Tablas - Physica Lab

Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Variación de la Presión con la Profundidad en un Fluido
Objetivo

Determinar la relación de la presión en un fluido con la profundidad.
Fundamentación
Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido en equilibrio, éste ejerce una fuerza perpendicular a la
superficie del cuerpo en cada punto de la superficie. Esta fuerza por unidad de área se denomina
presión P del fluido:
P
F
A
(1)
En un fluido incompresible en equilibrio, la presión ejercida por el líquido sobre un cuerpo sumergido
depende de la densidad del fluido y la profundidad a la que se halle el cuerpo.1
Es importante tener en cuenta que la presión no depende de la cantidad de líquido presente. El
volumen no es un factor clave. Por ello, se sentirá la misma presión un metro bajo el agua en una
piscina que a la misma profundidad en un lago muy grande.2
En esta práctica se encontrará experimentalmente la relación entre la presión y la profundidad para
diversos fluidos.
Igualmente, se encontrará el peso específico  para los fluidos estudiados, definido como el peso por
unidad de volumen de una sustancia y que se calcula como:
 g
(2)
Donde  es la densidad del fluido y g es la aceleración de la gravedad. Esta cantidad es de amplio uso en
ingeniería, tanto en el diseño de estructuras como en la dinámica de fluidos.3
Preinforme
Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El
instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a través de una prueba
corta antes de iniciar la sesión de laboratorio.
1. Deduzca la relación entre la presión y la profundidad para un fluido incompresible en equilibrio de
densidad conocida .
2. Al final de la Guía se encuentran datos de presión vs. profundidad tomados en el laboratorio.
Determine el peso específico de la sustancia empleada y sus incertidumbres absoluta y relativa. ¿Se
trata de agua pura o una solución salina?
3. Se hace fluir plasma sanguíneo desde una bolsa a través de un tubo hasta la vena de un paciente, en un
punto en que la presión de la sangre es de 12 mmHg. La densidad específica del plasma a 37ºC es de
1,03. ¿Cuál es la altura mínima a la que deberá estar la bolsa para que el plasma entre en la vena?
Paul A. Tipler, Gene Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología, volumen 1. Reverté, Barcelona, 2005.
Paul G. Hewitt. Física Conceptual. Novena edición, Pearson Educación, México, 2004.
3
Wikipedia. Specific weight. Last modification: 16 January 2007. http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_weight
1
2
Variación de la presión con la profundidad en un fluido
Profesores: Alexander Osorio Caicedo, Mónica María Rico Castro
Universidad Autónoma de Occidente
Facultad de Ciencias Básicas
Departamento de Física
Equipo Requerido

