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Universidad Autnoma de Occidente Facultad de Ciencias Bsicas
Departamento de Fsica
Variacin de la presin con la profundidad en un fluido
Profesores: Alexander Osorio Caicedo, Mnica Mara Rico Castro
Variacin de la Presin con la Profundidad en un Fluido
Objetivo Determinar la relacin de la presin en un fluido con la
profundidad.
Fundamentacin
Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido en equilibrio, ste
ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada
punto de la superficie. Esta fuerza por unidad de rea se denomina
presin P del fluido:
FPA
= (1)
En un fluido incompresible en equilibrio, la presin ejercida por
el lquido 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 presin no depende de la
cantidad de lquido presente. El volumen no es un factor clave. Por
ello, se sentir la misma presin un metro bajo el agua en una
piscina que a la misma profundidad en un lago muy grande.2
En esta prctica se encontrar experimentalmente la relacin entre
la presin y la profundidad para diversos fluidos.
Igualmente, se encontrar el peso especfico 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 aceleracin de
la gravedad. Esta cantidad es de amplio uso en ingeniera, tanto en
el diseo de estructuras como en la dinmica de fluidos.3
Preinforme
Para la realizacin de esta prctica es imprescindible que tenga
un conocimiento bsico sobre algunos aspectos. El instructor evaluar
este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal)
o a travs de una prueba corta antes de iniciar la sesin de
laboratorio.
1. Deduzca la relacin entre la presin y la profundidad para un
fluido incompresible en equilibrio de
densidad conocida . 2. Al final de la Gua se encuentran datos de
presin vs. profundidad tomados en el laboratorio.
Determine el peso especfico de la sustancia empleada y sus
incertidumbres absoluta y relativa. Se trata de agua pura o una
solucin salina?
3. Se hace fluir plasma sanguneo desde una bolsa a travs de un
tubo hasta la vena de un paciente, en un punto en que la presin de
la sangre es de 12 mmHg. La densidad especfica del plasma a 37C es
de 1,03. Cul es la altura mnima a la que deber estar la bolsa para
que el plasma entre en la vena?
1 Paul A. Tipler, Gene Mosca. Fsica para la Ciencia y la
Tecnologa, volumen 1. Revert, Barcelona, 2005. 2 Paul G. Hewitt.
Fsica Conceptual. Novena edicin, Pearson Educacin, Mxico, 2004. 3
Wikipedia. Specific weight. Last modification: 16 January 2007.
http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_weight
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Equipo Requerido
Interfaz ScienceWorkshop Sensor de presin absoluta
Soporte universal y barra de acero de 1 m 2 probetas de 100
mL
Nuez y pinza de sujecin Escuadra
Tubo de vidrio de 30 cm de longitud Banco de altura
graduable
1 beaker de 1 L (opcional)
Procedimiento
Parte I. Configuracin de la interfaz y el sensor
1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y
encindala.
2. Conecte el sensor de presin absoluta en uno de los canales
analgicos de la interfaz.
3. Ejecute el programa DataStudio e instale el sensor de presin
absoluta.
4. Verifique que la medida a registrarse corresponda a la de
presin, y tenga en cuenta las unidades que emplear para esta
variable.
5. Antes de continuar con la configuracin de los equipos,
seleccione el medidor digital y de clic en el botn inicio. Tome
nota del valor de la presin atmosfrica en el Cuaderno de Prcticas.
(Nota: si lo desea, puede cerrar el medidor digital de presin).
6. La toma de datos comprender la introduccin manual de los
datos de profundidad. Para registrarlas, haga clic en el botn
Opciones de muestreo. Seleccione la opcin Conservar datos slo si se
solicita y habilite las dems 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 reportar la profundidad.
7. Cree un grfico Presin vs. profundidad.
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Parte II. Configuracin del equipo
1. Introduzca la manguera del sensor de presin 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 lquido 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
posicin vertical. Ver Figura 2c.
