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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA LABORATORIO Nº 1 HIDROSTÁTICA 1. OBJETIVOS GENERALES Investigar y determinar la presión en el interior del líquido Probar y observar las aplicaciones de los diferentes principios de la hidrostática. 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS FLUIDO. Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta. Características La posición relativa de sus moléculas puede cambiar continuamente. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. Tienen viscosidad. Dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o menor velocidad. Mientras más viscoso es un fluido, fluye con menor velocidad; mientras menos viscoso, fluye con mayor velocidad. Su viscosidad esta en relación con la densidad del fluido. Su temperatura varia a mayor densidad Clasificación Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características que presentan en: Newtonianos No newtonianos O también en: Líquidos Gases UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Propiedades Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido. Propiedades primarias Propiedades primarias o termodinámicas: Presión Densidad Temperatura Energía interna Entalpía Entropía Calores específicos Coeficiente de viscosidad Propiedades secundarias Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos. Viscosidad Conductividad térmica Tensión superficial Presión de vapor Presión atmosférica DENSIDAD DE UN LÍQUIDO En física, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma. HIDROSTÁTICA La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. 2 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PRINCIPIO DE PASCAL En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: «el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo». El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión. También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza vertical ascendente igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así: Donde ρf es la densidad del fluido, V el volumen del cuerpo sumergido y g la aceleración de la gravedad, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje actúa siempre verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena. VASOS COMUNICANTES Vasos comunicantes es un nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados inferiormente que contiene un líquido; se observa que cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en los recipientes, sin influir la forma y volumen de estos ni el tipo de líquido. Este proceso forma parte de la Ley de Stevin. Cuando a los vasos comunicantes le agregamos cierta cantidad de líquido, éste se desplaza hasta alcanzar el mismo nivel en los recipientes. Sucede lo mismo cuando inclinamos los vasos, de nuevo, aunque cambie la posición de los vasos, el nivel del agua acaba alcanzando el mismo nivel en los recipientes. Esto se debe a la presión atmosférica, ya que el aire de la atmósfera ejerce la misma presión en la superficie de los vasos, equilibrándose el sistema al alcanzar el mismo nivel, sin influir su 3 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA geometría ni el tipo de líquido. Blaise Pascal ya demostró en el siglo XVII, que la presión que se ejerce sobre una molécula de un líquido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas direcciones. 3. DESARROLLO DE LAS EXPERIENCIAS EXPERIENCIA # 1: PRESIÓN HIDROSTÁTICA OBJETIVOS Investigar la relación entre las presiones ascendentes, descendentes y laterales en un punto dentro de un fluido. Variación de la presión hidrostática con la profundidad. MATERIALES UTILIZADOS Manómetro de tubo en U Líquido manométrico Cápsula del manómetro Cuba de vidrio Líquido (agua) ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA 4 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO a) Relación entre las presiones ascendentes, descendentes y laterales. Mantener la profundidad (H) de la cápsula constante y registrar la lectura del manómetro (h) para diferentes posiciones de la cápsula. Posición Pm (cm H2O) b) Relación entre presiones y profundidad. Mantener constante la posición de la cápsula registrar la lectura (h), del manómetro para diferentes profundidades (H) CONCLUSION La relación entre las presiones laterales, ascendente y descendente son iguales a una misma profundidad, sin embargo la presión sobre una determinada superficie varía en función