PRESIÓN EJERCIDA POR UN FLUIDO.
OBJETIVOS.
* Describir el concepto de presión en un fluido. * Explicar cómo se transmite la presión en un fluido. * Describir cómo se realiza el bombeo de un fluido. INTRODUCCIÓN.
Un fluido, se define como una sustancia que ofrece poca resistencia a el movimiento relativo de las moléculas que lo forman. Las sustancias que cumplen con esta característica son todos los líquidos y gases, los líquidos se caracterizan por tomar la forma del recipiente que los contiene, por su parte los gases además de tomar la forma del recipiente que los contiene ocupan todo el volumen del mismo. Los fluidos, ejercen una fuerza sobre las paredes del recipiente que los contiene, esta fuerza es originada por el choque elástico de las moléculas con dichas paredes. Cuando la fuerza es perpendicular a las paredes se dice que el fluido ejerce presión, esta presión se define como la relación entre la fuerza ejercida y el área perpendicular a la fuerza. P = F/A;
(presión = fuerza/área).
(1)
La presión ejercida por un fluido varía con la profundidad a la que se mide, esta presión se mide a partir de la superficie del fluido y no depende de la cantidad de fluido que está por encima del punto de medición, es decir; que si se mide la presión ejercida por el agua del mar a 20 cm de profundidad en el océano, esta tiene el mismo valor si se llena un garrafón de 20 litros y se mide la presión a la misma profundidad.
OCÉANO
20 cm misma presión
GARRAFÓN.
figura 1. La presión ejercida por un líquido solo depende de la profundidad a la que se mide, no de la cantidad de líquido que se tiene sobre el punto de medición.
Mientras que la presión debida a un líquido depende únicamente de la profundidad, la presión total ejercida sobre una superficie sumergida es igual a la presión del líquido más la presión atmosférica. P = P0 + ρgh.
(2)
P0 es la presión atmosférica. ρ es la densidad del líquido. h es la profundidad. Por otro lado, la fuerza que se ejerce en la superficie de un líquido se transmite en todas direcciones sin cambiar su valor. Esto lo explica el principio de Pascal, por lo tanto, si a un líquido se le aplica una presión en la superficie, ésta se transmitirá en todas direcciones sin cambiar de valor.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Para llevar a cabo este experimento necesitas el siguiente material. 2 Matraces de bola de 3 litros. 2 Embudos de diferente tamaño. 1 Matraz erlenmeyer de 1/2 litro. 2 Tapones para los matraces con dos orificios. Tubos de vidrio y mangueras látex. ACTIVIDAD
1.
Llena con agua un matraz de 3 litros hasta el nivel del tapón, arma el sistema que se presenta en la siguiente figura utilizando el embudo grande. Ten mucho cuidado al manejar el material de vidrio, es frágil y se puede romper. FIGURA 2. MANGUERA TUBO DE VIDRIO
EMBUDO
MATRAZ DE 3 LIT.
MATRAZ DE 3 LIT.
Coloca los matraces al mismo nivel sobre la mesa de trabajo y observa detenidamente el sistema. ¿Cómo puedes pasar agua de un matraz a otro sin desarmar el sistema?.
Realiza experimentalmente lo que pensaste. Si no se te ocurrió cómo hacerle, agrega un poco de agua al embudo. ¿Qué sucede?
¿Cómo crees que funciona el sistema?. Explica tu respuesta y discútela con tu profesor.
Ya que haz discutido con tu profesor el funcionamiento del sistema, destapa los matraces y pasa el agua al matraz donde estaba, haz funcionar el sistema. Predice cuándo se detendrá el sistema.
Tu predicción ¿coincide con lo observado?.
En caso negativo, explica lo que está sucediendo.
ACTIVIDAD
2.
Ahora deja un matraz sobre la mesa y llénalo con agua como al principio, el otro matraz colócalo en un banco, de tal manera que los matraces estén a desnivel como se muestra en la siguiente figura.
FIGURA 3.
SALIDA DE AGUA.
Haz funcionar el sistema y predice cuándo se detendrá.
Tu predicción ¿coincide con lo observado? En caso negativo, explica brevemente el comportamiento del sistema y discútelo con tu profesor.
¿Cómo le harías para que la mayor cantidad de agua de un matraz pase al otro?
Llena un matraz con agua y colócalos en desnivel como en la figura 3. Aumenta la longitud del tubo de salida colocando una manguera en él como se indica en la figura 4, procura que la manguera quede a la altura de la boca del embudo. Haz funcionar el sistema y espera a que se detenga.
FIGURA 4.
SALIDA DE AGUA.
¿Se detuvo el sistema?.
Explica que sucedió en este caso, discute tu explicación con el profesor.
ACTIVIDAD
3.
En esta actividad, deja los matraces en desnivel, coloca una manguera más corta a la salida del embudo que tienes en el matraz de abajo, llena el matraz de arriba como en la actividad 1. Predice cómo se comportará el sistema.
Discute tu predicción con tus compañeros de equipo. Haz funcionar el sistema y observa su comportamiento. ¿Se comporta de acuerdo a tu predicción?
En caso negativo, explica qué está sucediendo con el sistema.
Discute tu explicación con tu profesor.
ACTIVIDAD
4.
Para esta actividad usa el embudo pequeño, arma el sistema como en la actividad 2. ¿Crees que tenga alguna influencia el tamaño del embudo?
Haz funcionar el sistema y observa su comportamiento. ¿Influyó el tamaño del embudo?.
Explica brevemente tu respuesta.
De acuerdo a tus observaciones hechas en este experimento, escribe una conclusión explicando de manera general el comportamiento del sistema.
Referencias: 1. Paul G. Hewit. Física Conceptual. octava edición. Addison Wesley. 2. Paul G. Hewit. Manual de Laboratorio de Física. Addison Wesley.
