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?