de la profundidad: a mayor profundidad mayor presión. EXPERIENCIA # 2: EFECTO DE LA PRESION HACIA ARRIBA OBJETIVOS Observar el efecto de la presión ascendente e investigar la relación esta y la presión en el fondo de una columna de agua. MATERIALES UTILIZADOS Hilo Tubo sin fondo Vaso precipitado Tapa plástica Mesa de altura regulable 5 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO a) Efecto de la presión ascendente. Manteniendo la tapa presionada mediante el hilo sobre la base del tubo, observar el efecto de la presión bajando y subiendo la mesa de altura regulable. b) Relación entre la presión ascendente y la presión en el fondo. Manteniendo fija la altura de la mesa, agregar agua coloreada en el interior del tubo y observar en qué momento o para q altura (h) la tapa cae. CONCLUSION Mediante esta experiencia observamos que al igualarse las alturas (del líquido dentro del tubo y la altura del agua en el vaso de precipitado), la presión dentro del tubo es mayor, por lo tanto la tapa cae. EXPERIENCIA # 3: PRINCIPIO DE PASCAL. OBJETIVOS Demostrar el principio de pascal MATERIALES UTILIZADOS Balón con tubos capilares y émbolo Agua 6 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO Presionar el embolo del balón y observar el nivel en cada uno de los tubos capilares. CONCLUSION EXPERIENCIA # 4: VASOS COMUNICANTES OBJETIVOS Investigar la distribución de un líquido en los vasos comunicantes. MATERIALES UTILIZADOS Probeta con tubos capilares Agua ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA 7 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Verter el líquido por el tubo principal de los vasos comunicantes y observar el nivel que adquiere en los demás. CONCLUSION En la presente experiencia hemos probado la ley de los vasos comunicantes, ya que hemos visto que al verter un líquido dentro de vasos comunicados la altura del mismo va a ser la misma en todas las ramificaciones del vaso, por lo tanto tendrán igual presión a una misma altura. EXPERIENCIA # 5: PARADOJA HIDRSTÁTICA OBJETIVOS Mediante la paradoja hidrostática investigar el origen de la presión sobre el fondo. MATERIALES UTILIZADOS Balanza hidrostática Recipientes de distintas formas ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO Colocar un determinado recipiente en la balanza hidrostática y verter agua en éste hasta alcanzar una altura determinada (H) y constante. Pones en equilibrio la balanza corriendo la pesa móvil hacia la izquierda y registrar esta distancia R recorrida. Repetir la experiencia cambiando de recipiente pero manteniendo constante la altura H del nivel y comparar ambas distancias R y H. 8 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Forma del recipiente Distancia (cm) CONCLUSION Como hemos observado en esta experiencia la presión sobre el fondo de un recipiente no radica en la forma, ni en el diámetro del recipiente, sino en la altura. EXPERIENCIA # 6: PRESIÓN EN EL FONDO EN FUNCIÓN DEL LÍQUIDO OBJETIVOS Determinar cuantitativamente la presión sobre el fondo como fuerza por unidad de superficie. MATERIALES UTILIZADOS Balanza hidrostática Recipiente Agua ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO Con el material mostrado en el esquema, registrar la distancia R2 recorrida por la pesa móvil para llegar al equilibrio con las diferentes alturas (H) del líquido que muestra la planilla y realizar los demás cálculos conociendo R1, F2 y midiendo el diámetro del recipiente. 9 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA H (cm) R2 (cm) F1 (Nt) P (Nt/m2) P (Nt/m2) 10 15 20 R2= distancia recorrida R1= 2 cm (constante) F2= 0.176 Nt (constante) F1= ? (se calcula por momentos) CONCLUSION En esta experiencia logramos demostrar que la presión sobre el fondo como fuerza por unidad de superficie es directamente proporcional a la altura del líquido. EXPERIENCIA # 7: CAPILARIDAD OBJETIVOS Investigar el comportamiento de los líquidos en los tubos capilares. MATERIALES UTILIZADOS Juego de tubos capilares Liquido humectante Líquido no humectante ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA 10 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Introducir el juego de tubos capilares de diferentes diámetros en la cuba de agua coloreada y observar el nivel que alcanza el agua en cada uno de ellos. CONCLUSION En la experiencia realizada vemos que por el principio de capilaridad el nivel que alcanza el líquido en cada uno de los tubos