Estática de fluidos

 Dinámica de fluidos

Instructivo de solicitud de experimentos en línea

Estática de fluidos

Experimentos

del tema

Conceptos previos

Presión

Principio de Pascal

Principio de Arquímedes

Conceptos previos

Fluido

Fluidos simulados y reales

 Se dispone de envases que contienen diferentes sustancias que tienen un comportamiento de fluido. Dos corresponden a fluidos simulados por arena y semillas de melón, y dos corresponden a fluidos reales como son el agua y la miel.

Densidad

Densidad de distintos elementos


 Se tiene una serie de botellas iguales que contienen diferentes elementos: limaduras de metal, sal, azúcar, agua, harina, avena y aserrín. El contenido de cada una de ellas pesa un kilogramo. Este conjunto es útil para explicar el concepto de densidad.

Tres líquidos no miscibles


 Se dispone de un tubo en el cual se han colocado líquidos no miscibles de diferentes densidades: agua, aceite, mercurio. Se puede observar que se ordenan de acuerdo a su densidad, los menos densos quedan en la parte superior y el mercurio que es el más denso se encuentra en el fondo del tubo.

Pipeta con aceite y agua


 Se dispone de una pipeta en la cual se coloca una cantidad de aceite y luego sobre ella una cantidad de agua. Se puede observar como el aceite asciende hasta ubicarse sobre el agua.

Pipeta invertible con líquidos no miscibles


 Una pipeta que contiene agua y aceite se invierte de tal manera que el aceite quede en la parte inferior del agua. Se puede observar que el aceite asciende poco a poco hasta ubicarse totalmente sobre el agua.

Presión

Fuerza ejercida por un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene

Bolsa plástica agujereada


 En una bolsa plástica llena de agua se hace un orificio por medio de un alfiler. Se puede observar que de la bolsa sale un chorrito perpendicular a su superfice. Con esto se muestra que el fluido ejerce una fuerza perpendicular a la superfiicie del envase que lo contiene.

Cuatro orificios


 A un envase plástico que tiene 4 orificios se le suministra un flujo continuo de agua de tal manera de mantenerlo constantemente lleno. Se puede observar que cada uno de los chorro de agua que sale es perpendicular a la superficie del envase.

Chorros divergentes


 Se dispone de un envase que tiene un asa hueca la cual presentan tres pequeños orificios. Al llenar el envase de agua se llena también el asa y se puede observar que los chorritos de agua salen perpendiculares a la superficie de manera divergente.

Chorros convergentes


 Se dispone de un envase plástico que posee tres orificios en una parte cóncava del mismo. Al llenar el envase de agua se puede observar que los chorritos salen perpendicular a la superficie y convergen en un punto.

Vasos comunicantes

Vasos comunicantes de igual diámetro


 Se dispone de un conjunto de tres tubos de vidrio transparentes de igual forma y diámetro, unidos por un tubo en la parte inferior. Se puede observar que al vaciar agua en ellos todos se equilibran con líquido a la misma altura.

Vasos comunicantes de distinto diámetro


 Se dispone de un conjunto de tres tubos de vidrio transparentes de igual forma y distinto diámetro, unidos por un tubo en la parte inferior. Se puede observar que al vaciar agua en ellos, todos se equilibran con líquido a la misma altura independientemente de la diferencia de diámetro de los tubos.

Vasos comunicantes de distinta forma


 Se dispone de un conjunto de tres tubos de vidrio transparentes de distinta forma y distinto diámetro, unidos por un tubo en la parte inferior. Se puede observar que al vaciar agua en ellos, todos se equilibran con líquido a la misma altura independientemente de la diferencia de forma y de diámetro de los tubos.

Desnivel de líquido en vasos comunicantes


 Se dispone de un tubo en forma de U en el cual se colocan dos líquidos inmiscibles, por ejemplo agua y aceite. Se puede observar que al estar sus dos extremos abiertos existe un desnivel entre las ramas del tubo.

