ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL<br />INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS<br />LABORATORIO DE FÍSICA B<br />HIDRODINÁMIC...
Lab Física B - Informe #4 (Hidrodinámica)
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Lab Física B - Informe #4 (Hidrodinámica)

  1. 1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL<br />INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS<br />LABORATORIO DE FÍSICA B<br />HIDRODINÁMICA<br />NOMBRE: Christian Lindao Fiallos<br />FECHA DE ENTREGA: 24 de Junio del 2011<br />PARALELO 9<br />I TÉRMINO 2011 – 2012<br />2329096156809<br />1.- OBJETIVOS:<br />Analizar aplicaciones de los fluidos en movimiento.<br />2.- RESUMEN:<br />La semana pasada arme la práctica de Hidrodinámica, donde analicé el funcionamiento de las alas de avión por medio de una máquina que enviaba un flujo de aire sobre una aleta, la cual le daba más velocidad a la parte superior de la aleta lo que ocasionó menor presión en esta área con respecto al área inferior y con esto se comprobó que las diferencias de presiones sobre las alas de un avión le otorgan la fuerza necesaria para levantar y bajar vuelo.<br />También analicé las presiones, ejercidas sobre objetos de diferentes formas, producidas por corrientes de viento en el interior de estos objetos; para ello use un tubo de sección variable en el cual pude verificar que la presión fue menor en su sección más pequeña gracias a las mangueras conectadas a diferentes secciones de ella (la manguera en la sección menor del tubo absorbió mas tinta que las otras), también gracias a dos hojas colocadas paralelamente, un puente de papel y una bola de pimpón colocada en un chorro de aire, pude verificar que la presión es mayor sobre un área extensa sometida a una diferencia de presión y también verifiqué que en objetos con una presión menor en su interior y una presión mayor en su exterior se produce una fuerza hacia su interior producto de la diferencia de presiones. <br />Por último comprobé el teorema de Toricelli por medio de una lata con orificios igualmente espaciados, la cual llené con agua y comprobé que la velocidad de salida del líquido en los orificios de la lata es proporcional a la distancia de la superficie del líquido y el hueco por donde escapa el agua y también comprobé que la distancia recorrida por los chorros de agua que salen de la lata eran iguales.<br />3.- INTRODUCCIÓN:<br />Principio de Bernoulli, expresa que en un fluido ideal circulando por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido, esto viene dado por la ecuación:<br />Teorema de Torricelli, dice quela velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio<br />Presión, es la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.<br />4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:<br />Hojas de papel paralelas:<br />Procedí a colocando dos hojas de dimensiones iguales sobre la mesa de trabajo.<br />Tomé una hoja en cada mano y las sujeté con los dedos.<br /> Coloque las hojas verticalmente y las dispuse entre ellas de forma paralela procurando dejar un espaciado entre ellas de aproximadamente 2 centímetros.<br />Soplé entre el espaciado de las hojas.<br />Verifiqué que las hojas se junten debido a la diferencia de presión del espacio entre ellas y la presión atmosférica que actúa sobre sus caras laterales.<br />Anoté mis observaciones sobre este experimento.<br />Puente de papel:<br />Coloqué una hoja de papel sobre la mesa de trabajo.<br />Dibujé en la hoja de papel un rectángulo de dimensión 18x5 cm y en los lados derecho e izquierdo de este rectángulo dibujé cuadrados de 4x4 cm que me indicaron como doblar la hoja.<br />375221550165Con una tijera corté el rectángulo de la hoja.<br />Doblé el rectángulo por los cuadrados que dibuje.<br />Coloqué el puente que construí con la hoja de papel sobre la mesa de trabajo<br />Soplé sobre la parte de abajo del puente.<br />Verifiqué que la parte superior del puente se incline más hacia abajo que las paredes laterales del puente, debido a que la fuerza producida por la diferencia de presión es mayor sobre áreas más extensas.