varía de acuerdo al diámetro de ellos (a menor diámetro, mayor altura) EXPERIENCIA # 8: EMPUJE ASCENDENTE. OBJETIVOS Determinar la pérdida de peso aparente que experimenta un cuerpo sumergido en un fluido. MATERIALES UTILIZADOS Soporte universal Dinamómetro Cilindro de Arquímedes Mesa de altura regulable ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA 11 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Registrar el peso de la lectura del dinamómetro para cada profundidad (h) de inmersión del cilindro de Arquímedes y calcular el empuje experimentado en cada caso. H (cm) Wcs (Nt) E (Nt) 0 3 5 7 9 10 CONCLUSION La pérdida de peso aparente varia respecto a la profundidad que se encuentra sumergido un cuerpo en un líquido, como hemos podido observar el peso se reduce aparentemente conforme la profundidad vaya aumentado. EXPERIENCIA # 9: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES. OBJETIVOS Demostrar experimentalmente que el empuje que experimenta un cuerpo sumergido es igual al peso del líquido desalojado. MATERIALES UTILIZADOS Soporte universal Dinamómetro Vaso de Arquímedes Cilindro de Arquímedes Vaso de precipitado de 200 ml ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA 12 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Se realiza la lectura del dinamómetro cuando el cilindro está sumergido finalmente se vierte el líquido desalojado en el vaso de Arquímedes y se verifica su peso W1 = peso en el aire W2 = peso con el cilindro sumergido W3 = peso del vaso del cilindro y del líquido y del liquido desalojado W1 W2 W3 E WLIQ DES CONCLUSION Hemos demostrado experimentalmente que el empuje que experimenta un cuerpo sumergido es igual al peso del líquido desalojado. EXPERIENCIA # 10: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD OBJETIVOS Utilizando los principios de la hidrostática calcular la densidad de sólidos y líquidos. a) DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO MATERIALES UTILIZADOS Dinamómetro Sólido de densidad desconocida 13 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO Leer el peso del sólido en el aire en el aire y luego cuando está totalmente sumergido. Wc (Nt) Wcs (Nt) ρexp ρteo b) DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN LÍQUIDO MATERIALES UTILIZADOS Tubo en forma de U Liquido desconocido Agua 14 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA DE LA EXPERIENCIA PROCEDIMIENTO Verificar inicialmente que ρ1 > ρ2. Introducir o verter por una de las ramas del tubo en U el líquido de mayor densidad (ρ1) hasta cierta altura. Por la otra rama del tubo verter lentamente el segundo líquido (ρ2). Registrar las al turas H1 y H2 H1 (cm) H2 (cm) ρ2 CONCLUSION Utilizando los principios de hidrostática hemos calculado la densidad de sólidos y líquidos. 15 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA LABORATORIO #2 HIDRODINÁMICA 1. OBJETIVO GENERAL. Observar experimentalmente el movimiento de fluidos laminares y turbulentos. Aplicar la ecuación de Bernoulli y la continuidad para determinar la velocidad, presión y flujo de líquidos. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO. Nociones sobre flujo de los líquidos. Definición de la línea corriente. También llamadas líneas de flujo, es la trayectoria que siguen las partículas de un fluido en su movimiento ya sea estacionario o turbulento. Flujo laminar. Es cuando las moléculas de un fluido se desplazan en línea recta, llamado también flujo estacionario. Las diferentes líneas de corrientes no se cruzan entre sí, y el fluido circula formando un tubo de flujo cuya superficie actúa como una cañería. Flujo turbulento. S presenta cuando las moléculas del fluido no tienen una trayectoria rectilínea, es conocido también como flujo anárquico. Ecuación de continuidad y de Bernoulli. La ecuación de continuidad nos dice que el flujo que atraviesa una sección del tubo de corriente es contante en la unidad de tiempo. La ecuación de Bernoulli nos dice que cuando un fluido se mueve en régimen estacionario, la suma de las alturas piezométricas, cinética y geodésica es constante. Teorema de Torricelli (Descarga de un tanque). La velocidad de salida de un líquido por un orificio practicado en una pared delgada es la que tendría un cuerpo cayendo libremente desde la superficie libre del líquido hasta el centro de gravedad del orificio. Tubo de Venturi (Definición y uso). La presión en los estrechamientos es menor que en los ensanchamientos. Sirve para trasladar fluidos líquidos y medir su presión y velocidad durante el traslado. 