Interfaz ScienceWorkshop

Sensor de presión absoluta

Soporte universal y barra de acero de 1 m

2 probetas de 100 mL

Nuez y pinza de sujeción

Escuadra

Tubo de vidrio de 30 cm de longitud

Banco de altura graduable

1 beaker de 1 L (opcional)
Procedimiento
Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y enciéndala.
2. Conecte el sensor de presión absoluta en uno de los canales analógicos de la interfaz.
3. Ejecute el programa DataStudio e instale el sensor de presión absoluta.
4. Verifique que la medida a registrarse corresponda a la de presión, y tenga en cuenta las unidades que
empleará para esta variable.
5. Antes de continuar con la configuración de los equipos, seleccione el medidor digital y de clic en el
botón inicio. Tome nota del valor de la presión atmosférica en el Cuaderno de Prácticas. (Nota: si lo
desea, puede cerrar el medidor digital de presión).
6. La toma de datos comprenderá la introducción manual de los datos de profundidad. Para registrarlas,
haga clic en el botón Opciones de muestreo. Seleccione la opción Conservar datos sólo si se solicita y habilite las
demás opciones disponibles (Escribir valor con el teclado… y Solicitar un valor). Ver Figura 1.
Figura 1
Escriba un Nombre para la variable y defina las unidades con las que reportará la profundidad.
7. Cree un gráfico Presión vs. profundidad.
Variación de la presión con la profundidad en un fluido
Profesores: Alexander Osorio Caicedo, Mónica María Rico Castro
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Departamento de Física
Parte II. Configuración del equipo
1. Introduzca la manguera del sensor de presión en el tubo de vidrio, haciendo que coincidan sus extremos.
Ver figura 2 a.
2. Llene la probeta con el fluido hasta aproximadamente el 80 % de su altura total (el criterio a seguir es que el
líquido no rebose cuando se introduzca hasta el fondo el tubo de vidrio con la manguera). Ver Figura 2b.
3. Con la pinza sujete el tubo de vidrio, buscando mantenerlo en posición vertical. Ver Figura 2c.
4. Coloque la probeta sobre el banco de altura graduable. Inicialmente, lleve el banco a su posición más
baja, procurando que no exista contacto entre el tubo de vidrio y el líquido.
Figura 2a
Figura 2b
Figura 2c
Parte III. Toma de medidas
1. Baje lentamente el tubo de vidrio hasta que su extremo inferior haga contacto con la superficie del
fluido (Figura 3a). Elevando la probeta, introduzca el tubo de vidrio hasta una profundidad de 1,0 cm.
La medida se registra presionando el botón Conservar. Escriba la profundidad en el cuadro de
diálogo que aparecerá a continuación.
2. Continúe elevando la probeta y registrando la presión cada 0,5 ó 1,0 centímetros (según como le
indique su instructor) hasta que el tubo de vidrio llegue al fondo de la probeta (sin tocarla). Ver
Figura 3b.
3. Detenga el registro de medidas y haga descender la probeta hasta su posición original.
4. Realice de nuevo el proceso de medición para otra probeta con un fluido diferente.
5. Opcional. Realice de nuevo el proceso de medición para uno de los fluidos utilizados, empleando
esta vez un recipiente más ancho (por ejemplo, un beaker de 1 L). Ver Figura 3c. Nota: en este caso,
necesitará usar más líquido, por lo que debe consultar su disponibilidad con el instructor.
Variación de la presión con la profundidad en un fluido
Profesores: Alexander Osorio Caicedo, Mónica María Rico Castro
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Figura 3a
Figura 3b
Figura 3c
Análisis
Las preguntas que se dan a continuación no deben ser respondidas como un cuestionario Pregunta/Respuesta.
Empléelas como una guía para desarrollar su análisis de una manera fluida, apoyándose en las gráficas y en sus
observaciones durante las mediciones realizadas.
1. Realice un gráfico de presión vs. profundidad para cada uno de los fluidos empleados. Proponga y discuta con
su instructor un modelo que explique el comportamiento observado.
2. ¿Qué relación debería existir entre la presión y la profundidad? ¿Se cumple esta relación? Justifique las
semejanzas o discrepancias encontradas.
3. ¿Cómo puede obtener el peso específico del fluido empleado a partir de los resultados de la gráfica?
Reporte este valor, junto con sus incertidumbres absoluta y relativa.
4. ¿Puede reportar la densidad del líquido utilizado (tanto su valor como sus incertidumbres absoluta y
relativa)? ¿Qué suposiciones debe hacer o qué información debe conocer?
5. ¿Cómo puede obtener la presión atmosférica a partir de los resultados de la gráfica? Reporte este valor,
junto con sus incertidumbres absoluta y relativa. Compare el valor obtenido por este método con el
registrado al comienzo de la práctica. Encuentre su error relativo.
6. ¿Existen factores que den lugar a discrepancias fuertes entre los valores hallados y los esperados?
7. ¿Cómo podría evitarse esta influencia negativa?
En caso de que haya realizado la parte opcional de la práctica, tenga en cuenta las siguientes preguntas.
1. Reporte el peso específico, la densidad y la presión atmosférica (junto con sus incertidumbres absoluta y
relativa, así como el error relativo en los casos donde pueda encontrarlos) para los datos obtenidos usando
el beaker.
2. ¿Difieren estas cantidades con las halladas haciendo el experimento con la probeta?
3. ¿Qué conclusión puede extraer de sus observaciones?
Variación de la presión con la profundidad en un fluido
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Tablas
Presión atmosférica (medida con el sensor):
Para cada fluido, realice las Tablas que se muestran a continuación:
Fluido:
Profundidad ( )
Presión ( )
Sugerencia: Obtenga estos valores arrastrando los datos de presión vs. profundidad hacia la opción Tabla en la ventana de Pantallas.
Incertidumbre relativa
Propiedad
Peso específico
Densidad


    :

     :
Presión atmosférica
* Encuentre

Po
Po
 Po  Po  :
 %
:
:
:
el error relativo en los casos donde disponga de la información necesaria.
Datos Pre-informe.
Fluido:
Profundidad (m)
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
0,12
0,13
0,14
Variación de la presión con la profundidad en un fluido
Profesores: Alexander Osorio Caicedo, Mónica María Rico Castro
Presión (kPa)
88,02
88,20
88,38
88,44
88,44
88,56
88,75
88,87
88,87
88,93
89,18
89,24
89,36
89,42
Error relativo*
 %
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Facultad de Ciencias Básicas
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Bibliografía
Paul G. Hewitt. Física Conceptual. Novena edición, Pearson Educación, México, 2004.
C. R. Nave. Hyperphysics, 2005.
Fluid Pressure Calculation.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pflu.html
Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria, volumen 1.
Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005.
Paul A. Tipler, Gene Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología, volumen 1. Reverté, Barcelona, 2005.
Wikipedia.
Specific weight. Last modification: 16 January 2007.
http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_weight
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