PBL 10 TENSIÓN SUPERFICIAL :

Experimentación en grupo 4: Tensión superficial

La tensión superficial se pone de manifiesto en numerosas ocasiones. Nos sorprenderá

Haz alguna de estas experiencias:

Experiencia 1.- Llena un vaso con agua e intenta poner una aguja sobre su superficie sin

que se hunda. No desesperes, se puede.

      EXPLICACIÓN:

Las moléculas en el interior de un líquido están rodeadas por todos los lados de otras moléculas, pero en la superficie del líquido esto no es así ya que no hay moléculas por encima de las que se encuentran en la superficie. Así, si se desplaza ligeramente una molécula superficial, los enlaces moleculares con el resto de moléculas se alargan, de manera que se produce una fuerza restauradora que tensa la molécula de nuevo hacia la superficie. Estas fuerzas son las causantes que en nuestro experimento el clip o la aguja no se hunda dentro del agua. La fuerza restauradora que se ejerce por unidad de longitud se llama coeficiente de tensión superficial, y para el caso del agua vale 0.073 N/m. En el espacio (en ausencia de la fuerza de la gravedad) la forma de las gotas es esférica, ya que la esfera es la forma geométrica que puede contener mayor volumen con una superficie más pequeña (así se consigue gastar el mínimo posible en energía superficial). En la tierra las gotas no son esféricas sino que tienen forma de pera. Esto es debido al efecto de la fuerza gravitatoria.

PBL9: FLUIDOS

FUERZAS EN LOS FLUIDOS

INTRODUCCION :

Decimos que una sustancia puede fluir cuando la fuerza de atracción entre sus moléculas las permite desplazarse unas sobre otras para adoptar la forma del recipiente. Son fluidos los gases y los líquidos, y como ejemplo para su estudio utilizaremos el aire de la atmósfera y el agua.

Todos los cuerpos, incluidos los fluidos, ejercen fuerzas, unos sobre otros, que son consecuencia de la atracción gravitatoria, o bien, de las fuerzas de cohesión entre sus moléculas. Si estas fuerzas se concentran sobre una superficie muy pequeña producirán un efecto mucho mayor que si lo hacen sobre una superficie grande. Así nace el concepto físico de presión, presión atmosférica, presión hidrostática, presión osmótica.

Un líquido está quieto, en equilibrio, porque las fuerzas de cohesión entre sus moléculas se anulan mutuamente ya que empujan unas en sentido contrario a las otras y con igual intensidad. Sin embargo, en la superficie libre del líquido no llegan a anularse. La resultante en estos puntos se le conoce como tensión superficial.

Las paredes del recipiente hacen fuerzas de adhesión con los líquidos por lo que si son diferentes a las de cohesión, el líquido se pegará a las paredes produciendo un menisco.

El líquido contenido en un recipiente ejerce un peso sobre el fondo, que al tener una superficie, nos permite hablar de presión hidrostática. Cuanta más profundidad mayor presión.

El aire de la atmósfera también es un fluido por lo que cuanto más hundidos nos encontremos en ella, mayor presión atmosférica tendremos que soportar.

Hay tres comportamientos de los fluidos especialmente importantes por sus aplicaciones:

·         Al ejercer una presión sobre un líquido ésta se transmite por igual a todos sus puntos. Es el fundamento de la prensa hidráulica. (Principio de Pascal)

·         Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba. Es la fuerza que hace flotar a los barcos, las nubes, los globos…(Principio de Arquímeds

·         Al aumentar la velocidad de un fluido se produce una disminución de la presión. Esta disminución de presión en la parte superior de las alas de un avión hace que se sustente en el aire. (Efecto Venturi).
t                                   MATERIALES:

EXPERIENCIA 1:FUERZAS EN LOS FLUIDOS:

Vamos a demostrar que en el fondo del agua existe una fuerza que empuja verticalmente, hacia arriba a la moneda, y que esta fuerza es igual al peso del agua que tiene encima.

Material: 1 tubo de vidrio abierto, 1 placa de metal, hilo, 1 vaso de precipitados (500 ml),      1 regla.

Procedimiento:

1. Llena el vaso de precipitados con agua

2. Fija un trozo de hilo a la placa de metal.

2. Toma el tubo de vidrio abierto por ambos extremos y acopla a uno de ellos la placa de metal, manteniendo el hilo tenso.