16 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Viscosidad. Es la resistencia que ofrece todo fluido cuando este está en movimiento. La viscosidad varia con la temperatura, en un fluido líquido cuando se calienta su viscosidad disminuye y para los gases sucede lo contrario. Ley de Stokes. Es el estudio de la relación de la fuerza de penetración de un cuerpo contra la fuerza de resistencia que ofrece el fluido al desplazarse un cuerpo dentro de él. Manómetro Universal. Instrumento propio para medir la presión a que se halla un gas o vapor y que se distingue del barómetro en que éste solamente sirve para medir la presión atmosférica. Fuerzas que actúan en el vuelo de un avión. La sustentación de los aviones se debe más a las depresiones de la parte superior que a las sobrepresiones de la parte inferior. La fuerza ascendente resulta del vacío que se forma sobre el ala, por lo tanto la presión disminuye quedando menor a la presión que ejerce el viento sobre la parte inferior del ala. El peso del avión va en relación de la masa. La resistencia al avance, es la fuerza que ofrece el viento contrario al movimiento. La fuerza de impulso es la que ejercen los motores del avión. EXPERIENCIA # 1. LINEAS DE CORRIENTE. OBJETIVO Observar como se distribuye la velocidad o líneas de corriente que se producen alrededor de diferentes cuerpos sumergidos en una corriente de agua. ESQUEMA 17 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Observar la corriente (línea de flujo) primero sin los cuerpos experimentales y luego dibujar lo observado o la distribución de las líneas cuando ya se tiene cada uno de los cuerpos sumergidos regulando la velocidad del flujo. CONCLUSION EXPERIENCIA #2. MENOMETRO UNIVERSAL. OBJETIVO Determinar la velocidad, presión estática, presión dinámica y presión total con el manómetro universal en dos secciones diferentes de un flujo de aire. Sección 1 2 ESQUEMA V (m/s) 15 14 Pest 3 0.5 Pdin 12 11 Ptotal 10 8 18 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA PROCEDIMIENTO Con el tubo de Prandtl y e manómetro universal realizar las mediciones de la planilla por la sección 1 y 2. CONCLUSION Gracias al manómetro universal se pudo establecer las presiones en dos diferentes, las cuales se encuentran citadas en el cuadro anterior. EXPERIENCIA # 3. TUBO DE VENTURI. OBJETIVO Aplicar la ecuación de Bernoulli y Continuidad en el Tubo de Venturi, para determinar la velocidad del flujo mediante medidas de presión. ESQUEMA PROCEDIMIENTO Para tres posiciones del cursor (prueba) medir el desnivel (h) en el tubo en U y calcular las velocidades y caudal para cada caso. CONCLUSION 19 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA EXPERIENCIA # 4. PRESIÓN EN TUBO DE SECCIÓN VARIABLE. OBJETIVO Investigar y medir la distribución de presiones en el interior de un tubo de sección variable. ESQUEMA P1 2 cm P2 0.5 cm P3 0 cm PROCEDIMIENTO Para una determinada velocidad de flujo medir la diferencia de nivel en cada uno de los tubos en U. Con cada diámetro determinar la sección transversal (A) y la presión manométrica para cada una de estas. CONCLUSION La presión va disminuyendo a medida que el punto donde se mide la presión se aleja del generador de fluido. EXPERIENCIA # 5. TEOREMA DE TORRICELLI. OBJETIVO Aplicar el teorema de Torricelli para determinar el tiempo de descarga de un tanque y compararla con el experimental. 20 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA H (cm) 20 15 10 Tteo (seg) 260.42 189.25 116.78 Texp (seg) 256.85 181.89 106.93 V (m/seg) 1.98 1.71 1.4 3 -5 -5 Q (m /seg) 7.62 x 10 6.58 x 10 5.38 x 10-5 PROCEDIMIENTO Se llena el tanque para cada altura (h) y con un cronómetro se mide el tiempo de descarga completa. Con la medición del A1 y el A2 determinar la velocidad de salida y el caudal. CONCLUSION El tiempo de descarga calculado teóricamente mediante la ecuación de Bernoulli se podría decir que es el mismo que el calculado experimentalmente. EXPERIENCIA # 6. MEDICION DE LA VISCOSIDAD. OBJETIVO Determinar la viscosidad (μ) aplicando la ley de Stokes. 