<br />Anoté mis observaciones sobre este experimento.<br />Teorema de Torricelli:<br />Coloqué una lata de 12 cm de alto sobre la mesa.<br />Realicé marcas guías sobre la lata a un espaciado de 4 cm desde la base hasta la tapa procurando que estas líneas de referencia este en el mismo eje vertical.<br />Realicé un orificio a 4 cm de su base y luego realicé otro orificio a 8 cm de su base<br />En el lavadero del laboratorio llené con agua la lata.<br />Verifiqué que el agua que sale por los dos orificios de la lata caigan a una distancia “x” según el teorema de Torricelli.<br />Anoté todas mis observaciones sobre este experimento.<br />Bola de Pimpón:<br />La profesora conectó la máquina de chorros de aire a un toma corriente eléctrica.<br />Encendió la máquina por medio de su interruptor.<br />Alineó el eje del chorro de aire en dirección perpendicular al suelo.<br />Colocó una bola de pimpón dentro del chorro de aire.<br />351091571755Explicó el marco teórico del por qué sucede el fenómeno de flotación de la bola de pimpón por acción de la diferencia de presiones entre la cara frontal al chorro de aire y la cara trasera al chorro de aire de la bola de pimpón.<br />Inclinó el eje del chorro hacia la derecha, procurando que la bola de pimpón permanezca en el chorro de aire.<br />Inclinó el chorro de aire hasta un punto donde la fuerza de gravedad era mayor que la fuerza vertical resultante creada por la diferencia de presiones en la bola de pimpón.<br />Anoté todas mis observaciones sobre este experimento.<br />Funcionamiento de ala de avión:<br />3339465316230La profesora conectó a un enchufe la máquina que crearía un flujo de viento sobre una ala suspendida por unos cables desplazables.<br />Encendió la máquina y el ala comenzó a elevarse.<br />La profesora explicó los principio de este fenómeno, el cuál fue producido porque sobre la parte superior del ala había mayor velocidad de viento que la parte inferior del ala, todo porque el viento tenia mas recorrido en la parte superior lo que ocasionó que la presión sobre este lado disminuyera y la presión sobre la parte inferior sea mayor y creara una fuerza hacia arriba resultante sobre el ala lo que hizo que se eleve unos centímetros.<br />Redujo la velocidad del viento y el ala comenzó a bajar.<br />Me percaté de la fuerza que actuaba sobre el ala por medio de una escala en Newtons que medía la fuerza sobre los cables que sostenían el ala.<br />Anoté todas mis observaciones sobre este experimento.<br />Tubo de Venturi:<br />La profesora conectó a un enchufe una máquina de producía una circulación de viento dentro de un tubo de sección cambiante.<br />362267583820Ajustó unas mangueras conectadas a diferentes secciones del tubo.<br />Encendió la máquina y observé que las mangueras absorbían la tinta que estaba sobre un recipiente, pero más absorbía la manguera conectada a la sección menor del tubo de sección cambiante.<br />Luego tapó con sus manos la salida del tubo de sección cambiante, y observé que todas las mangueras expulsaban aire y hacían burbujear la tinta colocada sobre un pequeño envase.<br />Anoté todas mis observaciones acerca de este experimento.<br />5.- RESULTADOS:<br />Hojas de papel paralelas<br />En este experimento pude observar que cuando soplé entre las hojas se creó una disminución de la presión producto del aumento en la velocidad, este efecto ocasionó que las hojas de junten gracias a la fuerza que produjo la presión del laboratorio sobre las caras exteriores de las hojas.<br />Puente de Papel<br />En este experimento pude observar que mientras soplaba en el interior del puente de papel, la parte superior del puente se inclinó hacia abajo más que los otros lados del puente de papel, esto se debió a que la presión del laboratorio era mayor que la presión dentro del puente, la cual se redujo por el aumento de velocidad dentro de su interior, y ejerció una fuerza sobre el puente en dirección hacia su interior y como esta fuerza es proporcional al área donde actúa, se ejerció más fuerza sobre la parte superior del puente debido a que era el área mayor de toda la superficie del puente de papel.