Actividad: Principio de Pascal

Actividad para el estudiante
Fluidos
Principio de Pascal
Nivel: 3º medio
Subsector: Ciencias físicas
Unidad temática: Fluidos
Ver video “Pascal”
Actividad: Principio de Pascal
¿Qué es un fluido?
Normalmente, hablamos de tres estados de la material: gas, líquido y
sólido. Un fluido está formado por una serie de moléculas dispuestas
aleatoreamente que permanecen unidas por las fuerzas de cohesión que
existen entre moléculas. Sin embargo, esta fuerza de cohesión sólo permite
que se encuentren unidos y no que adopten una forma propia como los
sólidos. Los fluidos siempre adquieren la forma del recipiente que los
contiene.
Los fluidos se deforman continuamente en el tiempo ante la aplicación de
una fuerza que se aplica en forma tangencial a ellos, sin importar la
magnitud de ésta.
Ahora podemos dividir los estados de la materia en dos: sólidos y fluidos.
Los sólidos tienen una forma y un volumen definido debido a que las fuerzas
de cohesión entre sus moléculas es muy grande, en cambio los fluidos
tienen menor fuerza de cohesión haciendo que no tenga ni forma ni
volumen definido, lo que los transforma en un estado deformable.
Los fluidos, a su vez tienen dos estados: líquidos y gases. Las moléculas en
el estado líquido se encuentran un poco más separadas que en el estado
gaseoso, esto hace que los líquidos sean incompresibles, mientras que los
gases sean compresibles.
Los líquidos, ¿ejercen presión?
Todos los cuerpos ejercen una fuerza hacia abajo, y los líquidos (así como
los gases) no son la excepción. La presión se define como la fuerza que
existe por unidad de área. Es decir:
P=
F
A
Las unidades de medición para la presión debiesen ser, en SI: N
corresponde a 1 Pascal.
1 Pa = N
m2
, que
m2
¿Por qué un buzo o un submarino están sometidos a mayor presión
mientras mayor sea la profundidad a que se encuentren?
La presión que ejerce un líquido en el fondo del recipiente que lo contiene
¿depende o no de la forma de este? ¿De qué factores depende?
Un líquido ejerce presión sobre el fondo del recipiente que lo contiene. Si
ponemos tan sólo una gota de líquido en un recipiente, esta ejercerá una
fuerza sobre una determinada superficie (presión) equivalente a 1 gota de
líquido. Si, ahora ponemos 1L de líquido en un recipiente, también ejercerá
una presión, pero ahora equivalente a 1L de líquido.
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Fluidos
Principio de Pascal
Entonces un buzo submarino que se encuentra a 10 m de profundidad
estará sometido a la presión de los 10 m de agua que existen sobre él, más
la presión atmosférica que existe a nivel del mar.
Consideremos entonces, un líquido de densidad D que se encuentra en un
recipiente cilíndrico alcanzando una altura h.
La fuerza que aplica el líquido en el fondo del recipiente debe ser igual a su
peso; mg.
La densidad es la masa por unidad de volumen, es decir: D =
tanto la masa estará dada por:
(recipiente será): Vcilindro = A × h .
m
, por lo
V
m = DV , y el volumen del cilindro
Si reemplazamos en la expresión de la presión:
P=
F peso mg DVg D( A × h) )g
=
=
=
=
= Dgh , obtenemos que la presión
A
A
A
A
A
depende de la densidad, aceleración de gravedad y la altura del recipiente.
No depende de la forma del recipiente, ni de la superficie del fondo, ni del
volumen de líquido.
¿La presión de un líquido se ejerce sólo sobre el fondo del
recipiente?
Supongamos que tenemos un recipiente de plástico como una botella y
dentro de ella hay 2 litros de bebida. ¿Qué ocurre si le hacemos un orificio a
uno de los lados de la botella?
Veremos que la bebida escapa por ese agujero.
¿Por qué?