Medida de la presión en un fluido

Medidor de presión


 Se tiene un tubo en forma de U en el cual se coloca un líquido y se puede observar que al estar sus dos extremos abiertos el agua se nivela en las dos ramas. Al insuflar aire en una de sus ramas se produce un desnivel debido a la diferencia de presión entre ellas. Con este dispositivo se puede explicar el principio en el cual se basa el funcionamiento de los manómetros.

Manómetro


 Se dispone de un manómetro que permite determinar algunas presiones manométricas.

Variación de la presión con la profundidad

Detector de presión


 Utilizando un dispositivo que posee una membrana y está conectado a un tubo manométrico se puede observar la variación de presión con la profundidad.

Globo comprimido por la presión del agua


 En el fondo de un envase lleno de agua se ubica un globo inflado. El envase está conectado a una manguera con agua, la cual se puede extender hacia arriba. Se observa como el globo se comprime por el aumento de presión al ir elevando el extremo de la manguera.

Embudo invertido


 Se dispone de un plato que al ser colocado en una vasija profunda con agua puede ser sacado a la superficie por medio de un embudo colocado en posición invertida.

Otra foto

Rotación uniforme

 Se dispone de dos láminas de vidrio selladas en la base y en los costados. Este dispositivo contiene un líquido coloreado. Al hacerlo girar uniformente se puede observar que el fluido se desplaza formando una parábola en el plano de las láminas de vidrio.

Presión atmosférica

Huevo dentro de una botella


 En un envase que tiene un cuello estrecho por el cual no puede pasar un huevo, se coloca un poco de agua que se pone a hervir. Luego se sella el envase con un huevo. Se observa que el huevo se desliza dentro del envase.

Pote que se comprime misteriosamente


 En un pote de refresco vacío que tiene un orificio se coloca un poco de líquido que se pone a hervir. Luego se retira del fuego y se sella herméticamente el orificio. Se puede observar como el pote empieza poco a poco a comprimirse.

Hemisferios


 Dos hemisferios de hierro se juntan y se hace vacío por medio de una bomba. Se puede observar que es imposible separarlos.

 

Ganchos adhesivos


 Se dispone de varios ganchos de uso doméstico los cuales se mantienen adheridos a superficies lisas por medio de la presión atmosférica.

Vacío

Situación inicial

Situación final

Globo inflado en campana de vacío

 Se coloca un globo inflado dentro de una campana de vidrio. Por medio de una bomba de vacío se extrae aire de la campana. Al extraer aire de la campana el globo aumenta su tamaño.

 

Principio de Pascal

Aplicaciones del Principio de Pascal

Transmisión de la presión en un fluido confinado


 Un envase de vidrio cerrado, lleno de agua, contiene en su interior un globo inflado. Al ejercer presión sobre el fluido se puede observar como ésta se transmite comprimiendo el globo que se encuentra en el interior del envase.

Submarino


 Un tubo de vidrio lleno de agua y que tiene una conexión a una jeringa, con la cual se puede variar la presión del líquido, contiene en su interior un gotero el cual puede ascender o descender en dependencia de la presión dada al fluido.

 

Prensa hidraúlica


 Se dispone de una prensa hidráulica que, aunque no funciona, se puede mostrar para explicar la aplicación en ella del Principio de Pascal.

 

Principio de Arquímedes

Fuerza de empuje

Un cuerpo en un fluido simulado


 Se dispone de un envase en el cual se simula un fluido por medio de caraotas. Se colocan en el fondo del envase una esfera de hierro y una pelota de ping-pong. Al mover el frasco se puede observar que la pelota de ping-pong asciende. Se repite el experimento colocando las dos esferas en la superficie.

Sumergimiento parcial


 Una botella llena de arena se suspende de una romana. Luego se introduce poco a poco en un tobo con agua. Se puede observar la disminución gradual de su peso.

Sumergimiento total


 Una botella llena con arena se cuelga de una romana, luego se introduce totalmente en un tobo con agua. Se puede determinar la disminución de peso que experimenta, la cual no varía al seguir hundiendo la botella en el tobo.

Comprobación del Principio de Arquímedes


 Se utiliza una romana , una botella con arena.y una caja de vidrio llena de agua la cual tiene un tubo para desagüar. Se puede comprobar que al introducir la botella con arena en el agua la disminución de peso es igual al peso del líquido desalojado.