4. Coloque la probeta sobre el banco de altura graduable.
Inicialmente, lleve el banco a su posicin ms baja, procurando que
no exista contacto entre el tubo de vidrio y el lquido.
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 botn Conservar. Escriba la
profundidad en el cuadro de dilogo que aparecer a continuacin.
2. Contine elevando la probeta y registrando la presin cada 0,5
1,0 centmetros (segn 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 posicin original.
4. Realice de nuevo el proceso de medicin para otra probeta con
un fluido diferente.
5. Opcional. Realice de nuevo el proceso de medicin para uno de
los fluidos utilizados, empleando esta vez un recipiente ms ancho
(por ejemplo, un beaker de 1 L). Ver Figura 3c. Nota: en este caso,
necesitar usar ms lquido, por lo que debe consultar su
disponibilidad con el instructor.
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Figura 3a Figura 3b Figura 3c
Anlisis
Las preguntas que se dan a continuacin no deben ser respondidas
como un cuestionario Pregunta/Respuesta. Emplelas como una gua para
desarrollar su anlisis de una manera fluida, apoyndose en las
grficas y en sus observaciones durante las mediciones
realizadas.
1. Realice un grfico de presin vs. profundidad para cada uno de
los fluidos empleados. Proponga y discuta con su instructor un
modelo que explique el comportamiento observado.
2. Qu relacin debera existir entre la presin y la profundidad?
Se cumple esta relacin? Justifique las semejanzas o discrepancias
encontradas.
3. Cmo puede obtener el peso especfico del fluido empleado a
partir de los resultados de la grfica? Reporte este valor, junto
con sus incertidumbres absoluta y relativa.
4. Puede reportar la densidad del lquido utilizado (tanto su
valor como sus incertidumbres absoluta y relativa)? Qu suposiciones
debe hacer o qu informacin debe conocer?
5. Cmo puede obtener la presin atmosfrica a partir de los
resultados de la grfica? Reporte este valor, junto con sus
incertidumbres absoluta y relativa. Compare el valor obtenido por
este mtodo con el registrado al comienzo de la prctica. Encuentre
su error relativo.
6. Existen factores que den lugar a discrepancias fuertes entre
los valores hallados y los esperados?
7. Cmo podra evitarse esta influencia negativa?
En caso de que haya realizado la parte opcional de la prctica,
tenga en cuenta las siguientes preguntas.
1. Reporte el peso especfico, la densidad y la presin atmosfrica
(junto con sus incertidumbres absoluta y relativa, as 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. Qu conclusin puede extraer de sus observaciones?
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Tablas
Presin atmosfrica (medida con el sensor): Para cada fluido,
realice las Tablas que se muestran a continuacin:
Fluido:
Profundidad ( ) Presin ( )
Sugerencia: Obtenga estos valores arrastrando los datos de
presin vs. profundidad hacia la opcin Tabla en la ventana de
Pantallas.
Propiedad Incertidumbre relativa ( )% Error relativo* ( )% Peso
especfico ( ) :
:
Densidad ( ) :
:
Presin atmosfrica ( )o oP P :
o
o
PP
:
* Encuentre el error relativo en los casos donde disponga de la
informacin necesaria.
Datos Pre-informe.
Fluido:
Profundidad (m) Presin (kPa) 0,01 88,02 0,02 88,20 0,03 88,38
0,04 88,44 0,05 88,44 0,06 88,56 0,07 88,75 0,08 88,87 0,09 88,87
0,10 88,93 0,11 89,18 0,12 89,24 0,13 89,36 0,14 89,42
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Bibliografa
Paul G. Hewitt. Fsica Conceptual. Novena edicin, Pearson
Educacin, Mxico, 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. Fsica Universitaria, volumen 1.
Undcima edicin, Pearson Educacin, Mxico, 2005.
Paul A. Tipler, Gene Mosca. Fsica para la Ciencia y la
Tecnologa, volumen 1. Revert, Barcelona, 2005.
Wikipedia.
Specific weight. Last modification: 16 January 2007.
http://en.wikipedia.org/wiki/Specific_weight