21 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA Nº Prueba 1 2 3 4 5 T (seg) 63.12 89.74 44.95 81.35 71.33 PROCEDIMIENTO Tomar el tiempo de caída de la esfera CONCLUSION El coeficiente de viscosidad del aceite usado en el experimento es 6.25 poise, que fue obtenido por medio de la Ley de Stokes. EXPERIENCIA # 7. PARADOJA AERODINÁMICA. OBJETIVO Investigar la succión que experimenta una placa circular colocada sobre la tobera de salida del generador de corriente de aire. 22 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA Puntos 1 3 Pest 2 3 Velocidad 8 2 PROCEDIMIENTO Sosteniendo la placa de su mango acercarla lentamente desde unos 50 cm de altura hacia la tobera del generador y experimentar la resistencia y luego la atracción que se origina. Cuando la placa se encuentra sobre la tobera registrar la presión estática y la velocidad utilizando el manómetro universal. CONCLUSION Determinamos que a cierta altura hacia la tobera del generador la fuerza de repulsión se convierte en fuerza de atracción debido al flujo turbulento que se produce en la parte inferior de la placa. EXPERIENCIA # 8. PRESION Y VELOCIDAD DE FLUJO SOBRE UN PERFIL DE ALA. OBJETIVO Determinar la variación de la presión estática y la velocidad del flujo de aire sobre el dorso y el vientre de un perfil de ala. 23 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA Puntos α = 10º P(mmHg) V (m/s) α = 20º P (mmHg) V (m/s) 2 0 0.5 2 2 4 18 3 4 5 6 2.5 2 1 0 8 4 1 3 1 PROCEDIMIENTO Se hace circular una corriente de aire sobre el perfil que consta de orificio sobre el vientre y el dorso con salidas laterales, desde las cuales se realizan las mediciones de presión, en los nueve puntos que tiene el perfil y para dos ángulo de inclinación, 10 y 20 grados. CONCLUSION Determinamos las variaciones de presión y velocidad del flujo de aire sobre el dorso y el vientre de un perfil de ala. EXPERIENCIA # 9. FUERZA ASCENDENTE Y RESISTENCIA AL AVANCE. OBJETIVO Investigar la influencia del ángulo de inclinación y la masa del perfil de ala sobre la variación de la resistencia al avance y fuerza ascendente. 24 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA ESQUEMA PROCEDIMIENTO Armar los materiales tal como se muestra en el esquema. Fijar el perfil totalmente horizontal y con la aguja indicando el ángulo cero, que luego se irá moviendo para los ángulos indicados en la planilla. Para medir resistencias el perfil debe tener un movimiento en un plano horizontal y para la fuerza ascendente el perfil se moverá en un plano vertical. Esto se logra cambiando el orificio y aguja que sirve de soporte. CONCLUSION 25 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA LABORATORIO # 3 OSCILACIONES Y GRAVITACIÓN OBJETIVO. Observar experimentalmente las transformaciones de energía, así como la cinemática y dinámica en el MAS. Estudiar las variaciones del Periodo de los diferentes péndulos. Observar y experimentar la interacción entre cuerpos debido a su masa inercial. FUNDAMENTO TEÓRICO Oscilación. Movimiento de vaivén de un cuerpo que pasa periódicamente y alternativamente por las mismas posiciones y con idéntica velocidad de una parte a otra de su posición de equilibrio. Movimiento Armónico Simple (MAS) y su ecuación general. Es el movimiento de vibración de un sistema que obedece a la ley de Hooke. Es un movimiento periódico oscilatorio a uno y otro lado de un punto fijo, en el que la fuerza que le produce es proporcional a la elongación x en cada instante y dirigida hacia el centro. Ecuación general: Periodo. Es el tiempo que requiere el sistema para completar un ciclo completo de vibración. Es el tiempo total del movimiento combinado de un lado a otro. Frecuencia. Es el número de vibraciones que se realizan en la unidad de tiempo Velocidad, Aceleración y Fuerza en el MAS. La velocidad tiene dos características una velocidad es máxima cuando el cuerpo durante su movimiento atraviesa un punto de equilibrio; y es mínima cuando el cuerpo alcanza su máxima amplitud. La aceleración también tiene dos características similares a la velocidad, pero el comportamiento es inverso a la velocidad. La fuerza tiende siempre a llevar el móvil hacia el centro. Energías en el MAS. Como el Movimiento Armónico Simple está dotado de movimiento, este posee Energía Cinética y Energía Potencial. Ley de Gravitación Universal. La fuerza con que se atraen dos cuerpos, el uno al otro, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La atracción es proporcional a la masa; un cuerpo cuya masa es 3 26 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA veces mayor que la de otro ejerce una fuerza de atracción que es también el triple. La atracción es proporcional a la masa: un cuerpo