. Si el fluido se encuentra en movimiento, ya no ejercerá presión hidrostática, sino que pasará a hablarse de presión hidrodinámica. En este caso, estamos ante una presión termodinámica que depende de la dirección tomada a partir de un punto. En el ámbito sanitario se habla también de lo que se conoce como presión hidrostática capilar para 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, es la que lleva a cabo el líquido intersticial, que es aquel que se encuentra alojado en el espacio que hay entre las células. Así mismo 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.
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PRACTICA No 5: PÉNDULO BALÍSTICO 1. Elabore una tabla de errores para los ángulos medidos con la esfera de acero y otra tabla de errores, para los datos de los ángulos medidos con la esfera de madera (Ver anexo 1, al final de la presente guía de laboratorios). 2. Calcule la velocidad aproximada de la bola usando la ecuación (5.1). Tanto para la bola de acero como para la bola de madera (Figura 5.3):
Esfera de acero
=0,134√ 2.9,810.17 (1−0,8 =) 0,033
0,134
0,134
√3.330.17= 0,033
0.033
√0.57=4.060.75=3.04 /
Esfera de madera
=0.128 √ 2.9,810.16 (1−0,8 =)
0,128
0,027
=
0 17 _ .
= _ 0 16 .
ANGULOS
0,128
√3.330.16=
0.027
0,027
= _ 0 132 ,
= _ 0 128 .
√0.56=4.740.75=3.55
= _ 0 083 .
V(sensor)
VELOCIDAD
= _ 0 027 .
( )
(SENSOR) A
O R
∅1 ∅2
CI E T
F A
E
E D S
S L
∅3
29 36 37
2.40 2.39 2.48
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Error porcentual de la velocidad E%= ANGULOS VELOCIDAD (SENSOR) E NI E U
∅1 ∅2
Q A O R H E C
∅3
F E E
S D
28 37 40
2.43 2.45 2.44
35
Error porcentual de la velocidad E%=
8
2.42
3.04
20
V(sensor)
( )
2.44
3.55
2
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3. (OPCIONAL) Utilice el teorema de la conservación de la cantidad de movimiento, el teorema de la conservación de la energía mecánica y la figura 5.3, para demostrar que la velocidad de la bola en un péndulo balístico, está dada por la ecuación (5.1); dicho de otra manera, demuestre la ecuación (5.1).
Momento inicial antes del impacto Momento final después del impacto
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Según el teorema de la conservación de la energía mecánica:
Para hallar la altura de Yf, respecto al brazo utilizamos el siguiente triangulo rectángulo:
Reemplazamos Yf en la formula anterior
Ahora reemplazamos la velocidad en la formula obtenida en la conservación de la cantidad de movimiento.
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4. Calcule el error porcentual de la velocidad obtenida por el método aproximado (Numeral 2), tomando como valor real o promedio, el dato del medidor digital de la velocidad promedio ( ̅) y determine el grado de confiabilidad en la medición de la velocidad.
Valor de la esfera de acero %
=
−
100
%
3.04 − 2.12
=
100
3.04 0.64
% =
Valor de la esfera de madera %
=
3.04
100
3.55 − 2.44 3.55
= 20
100
1.11 %
=
3.55
100
= 31
5. Responda las siguientes preguntas: a) ¿Qué fuentes de error están presentes en este experimento y qué tanto afectan a sus
resultados estos errores? Solución: - Desnivel de la mesa donde se encuentra el péndulo balístico - Desfase del péndulo - Falta de calibración de la escala del péndulo Según los datos obtenidos el porcentaje de error es elevado (mayor al 20%), esto puede deberse a los factores mencionados. b) ¿Se simplificarían los cálculos si se conservara la energía cinética en la colisión entre la
pelota y péndulo? Solución: No se simplificarían debido a que para conservar la energía el choque debe ser elástico y añade otra incógnita al sistema que es la velocidad del resorte. c) ¿Qué porcentaje de energía cinética se ha perdido en la colisión entre la pelota y el
péndulo?
