Introducción
La Estática de fluidos estudia los fluidos en equilibrio, aunque el reposo o el equilibrio es una propiedad microscópica. En realidad, las las partículas individuales de un fluido se mueven de una manera continua y desordenada en virtud de lo que en Física se denomina agitación térmica, de acuerdo con la teoría cinética de la materia, pero a efectos mecánicos microscópicos, lo que haremos será ignorar esa agitación térmica. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y el de Arquímedes pueden considerarse consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas características diferentes. En la atmósfera se dan los fenómenos de presión y de empuje que pueden ser estudiados de acuerdo con los principios de la estática de gases. Cuando un fluido está contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre sus paredes y, por tanto, puede hablarse también de presión. Si el fluido está en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares a cada porción de superficie del recipiente, ya que de no serlo existirían componentes paralelas que provocarían el desplazamiento de la masa de fluido en contra de la hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficie determina la dirección de la fuerza de presión, por lo que el cociente de ambas, que es precisamente la presión, resulta independiente de la dirección; se trata entonces de una magnitud escalar. Para medir la presión empleamos un dispositivo denominado manómetro, es un aparato que sirve para medir la presión de los gases contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos de manómetros: los de líquidos y los metálicos; Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, mercurio que llena un tubo en forma de J. El tubo puede estar o abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando al recipiente que contiene el gas el tubo por su rama inferior y abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto entonces es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica po en la ecuación p = po ± g h. Si es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = g h. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presiones elevadas. En los manómetros metálicos la presión del gas da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema
mecánico a una aguja que marca directamente la presión del gas sobre una escala graduada. Objetivos
Identificar los equipos de realización de la práctica de estática de fluidos.
Explicar en forma clara su uso.
Familiarizarse con la medición de presión con manómetros tubo en U.
Determinar la apreciación de una medición.
Formar equipos de trabajo.
Equipos y materiales
1. Recipiente de vidrio o acrílico de 50x50x50. 2. embudo con diámetros de 10 o 15 cm. 3. trozos de manguera de 2 metros trasparente del mismo diámetro de la punta del embudo. 4. Una hoja de papel milimetrado. 5. Un litro de tinta china o líquido similar. 6. Un trozo de MDF 7. 3 globos grandes de piñata.
Pre-Laboratorio Mecánica de los Fluidos
La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca
que
no
tengan
una
forma
definida.
La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química , civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía. La mecánica de fluidos puede dividirse en dos aspectos importantes que son: La Estática de Fluidos: Que se ocupa de los fluidos en reposo, es decir sin que
existan fuerzas que alteren su posición. La Dinámica de Fluidos: Que se ocupa de los fluidos en movimiento, es decir que
están bajo fuerzas que alteran su posición. También está la Hidrodinamica, esté término se aplica al flujo de líquidos o al flujo de gases a baja velocidad, en el que puede considerar se que el gas es esencial mente incomprensible, La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficiente mente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad. Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas.
Presión: La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la
que actúa es decir: P = F/A Por la definición de presión vemos que su unidad debe estar dada por la relación entre una unidad de fuerza y una unidad de área. En el SI la unidad de fuerza es 1 N y la del área, 1m². Entonces en este sistema la unidad de presión será 1 N/m². Existen varios tipos de presión. Las podemos clasificar de la siguiente manera: Presión atmosférica: La presión atmosférica es la presión que ejerce la atmósfera
sobre todos los cuerpos de la tierra o que están en el interior de la atmósfera. Presión absoluta: Se denomina presión absoluta a la presión que soporta un sistema
respecto al cero absoluto. Para poder decir que existe sobrepresión la presión absoluta debe ser superior a la presión atmosférica. Sin embargo, cuando la presión absoluta es inferior a la presión atmosférica decimos que existe una depresión. Para complicar un poco el asunto, diremos que la sobrepresión y la depresión son la presión relativa. Hay que tener en cuenta, que tanto la presión absoluta (Pab) como la presión relativa (Pr) están en función de la presión atmosférica (P0). Presión manométrica: esta presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión
atmosférica. Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro.
Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero
corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre
la
presión
absoluta
y
la
atmosférica
en
un
determinado
lugar.
Densidad: es la cantidad de masa por unidad de volumen. La unidad es kg/m3 en el
SI.
Peso específico: Se denomina peso específico de un gas o líquido al peso de la
unidad de su volumen. Tanto la temperatura como la presión influyen en el peso específico, por este motivo se acostumbra a indicar éstos valores cuando s e da el valor del peso específico, 3
3
normalmente en Kg/m o en gr/cm . Su expresión de cálculo es:
Siendo, , el peso específico; , el peso de la sustancia; , el volumen de la sustancia; , la densidad de la sustancia; , la masa de la sustancia; , la aceleración de la gravedad.
Procedimiento experimental
La construcción de la maqueta se basa en los siguientes pasos: 1. Se coloca el globo en el embudo 2. Se une el embudo a la manguera transparente para formar el manómetro 3. Una vez todo esto junto se adhiere a la tabla MDF 4. A un extremo de la tabla MDF estará un recipiente lleno de agua en el cual será sumergido el embudo
Análisis de Resultados
Cuando terminamos de armar la maqueta, comenzamos el experimento, que consiste en medir la presión manométrica de un envase de plástico, con un embudo y un tubo transparente. Resultados: Cuando sumergimos el embudo 1 cm, el manómetro marco 2 mmHg Cuando sumergimos el embudo 2 cm, el manómetro marco 3 mmHg Cuando sumergimos el embudo 3 cm, el manómetro marco 4 mmHg.
Esto se debe a que la presión en el recipiente es mayor a la presión atmosférica. La altura en el tubo nos indica la presión manométrica, que representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica.
Conclusión
El desarrollo de esta experiencia permitió apreciar como la teoría de equilibrio de fluidos estáticos se ajusta al experimento, puesto que la altura en una columna de fluidos tiene relación directa con las presiones en el sistema manométrico. Es así como, por ejemplo, a mayor presión por un lado del manómetro, mayor es la altura de la columna consiguiente, de forma tal que al reducir la presión, también se reduce la columna. Asimismo, ante una misma presión, la variación de altura de la columna difiere cuando son dos fluidos con distinta densidad. Es así como a mayor densidad, menor es la altura necesaria para tener la misma presión con un fluido más ligero. No obstante, es importante señalar que se requiere mayor precisión en los instrumentos para obtener resultados más precisos, puesto que no estaban disponibles las herramientas necesarias para medir un ajuste perfecto.
Bibliografía
http://mecanicadefluidosicp.blogspot.com/2010/09/mecanica-de-fluidos.html http://sitioniche.nichese.com/presion.html http://www.tiposde.org/ciencias-naturales/357-tipos-de-presion/#ixzz2UXuEERop http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Densidad_Concepto.htm