Línea de flotación

Tres trozos de madera


 Se dispone de una cubeta con agua en la cual flotan trozos de distintas maderas que tienen el mismo tamaño. Se puede observar que la línea de flotación del agua define distintos volúmenes en cada trozo de madera.

Varios cuerpos diferentes


 En una caja de vidrio transparente que contiene agua se colocan cuerpos que flotan y tienen diferentes formas y pesos. Se puede observar que la línea de flotación de cada uno de ellos determina distintos volúmenes en dependencia de su peso.

Flotación de un iceberg


 En una caja de vidrio transparente que contiene agua se coloca un trozo de hielo. Se puede observar que solamente sobresale de la superficie del agua una pequeña porción que corresponde a la décima parte de su volumen.

Botellas con agua y agua con sal


 Dos botellas una con agua y otra con agua con sal se colocan en una caja de vidrio transparente que contiene agua. Se puede observar que la línea de contenido de la botella que contiene agua con sal está por debajo de la línea de flotación.

Tres botellas


 Se tienen tres botellas que contienen distintos elementos: aceite, avena y arena. Se puede observar que en algunos casos la línea de contenido está por debajo de la línea de flotación y en otros casos está por encima de esa línea. Esto depende de la densidad del elemento con respecto a la densidad del agua.

Cuerpos de igual forma y distinto peso

La fuerza de empuje depende del volumen de agua desalojada


Se tienen dos botellas plásticas iguales que están completamente llenas de arena y limaduras de hierro. Se puede comprobar que al introducirlas completamente en agua la disminución de peso en cada una de ellas es la misma.

Condiciones de flotamiento de un cuerpo


 Se dispone de varias botellas transparentes con distinta cantidad de arena. Al colocarlas en un tobo profundo lleno de agua se puede observar que una se va al fondo y las otras flotan ubicándose a distinta altura sobre el nivel del agua.

Cuerpos de igual peso y distinta forma

Dos cuerpos de igual peso con distinto comportamiento


 Se tienen dos botellas plásticas transparentes de distinta forma que contienen la misma cantidad de arena. Se puede observar que una flota y la otra se va al fondo.

Peso nulo


 Un cuerpo que puede flotar en el agua se cuelga de una romana. Al introducirlo en el agua se observa que su peso disminuye hasta un valor nulo cuando la fuerza de empuje equilibra al peso.

Aplicaciones del Principio de Arquímedes

Fuerza de empuje en cuerpos de diferentes materiales y formas


 Se dispone de esferas de distintos materiales: metal, plastilina, plástico, goma, ping-pong. Se puede observar como unas se hunden y otras flotan.

Esfera de metal que no se hunde


 Si una esfera de metal se coloca en un envase plástico que le permita desalojar una mayor cantidad de agua no se hunde. Experimento apropiado para explicar la flotación de los barcos.

Fuerza ascencional


 Al hundir en el agua esferas de distintos materiales: metal, plastilina, plástico, goma, ping-pong , se puede observar como al liberarlas algunas de ellas ascienden a la superficie.

Esfera y canoa de plastilina


 Una esfera de plastilina se hunde en el agua, pero si hace con esa misma cantidad de material una canoa se puede observar que flota. Experimento apropiado para explicar la flotación de los barcos.

Derivados del Principio de Arquímedes

Aumento del peso de la vasija con agua


 En una vasija con agua que se encuentra sobre una balanza se introduce un cuerpo que cuelga de un dinamómetro. Se puede comprobar que el aumento de peso de la vasija con agua es igual a la disminución de peso del cuerpo.

El peso de la vasija se mantiene


 Una vasija que tiene un tubo para desaguar se encuentra sobre un platillo de una balanza. Si dicha vasija se llena de agua hasta su nivel máximo y se introduce un objeto que puede flotar o estar completamente sumergido, el fluido desalojado por el cuerpo se derrama. Se puede comprobar en este caso que el peso de la vasija no varía.