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Solución: Teniendo en cuenta que la aceleración vertical del péndulo cambia constantemente, siendo la misma que la de un cuerpo en caída libre al soltarlo, siendo la velocidad igual a cero cuando el péndulo llega a su punto más bajo. Así que la aceleración vertical ha tenido que ir disminuyendo necesariamente desde el valor inicial hasta cero, y por tanto la bola cae más rápido. Lo que si es igual es la energía mecánica en ambos casos, porque la cuerda es perpendicular al desplazamiento de la bola del péndulo, así que no realiza trabajo y por tanto no cambia la energía mecánica total, pero en el péndulo la energía potencial se convierte en cinética en dirección horizontal, mientras que en la caída libre es vertical. d) ¿Hay más energía o menos energía transferida al péndulo cuando el péndulo es girado de
tal manera que la bola golpee la parte de atrás de éste? Cuando la bola une al péndulo genera más energía que cuando el péndulo es girado de tal manera que la bola golpea la parte de atrás de este
PRÁCTICA No 6: CONSERVACION EN LA CANTIDAD DE FLUJO H(cm) 1.0 2.0
∆l(cm)
0.2 0.5
h(cm) 3.0 4.0
∆l(cm)
0.7 1.6
h(cm) 5.0 6.0
∆l(cm)
2
2.5
h(cm) 7.0 8.0
∆l(cm)
3
3.5
h(cm) 9.0 10.0
∆l(cm)
4
4.4
1- Realice la gráfica “ ℎ” de con los valores de la tabla 6.2.
Δl vs h 12
10
8
6
4
2
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
12
3
3.5
4
4.5
5
2. Explique porque la diferencia en la altura Δl de los niveles del agua en el manómetro es
una medida de la presión hidrostática. Solución: Porque la presión ejercida sobre el contenido de la sonda desplaza el líquido según la presión del mismo y la diferencia de niveles refiere a la presión hidrostática.
3. Calcular el promedio de Δl de los valores medidos de Δl en la Tabla 6.1
Solución: Manómetro Presión en el fondo Presión superior Presión lateral
∆l(cm)
3.3 2.5 2.9
∆l
3.5 2.2 2.8
3.5 2.2 2.8
(cm) 3.3 2.3 2.83
4. Responder las siguientes preguntas:
A. ¿Los valores de la presión superior, lateral e inferior difieren para la misma profundidad
de inmersión? ¿Cuál considera que son las razones de la anterior respuesta?
Solución: Si difieren debido a que los tubos de silicona tienen diferente forma y longitud B. ¿Qué relación existe entre la profundidad de inmersión “h” y la presión hidrostática? Determine esa relación por medio de un valor numérico o en su defecto por una expresión matemática Solución: La relación es directa pues la profundidad ´h´ hace parte de la fórmula de presión para fluidos estáticos. P fl est = ρ. g . h ρ= densidad
g= gravedad h= profundidad del fluido C. ¿Qué conclusión se obtiene acerca de la presión hidrostática, ahora que las medidas han sido realizadas?
Solución: - A mayor profundidad con el fluido mayor presión
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- la presión varía según la densidad del fluido - la presión varía según la longitud y forma de los tubos de silicona usados en el experimento.
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CONCLUCIONES En la práctica observamos los principios de movimientos con instrumentos de medición con un alto grado de precisión y también la energía sobre choque que se produce en ella en el laboratorio con los objetos de balín y los otros. el análisis de los resultados obtenidos gracias a la implementación de dispositivos como el tubo de Venturi, medidor de orificio y medidor de área variable (Rotámetro). Los cuales permitirán saber cuál es el flujo real que pasa a través de estos, sin dejar de tener en cuenta que estos dispositivos ocasionan una pérdida de presión
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Referencias General, U. -F. (2017). UNAD - Curso Fisica General . Obtenido de UNAD - Fisica General Referencias Bibliograficas Unidad 3: http://campus01.unad.edu.co/ecbti24/mod/page/view.php?id=2883
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