<br />Teorema de Torricelli<br />En este experimento pude observar que el alcance del agua que expulsaban los orificios creados sobre la lata fue igual, esto debido a que se cumplío el teorema de Torricelli que afirma que la velocidad horizontal con la que sale el agua es proporcional a la altura con respecto a la superficie del líquido. Debido a que el tiempo de caída del agua saliente por el orificio inferior era menor con respecto al tiempo de caída del agua saliente por el orificio superior, se compenso con la velocidad de salida, la cual fue mayor en el orificio inferior que en el orificio superior y, debido a la proporcionalidad de la distancia con respecto a la velocidad y el tiempo, la distancia que recorrió el agua saliente por ambos orificios fue igual.<br />Bola de Pimpón:<br />En este experimento pude observar que al colocar la bola de pimpón sobre el chorro de aire este flotó dentro de él, esto se debió a que la presión de la cara frontal al chorro de la bola de pimpón era menor que la presión sobre la cara trasera y este fenómeno conjunto produjo una fuerza que jalaba a la bola hacia el interior del chorro y esta fuerza fue compensada por la fuerza hacia el exterior que provocaba el viento sobre la bola, y por sumatorias de fuerzas las bola se quedaba flotando en el chorro de aire. <br />La bola se cayó al inclinar el eje del chorro de aire debido a que se sobrepaso el ángulo en el cuál la fuerza que empujaba la bola hacia el interior del chorro era mayor-igual que la fuerza de gravedad.<br />Funcionamiento de ala de avión:<br />En este experimento pude observar que al pasar una corriente de viento sobre el ala, esta comenzó a elevarse y, a medida que la velocidad del viento aumentaba, el ala se elevaba más; esto se produjo porque sobre la parte superior del ala, el aire tenía mucho más recorrido y tenía una mayor velocidad que la parte inferior del ala, lo que ocasionó que la presión sea menor (en la parte superior) que la presión en la parte inferior; todo esto produjo una fuerza hacia arriba sobre el ala, lo que hizo que esta se elevara a medida que la velocidad aumentaba.<br />Tubo de Venturi:<br />En este experimento pude observar que al introducir un corriente de viento sobre el tubo de sección variable las mangueras succionaban tinta de un envase, pero más succionaba la manguera ubicada sobre la sección más pequeña del tubo cambiante; todo esto fue producido por que la presión del laboratorio era mayor que la presión dentro del tubo, en especial en la sección más pequeña, y debido a esto se produjo una fuerza hacia el interior de las mangueras y con ello la succión de la tinta que estaba sobre un envase pequeño.<br />1. Observaciones y Datos<br />Escriba sus observaciones acerca de los experimentos realizados en esta práctica.<br />Hojas de papel paralelas<br />Al soplar entre las dos hojas, al haber más velocidad disminuyó la presión entre las hojas, y debido a que la presión lateral a las hojas se mantuvo constante y era igual a la presión atmosférica, las hojas se pegaron por la diferencia de presiones que había sobre las hojas.<br />Puente de Papel<br />Al soplar dentro del puente se inclinó hacia abajo su lado horizontal; esto fue porque el viento aventado sobre el interior del puente provocó una disminución de su presión mientras que la presión externa del puente permaneció constante, todo esto ocasionó que se produzca una fuerza resultante hacia dentro del puente la cuál fue mayor en el lado de mayor área que en los lados laterales del puente. <br />Bola de pimpón<br />Verticalmente la bola se mantuvo flotando en su eje porque las presiones laterales sobre ella eran iguales y no producían una fuerza resultante hacia algún lado, mientras que cuando se inclinó el eje del chorro de aire, la bola se mantuvo en el eje del chorro porque la presión sobre la cara frontal de la bola al chorro era menor que la presión sobre su cara trasera, lo que ocasionó una fuerza resultante hacia el interior del chorro de aire.