El Principio de Pascal, indica la presión de un líquido contenido en un
recipiente cerrado se transmite con la misma intensidad a todos los puntos
del mismo y a las paredes del recipiente que lo contiene.
Por lo tanto, cualquier cambio en la presión aplicada al líquido se transmite
de la misma forma a todos los puntos del mismo, sin que esta presión
disminuya.
¿Dónde podemos observar este fenómeno?
Supongamos que tenemos la misma botella de plástico, y en ella hay 2
litros de bebida lo que la hace estar llena. Supongamos ahora, que
conectamos a la botella una manguera que agrega más bebida a nuestro
recipiente. ¿Qué ocurrirá con la botella?
Después de unos minutos, observaremos que la botella reventará debido a
la presión que el líquido ejerce en las paredes de la botella.
Por lo tanto la presión ejercida por la bebida que entra a la botella es igual
para todos los puntos de la botella, y por eso la botella completa revienta al
superar su capacidad.
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Principio de Pascal
El invento de la prensa hidráulica fue una de las aplicaciones del Principio de
Pascal, que, en pocas palabras, se utiliza como un multiplicador de fuerzas.
Ya sabemos que la presión de un líquido contenido en un recipiente es igual
en todos los puntos del líquido. Entonces:
P1 = P2
F1 F2
=
A1 A2
Mirando las expresiones, ¿qué ocurre si modificamos las áreas de paso del
líquido?
Supongamos que tenemos líquido cuya fuerza es igual a 5 N (peso), que se
ejercen sobre una superficie igual a 0,5 m2. Si modificamos el área de paso
desde los 0,5 m2 hasta 1 m2, ¿qué ocurrirá con la fuerza ejercida por el
líquido?
F1 F2
=
A1 A2
F
5N
= 22
2
0,5 m
1m
5 ×1
0,5
F2 = 10 N
F2 =
La fuerza que ejerce el fluido ahora es de 10 N, el doble de la fuerza que
ejercía inicialmente. Esto se logró sólo con aumentar el área de paso desde
0,5 m2 hasta 1 m2.
Actividades
I. Para comprender mejor el principio de Pascal, observa el video “Pascal”.
Presta atención a los siguientes momentos:
- El físico indica de qué trata la actividad que se muestra en el
video.
- El físico indica los materiales que utilizarán durante la actividad.
- Se construye el aparato que permitirá realizar la actividad.
- Lo que ocurre con el niño ubicado sobre el aparato construido
durante la actividad.
- El físico explica el fenómeno ocurrido durante la actividad.
- El físico indica que construyó una máquina multiplicadora de
fuerza.
II. Responde las siguientes preguntas relacionadas al video que acabas de
ver.
1. ¿Cómo es el área de paso del fluido hacia la bolsa (manguera)
comparada con el área en que se encuentra el fluido, (bolsa)?
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2. ¿Qué ocurre con el niño que se encuentra sobre la bolsa, cuando esta
se empieza a llenar?
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3. ¿Cómo es la fuerza ejercida por el fluido cuando entra a la bolsa
comparada con la fuerza ejercida por el fluido dentro de la bolsa?
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4. Observa el siguiente esquema. Indica en forma cualitativa:
- La magnitud de la fuerzas 1 y 2 (F1 y F2).
-
La dirección y sentido del fluido.
-
La magnitud de las superficies 1 y 2. (S1 y S2)
F2
III.Ahora observa la animación vinculada a esta actividad “Principio de
Pascal”.
Observa qué ocurre en la animación. En ella se ilustra cómo se ejerce
una fuerza, F que hace que el camión se mueva hacia arriba.
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Principio de Pascal
1. ¿Qué ocurrió en la animación? Intenta describir cómo y por qué
ocurre el fenómeno ilustrado en la animación.
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IV. Por último, observa la presentación de diapositivas digitales (en Power
Point), “Construyendo una prensa hidráulica”. Te permitirá comprender
mejor estos conceptos.
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