FUERZAS EN LOS FLUIDOS
INTRODUCCION :
Decimos
que una sustancia puede fluir cuando la fuerza de atracción entre sus moléculas
las permite desplazarse unas sobre otras para adoptar la forma del recipiente.
Son fluidos los gases y los líquidos, y como ejemplo para su estudio
utilizaremos el aire de la atmósfera y el agua.
Todos
los cuerpos, incluidos los fluidos, ejercen fuerzas, unos sobre otros, que son
consecuencia de la atracción gravitatoria, o bien, de las fuerzas de cohesión
entre sus moléculas. Si estas fuerzas se concentran sobre una superficie muy
pequeña producirán un efecto mucho mayor que si lo hacen sobre una superficie
grande. Así nace el concepto físico de presión,
presión atmosférica, presión hidrostática, presión osmótica.
Un
líquido está quieto, en equilibrio, porque las fuerzas de cohesión entre sus
moléculas se anulan mutuamente ya que empujan unas en sentido contrario a las
otras y con igual intensidad. Sin embargo, en la superficie libre del líquido
no llegan a anularse. La resultante en estos puntos se le conoce como tensión superficial.
Las
paredes del recipiente hacen fuerzas de adhesión con los líquidos por lo que si
son diferentes a las de cohesión, el líquido se pegará a las paredes
produciendo un menisco.
El
líquido contenido en un recipiente ejerce un peso sobre el fondo, que al tener
una superficie, nos permite hablar de presión
hidrostática. Cuanta más profundidad mayor presión.
El
aire de la atmósfera también es un fluido por lo que cuanto más hundidos nos
encontremos en ella, mayor presión
atmosférica tendremos que soportar.
Hay
tres comportamientos de los fluidos especialmente importantes por sus
aplicaciones:
·
Al ejercer una presión sobre un líquido ésta se
transmite por igual a todos sus puntos. Es el fundamento de la prensa
hidráulica. (Principio de Pascal)
·
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta
un empuje vertical y hacia arriba. Es la fuerza que hace flotar a los barcos,
las nubes, los globos…(Principio de Arquímeds
·
Al aumentar la velocidad de un fluido se produce
una disminución de la presión. Esta disminución de presión en la parte superior
de las alas de un avión hace que se sustente en el aire. (Efecto Venturi).
t MATERIALES:
EXPERIENCIA 1:FUERZAS EN LOS FLUIDOS:
Vamos a demostrar que en el fondo del agua
existe una fuerza que empuja verticalmente, hacia arriba a la moneda, y que
esta fuerza es igual al peso del agua que tiene encima.
Material: 1 tubo de vidrio abierto, 1 placa
de metal, hilo, 1 vaso de precipitados (500 ml), 1 regla.
Procedimiento:
1.
Llena el vaso de precipitados con agua
2.
Fija un trozo de hilo a la placa de metal.
2.
Toma el tubo de vidrio abierto por ambos extremos y acopla a uno de ellos la
placa de metal, manteniendo el hilo tenso.
3. Introduce el tubo en
el vaso de precipitados y después suelta el hilo. ¿Qué ocurre? Razona por qué.
4.
Deja que se llene el tubo con agua, poco a poco. ¿Qué altura alcanza el
agua en el momento que cae la chapa?. ¿Se ha caído cuando el agua del tubo
alcanza el nivel de líquido del vaso de precipitados? ¿A qué puede deberse?
Razónalo. Repite la experiencia para varias profundidades. Haz una tabla de
valores, estima el posible error que estás cometiendo, lleva los datos a una
gráfica e intenta sacar una ecuación matemática que justifique estos hechos.
FOTO DE LOS MATERIALES:
EXPERIENCIA 2: MEDICIÓN DE LA PRESIÓN CON UN
TUBO EN U:
Comprobamos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad
Material: 1 tubo en forma de U, 1 regla.
Procedimiento:
- Introduce el extremo
del tubo en forma de U a una profundidad determinada. Observa la
diferencia de nivel obtenido en el extremo opuesto.
- Razona cuál sería el
valor de la presión medida.
- Repite las
mediciones para diferentes profundidades.
EXPERIENCIA 3: PARADOJA HIDROSTÁTICA Y CÁLCULO EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD:
1.-Principio de los vasos
comunicantes o paradoja hidrostática.
Comprobamos que varios recipientes, de distintas formas, abiertos por
su parte superior y comunicados por su base, al llenarlos con líquido, éste
alcanza la misma altura en todos ellos.
Con un tubo de plástico
colocado en forma de U veremos que al echarle agua llega hasta la misma altura
en los dos extremos.
Observa los tubos
preparados de laboratorio conocidos como paradoja hidrostática.
Piensa cómo están
construidas las fuentes de la Granja y cómo se consigue que el agua suba hasta
diferentes niveles.
2.- Cálculo experimental de la densidad del aceite
Material: 1 tubo en forma de U, 1 regla,
aceite y agua.
Procedimiento:
- Vierte por un lado
del tubo en forma de U una cantidad de agua y por el otro lado aceite.
¿Qué observas? ¿Por qué?
- ¿Alcanzan la misma
altura en cada rama del tubo el agua y el aceite? ¿A qué es debido?
Razónalo.
EXPERIENCIA 4: COMPROBACION DEL PRINCIPIO DE PASCAL(PRENSA HIDRAULICA):
1.- Primero comprueba que la presión en el
interior de un líquido es perpendicular a las paredes:
Toma una botella de plástico y realiza varios
orificios a diferentes alturas. Llénala con agua y observa que sale siempre
perpendicular a la superficie. También sale con mayor fuerza en los orificios
de abajo que en los de arriba, ya sabes que la presión aumenta con la
profundidad.
2.- Comprueba el
principio de Pascal: "La presión ejercida sobre un líquido se transmite
por igual a cada punto del líquido y en todas las direcciones".
Puedes
llenar con agua un globo con varios orificios, al presionar verás que los
chorros salen igual en todas las direcciones.
3.- Demuestra que con una
fuerza pequeña se puede mover un peso grande.
Material: 2 jeringuillas de diferente
diámetro y un tubo de plástico.
Procedimiento:
- Realiza el montaje
de la figura con un tubo de plástico y las 2 jeringuillas.
Llénalo con agua hasta
1/3 de su altura
- Presiona el émbolo
de la jeringuilla de mayor diámetro
y observa cómo es la fuerza en el émbolo de la otra.
- Presiona ahora el
émbolo de menor diámetro y explica cómo es la fuerza ejercida en el otro
émbolo en relación con el paso 3. Según lo que has observado, cuál de las
dos fuerzas recibida en el otro émbolo es mayor, la del paso 2 o 3?
- Coloca un objeto pesado sobre la
jeringuilla de mayor superficie y presiona el émbolo de la jeringuilla de
menor diámetro.
EXPERIENCIA 5: COMPROBACIÓN DEL PRINCIPIO
DE ARQUÍMEDES:
Material: 1 dinamómetro, 1 soporte, 1
probeta o tubo de ensayo graduado, una esfera de metal, agua e hilo.
Procedimiento:
- Cuelga una esfera de
metal de un dinamómetro y anota su peso.
- Vierte agua en una
probeta, hasta la mitad aproximadamente y mide con cuidado el volumen
tratando de no cometer error de paralaje.
- Sumerge la esfera
colgada del dinamómetro previamente, tal y como indica la figura,
procurando que el agua cubra la esfera por completo y anota su peso.
- Anota su peso y
también el nivel del líquido.
Centro de gravedad punto rojo