<br />Teorema de Torricelli<br />La velocidad en “x” con la que salía el agua en el orificio más alto de la lata era menor que la velocidad en “x” del agua que salía del orificio inferior, esto fue debido a que la energía del agua aumenta con la profundidad en el agua. La diferencia de velocidades fue compensada por el tiempo de caída del agua, esta compensación hizo que la distancia que recorría el agua en el orificio superior e inferior sea la misma.<br />2. Análisis<br />a) Por qué las hojas de papel tienen el comportamiento observado?<br />Porque sobre ellas se ejercerá una fuerza neta hacia el interior del espaciado de las dos hojas, esto sucedió porque la presión interna era menor que la presión presente en las caras exteriores de las hojas.<br />b) ¿Por qué el puente tiene el comportamiento observado?<br />La parte superior se inclinó más hacia abajo que los otros lados, debido a que tenía un área mas grande que las otras y ya que Fuerza = Presión x Área, se ejerció una mayor fuerza sobre este lado por la diferencia de presiones provocada por el soplo de aire que hice sobre el interior del puente.<br />c) ¿Por qué la bola de pimpón tiene el comportamiento observado?<br />Se mantuvo suspendido por la diferencia de presiones entre su cara frontal y trasera al chorro de aire, lo que creó una fuerza sobre esta bola que lo empujaba hacia el interior del chorro de aire (se debió a que la presión de la cara frontal al chorro tenia menor presión que la cara trasera).<br />d) Dos canoas siguen dos rutas paralelas muy cercanas, a gran velocidad. Explicar por qué pueden chocarse.<br />Si se toma un movimiento relativo y se dice que la canoa esta estática y el río que lo rodea se mueve a gran velocidad, habrá un presión menor en el río que la presión en el interior de las canoas y, debido a que están muy cerca una canoa de otra, la diferencia de presión entre la canoa y el rio creará una fuerza resultante en cada canoa que apuntará hacia la canoa contraria.<br />Los huracanes arrancan los techos de las casas ¿Por qué?<br />Porque los huracanes hacen que las moléculas de aire se aceleren a grandes velocidades lo que ocasionará una disminución enorme en la presión que rodea a las casas, y debido a que la presión dentro de las casas se mantiene aproximadamente constante, se creará una fuerza hacia el exterior sobre toda las superficie de la casa, y como el techo es el material menos pesado en la casa, se desprenderá primero.<br />Demostrar teóricamente el resultado obtenido en el experimento<br />Punto 3 con respecto al punto 2<br />Velocidad del agua en el punto 2:<br /> <br />Tiempo de caída del agua saliente por el punto 2<br />Distancia recorrida horizontalmente<br />Punto 3 con respecto al punto 1<br /> <br />Tiempo de caída del agua saliente por el punto 2<br />Distancia recorrida horizontalmente<br />8020056350<br />6.- DISCUSIÓN:<br />En el experimento de las hojas paralelas al soplar sobre el espaciado de las hojas, las hojas se juntaron, mientras que cuando soplé, con la ayuda de mi compañera de trabajo, alado de las caras exteriores de las hojas estas se separaron mas de la distancia inicial entre ellas; esto se produjo porque siempre una presión mayor ejercerá una fuerza hacia dentro de la zona donde exista una presión menor.<br />En el experimento del funcionamiento del ala de un avión a medida que la velocidad del viento aumentaba el ala se elevaba mucho más y al reducir la velocidad del viento el ala descendía, este efecto de descenso y ascenso es producido en el ala de los aviones comerciales por medio de alerones, que están ubicados en los extremos de las alas, los que producen una diferencia de presiones sobre la parte superior e inferior del ala.<br />7.- CONCLUSIÓN:<br />En esta práctica pude comprobar que la velocidad y la presión son inversamente proporcionales, ya que en todos los experimentos que realicé al introducir una corriente de viento sobre un objeto o través de un objeto, se creaba una presión menor a la presión atmosférica presente en el laboratorio lo que creaba una fuerza hacia la zona donde la presión era menor.<br />8.- BIBLIOGRAFÍA:<br />Guía de Laboratorio de Física B, 2011<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Torricelli<br />http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n<br />

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