cuya masa es tres veces mayor que la de otro ejerce una fuerza de atracción que es también triple. La atracción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: si la distancia es dividida entre 3, la intensidad de la atracción queda multiplicada por nueve. EXPERIENCIA # 1. PÉNDULO DE RESORTE. a) Determinación de la constante de elongación (k) de un resorte: M (gr) H (cm) K (din/cm) k 50 7 7000 7000 100 12 8166 8166 b) Dependencia entre periodo (P) y la masa (m) del péndulo m (gr) t (s) Pexp (s) 50 6.30 0.63 100 8.20 0.82 150 9.75 0.97 27 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Pteo (s) 0.60 0.86 0.94 c) Dependencia entre el periodo (P) y la amplitud (A) del péndulo. M=cte. m (gr) t (s) Pexp (s) Pteo (s) 5 8.27 0.82 0.79 8 7.61 0.76 0.72 12 7.50 0.75 0.70 EXPERIENCIA # 2. PÉNDULO DE HILO (SIMPLE) a) Dependencia entre el periodo (P) y la longitud del péndulo (l) l (cm) t (s) Pexp (s) Pteo (s) 70 17.12 1.71 1.67 53 15.20 1.52 1.46 35 10.37 1.37 1.18 b) Dependencia entre el periodo (P) y la amplitud (A) del péndulo. l (cm) t (s) Pexp (s) Pteo (s) 70 19.40 1.94 1.67 53 18.38 1.83 1.46 35 18.00 1.80 1.18 c) Dependencia del periodo (P) y la masa del péndulo. 28 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Masa t (s) Pexp (s) Madera 14.57 1.501 Acero 14.60 1.501 EXPERIENCIA # 3. PÉNDULOS ACOPLADOS. Observar el incremento de energía entre dos péndulos acoplados. Prueba A (cm) X (cm) Nº de oscilaciones A B EXPERIENCIA # 4. PÉNDULO DE TORSIÓN Determinar el momento de inercia de una masa mediante el periodo del Péndulo de Torsión. a T (s) Pexp (s) L (kg/m2) 30 22.85 2.285 2.116 60 22.95 2.295 2.134 90 22.85 2.285 2.116 29 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA EXPERIENCIA # 5. BALANZA DE GRAVITACIÓN Demostrar el fenómeno de la atracción universal y determinar la constante gravitacional (G) EXPERIENCIA # 6. ACHATAMIENTO DE LA TIERRA. Con el uso de anillos demostrar cualitativamente el achatamiento de la Tierra. EXPERIENCIA # 7. ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD. Determinar el valor de la aceleración de la gravedad mediante el uso de un péndulo de hilo. 30 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA L (cm) t (s) Penp (s) g (m/s) 70 16.92 1.692 9.65 53 14.47 1.447 9.99 35 12.03 1.203 9.54 31 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA LABORATORIO # 4 CALOR Y TEMPERATURA OBJETIVO GENERAL Observar experimentalmente los efectos del calor y la temperatura en los cuerpos provocando su dilatación lineal, superficial y volumétrica. FUNDAMENTO TEÓRICO La dilatación de un cuerpo es el aumento del volumen de su masa por efecto de la temperatura, vale decir que el volumen de un cuerpo aumenta según los cambios de temperatura. Este cambio se representa de la siguiente manera. Pero sabemos que ese aumento de volumen puede ser de tres formas. Dilatación Lineal. La dilatación lineal es el aumento de longitud de un cuerpo solo que en una dirección a causa de un aumento en su temperatura, y se representa de la siguiente manera: Como vemos lo que aumento en el cuerpo es solo su longitud. Dilatación Superficial. Es el aumento de la superficie de un cuerpo a causa de un aumento en su temperatura, como vemos entonces se dilatará en dos direcciones y lo representamos de la siguiente manera: Dilatación Volumétrica. La dilatación volumétrica es el aumento del volumen de un cuerpo por motivo de un aumento de temperatura. Como veremos se dilata en tres direcciones entonces la representamos de la siguiente manera: 32 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA Como vemos el coeficiente de dilatación varía en cada fórmula pero sabemos que β = 2α, δ=3α por que la diferencia es muy mínima y solo varía en diferentes proporciones. El calor específico. El calor específico de un cuerpo es el calor propio de un cuerpo determinado en respecto a una temperatura y masa constante se representa por la letra Ce o Cp. Sus unidades son: Calorías gr · ºC Kilocalorías Kg · ºC EXPERIENCIA # 1. DILATACIÓN LONGITUDINAL DE UN CUERPO SÓLIDO POR CALENTAMIENTO ESQUEMA DATOS 33 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA EXPERIENCIA # 2. DILATACIÓN VOLUMÉTRICA ESQUEMA DATOS 34 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GRABIEL RENÉ MORENO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE FISICA EXPERIENCIA # 3. DETERMINAR EL CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO ESQUEMA DATOS 35