3. Introduce el tubo en el vaso de precipitados y después suelta el hilo. ¿Qué ocurre? Razona por qué.

4. Deja que se llene el tubo con agua, poco a poco. ¿Qué altura alcanza el agua en el momento que cae la chapa?. ¿Se ha caído cuando el agua del tubo alcanza el nivel de líquido del vaso de precipitados? ¿A qué puede deberse? Razónalo. Repite la experiencia para varias profundidades. Haz una tabla de valores, estima el posible error que estás cometiendo, lleva los datos a una gráfica e intenta sacar una ecuación matemática que justifique estos hechos.
                                            
                                      FOTO DE LOS MATERIALES:       

   

EXPERIENCIA 2: MEDICIÓN DE LA PRESIÓN CON UN 

TUBO EN U:

Comprobamos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad

Material: 1 tubo en forma de U, 1 regla.

Procedimiento:

1. Introduce el extremo del tubo en forma de U a una profundidad determinada. Observa la diferencia de nivel obtenido en el extremo opuesto.
2. Razona cuál sería el valor de la presión medida.
3. Repite las mediciones para diferentes profundidades.

EXPERIENCIA 3: PARADOJA HIDROSTÁTICA Y CÁLCULO EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD:

1.-Principio de los vasos comunicantes o paradoja hidrostática.

Comprobamos que varios  recipientes, de distintas formas, abiertos por su parte superior y comunicados por su base, al llenarlos con líquido, éste alcanza la misma altura en todos ellos.

Con un tubo de plástico colocado en forma de U veremos que al echarle agua llega hasta la misma altura en los dos extremos.

Observa los tubos preparados de laboratorio conocidos como paradoja hidrostática.

Piensa cómo están construidas las fuentes de la Granja y cómo se consigue que el agua suba hasta diferentes niveles.

2.- Cálculo experimental de la densidad del aceite

Material: 1 tubo en forma de U, 1 regla, aceite y agua.

Procedimiento:

1. Vierte por un lado del tubo en forma de U una cantidad de agua y por el otro lado aceite. ¿Qué observas? ¿Por qué?
2. ¿Alcanzan la misma altura en cada rama del tubo el agua y el aceite? ¿A qué es debido? Razónalo.    

EXPERIENCIA 4: COMPROBACION DEL PRINCIPIO DE PASCAL(PRENSA HIDRAULICA):

1.- Primero comprueba que la presión en el interior de un líquido es perpendicular a las paredes:

Toma una botella de plástico y realiza varios orificios a diferentes alturas. Llénala con agua y observa que sale siempre perpendicular a la superficie. También sale con mayor fuerza en los orificios de abajo que en los de arriba, ya sabes que la presión aumenta con la profundidad.

2.- Comprueba el principio de Pascal: "La presión ejercida sobre un líquido se transmite por igual a cada punto del líquido y en todas las direcciones".

Puedes llenar con agua un globo con varios orificios, al presionar verás que los chorros salen igual en todas las direcciones.

3.- Demuestra que con una fuerza pequeña se puede mover un peso grande.

Material: 2 jeringuillas de diferente diámetro y un tubo de plástico.

Procedimiento:

1. Realiza el montaje de la figura con un tubo de plástico y las 2 jeringuillas.

Llénalo con agua hasta 1/3 de su altura

2. Presiona el émbolo de la jeringuilla de mayor diámetro  y observa cómo es la fuerza en el émbolo de la otra.
3. Presiona ahora el émbolo de menor diámetro y explica cómo es la fuerza ejercida en el otro émbolo en relación con el paso 3. Según lo que has observado, cuál de las dos fuerzas recibida en el otro émbolo es mayor, la del paso 2 o 3? 

4.  Coloca un objeto pesado sobre la jeringuilla de mayor superficie y presiona el émbolo de la jeringuilla de menor diámetro. 

EXPERIENCIA 5: COMPROBACIÓN DEL PRINCIPIO 

DE ARQUÍMEDES:

Material: 1 dinamómetro, 1 soporte, 1 probeta o tubo de ensayo graduado, una esfera de metal,                agua e hilo.

Procedimiento:

1. Cuelga una esfera de metal de un dinamómetro y anota su peso.
2. Vierte agua en una probeta, hasta la mitad aproximadamente y mide con cuidado el volumen tratando de no cometer error de paralaje.
3. Sumerge la esfera colgada del dinamómetro previamente, tal y como indica la figura, procurando que el agua cubra la esfera por completo y anota su peso.
4. Anota su peso y también el nivel del líquido.