Fluidos en reposo I

LABORATORIO DE FISICA II
PRACTICA No. 5: FLUIDOS EN REPOSO
TEORIA
La presión se define como fuerza por unidad de área. Esta variable tiene unidadesde
pascales (Pa), atmósfera (atm) milímetros de mercurio (mm Hg), bar, lb/pulg2 (psi), entre
otras. Se dice que la eficiencia de una fuerza depende del área sobre la que actúa. Esto es
obvio cuando nos paramos de puntas: al disminuir el área sobre la que se ejerce la fuerza, la
presión aumenta.
Al sumergirse en el océano, y aumentar la cantidad de fluido que se encuentre sobre
nuestra cabeza, la presión que sentimos aumenta. Así, se puede generalizar que al aumentar
la profundidad en un fluido aumenta la presión. El principio de Pascal establece que “la
presión aplicada en un punto en un fluido encerrado se transmite sin disminución a cualquier
parte del mismo y a las paredes del recipiente”.
En la práctica anterior se separó a los fluidos en dos grandes grupos: los líquidos y
los gases. Una de las razones de esto es la compresibilidad de ambos. La compresibilidad de
gases y líquidos produce variación en la densidad al alterar el volumen del fluido. Los gases
no poseen un volumen natural, sino que se expanden para llenar el recipiente que los contiene.
Se dice que un gas es compresible ya que su volumen varía de manera importante al aplicar
una presión. Por otra parte, los líquidos si tienen un volumen natural y, aunque adquieren
forma del recipiente que les contiene, no adquieren su volumen. Los líquidos son
prácticamente incompresibles. Así, la respuesta de los fluidos a un esfuerzo es muy
importante ya que puede alterar sus propiedades.
Hay muchos instrumentos que sirven para medir la presión:
barómetros, manómetros. Uno de los más utilizados es el barómetro
de mercurio o barómetro de Torricelli. El barómetro es un tubo de
vidrio graduado con una longitud superior a 762 mm y cerrado en un
extremo que se llena con mercurio. Una vez lleno, se invierte sobre un
recipiente que contenga mercurio. El espacio dentro del tubo por
encima del Hg contiene vapor de Hg. La presión en dos puntos a una
misma profunidad debe de ser la misma, por lo tanto, la presión en el
punto A en la figura 1 debe de ser igual a la del punto B. La presión
en el punto B se puede conocer utilizando el concepto de presión
A B
hidrostática (la presión es igual al producto de la densidad, la
gravedad y la altura) y, así, se puede saber la presión en el punto A.
Figura 1. Esquema de un
barómetro de mercurio.
Un manómetro es un instrumento que también sirve para
medir la presión atmosférica. El más sencillo consta de un tubo en forma de U que contiene
dos líquidos que no se pueden mezclar.
Experimento 1
Calcular la presión que ejerce tu peso sobre el piso. ¿Cómo varía la presión al pararte
de puntas? ¿Sientes mayor o menor presión sobre los pies cuando estas parado de puntas?
Experimento 2
Colocar un popote en un vaso con agua. Tapar el popote con un dedo y sacarlo del agua. ¿Qué
le sucede al agua dentro del popote? Explicar. ¿Qué es lo que pasa cuando se quita el dedo?
Explicar.
Experimento 3
Advertir la existencia de la presión atmosférica observando cómo se dilata un globo cerrado
cuando se encuentra en el interior de un depósito que está siendo evacuado. Al dejar de
haber presión por la presencia de aire a su alrededor, ¿qué le sucede al globo?
Experimento 4
Al tener dos botellas conectadas a través de una manguera y variar la altura de una
de ellas, se puede observar que el nivel de ellas cambia quedando siempre el fluido a la misma
altura. Demostrar que esto pasa. Explicar porque sucede. ¿Pasa únicamente cuando se
mueve una de las botellas de altura? Demostrar.
Experimento 5
Hacer un barómetro de mercurio y explicar su funcionamiento de manera amplia.
Experimento 6
Manómetro en U. Utilizar un manómetro en U con ramas abiertas para determinar la
densidad del aceite y del alcohol en base a la densidad del agua y el concepto de presión
hidrostática (P=ρgh). No olvides calcular la densidad del agua (masa sobre volumen) y
calcular el error en todos los casos. En el caso del aceite comparar la densidad obtenida con
el valor obtenido en la práctica anterior. Analizar porqué difieren esos valores y porque
difiere, también, el error. Al colocar un fluido de menor densidad en una de las ramas del
manómetro en U se observa que los fluidos se acomodan de forma tal que una de las ramas
tiene mayor profundidad que la otra. ¿Qué rama presenta mayor profundidad y porque?