Un objeto que flota en el agua


 Se coloca un objeto que flote en una vasija con agua que tiene un tubo para desaguar. Si se recolecta el agua desplazada por el objeto se puede comprobar que el peso de ella es igual al del objeto introducido.

Fluidos de distinta densidad

Agua y agua con sal


 Una botella plástica que contiene agua se coloca en una caja de vidrio que contiene agua con sal. Se puede observar que la línea de contenido está por encima de la línea de flotación.

Muñequito que flota


 Se tiene un muñequito el cual se lanza en una vasija con agua en la cual se hunde. Posteriormente se lanza en una vasija que tiene agua con sal y flota.

Principio de Arquímedes en gases

Globo lleno con helio


 Se dispone de un globo lleno con helio y el cual se encuentra atado por medio de un largo pabilo . El globo puede ascender libremente, al ir liberando el hilo, hasta que el peso del pabilo que se agrega al globo equilibra la fuerza de empuje.

Globo aerostático


 Se dispone de un globo de papel al cual se le puede insuflar aire caliente por medio de un secador de pelo. Se puede observar que el globo asciende cuando la fuerza de empuje supera al peso del globo.

 

 

Dinámica de fluidos

Experimentos

del tema

Fluidos en movimiento

Viscosidad

Ecuación de continuidad

Ecuación de Bernoulli

Ley de Torricelli

Fluidos en movimiento

Diferencia de presión

Surtidor de agua


 Se dispone de una vasija cerrada que tiene un capilar insertado en su tapa, además posee otro tubo por el que se puede insuflar aire. Al soplar por éste se puede observar como el capilar se convierte en un surtidor de agua.

Rociadores de líquido


 Se dispone de algunos rociadores los cuales se pueden mostrar a los estudiantes para que analicen porque se produce este efecto.

Dos huequitos en un pote


 Se tiene un frasco, con dos orificios en su tapa, que contiene agua. Se puede observar como fluye el líquido cuando los dos orificios están abiertos y como se detiene su flujo al cerrar uno de ellos.

 

Embudo obstruido


 Se coloca un embudo de forma ajustada en el cuello de una botella. Se puede observar que al vaciar agua en ella, este flujo se detiene después de un momento. Si se separa un poco el embudo del cuello de la botella se puede observar que el líquido empieza nuevamente a fluir.

Pote con orificios radiales


 Un envase que posee varios orificios se llena de agua. Se puede observar como el agua fluye libremente cuando se encuentra destapado y se detiene el flujo del líquido al cerrar el envase con su tapa.

Fuente de agua


 Se dispone de un dispositivo que funciona como una fuente de agua por efecto de la presión atmosférica.

Destapador de desagüe


 Los destapadores de desagüe domésticos permiten el movimiento del agua por medio del vacío que produce el chupón que se encuentra en su extremo.

Bomba de agua


 Se dispone de un modelo en vidrio de una bomba de agua. La transparencia del material permite ver las distintas etapas del bombeo.

Tornillo de Arquímedes


 Se dispone de una replica del tornillo de Arquímides, dispositivo que se utilizaba antiguamente en los barcos para sacar el agua.

Viscosidad

Viscosidad de diferentes líquidos

Seis viscosidades distintas


 Se dispone de un dispositivo que tiene 6 tubos que contienen diferentes líquidos, en cada uno de ello se encuentra una burbuja de aire que se desplaza al voltear los tubos. Por la velocidad de desplazamiento de la burbuja podemos apreciar la viscosidad de los distintos líquidos.

 

Ecuación de continuidad

Distintas secciones transversales

Cambio de la sección transversal de una manguera


 Se puede observar que al obstruir parcialmente el orificio de salida del agua en una manguera, el chorro tiene un alcance mayor. Esto se debe al aumento de velocidad de líquido por la disminución del área transversal de la manguera.

Pequeños orificios de una ducha


 Al conectar una ducha a una manguera se puede observar como los chorritos de cada orificio tiene mayor alcance que el chorro completo.

Bote a vapor


 Se tiene una pequeña balsa impulsada por el efecto producido por un chorro de vapor saliendo de un estrecho orificio.

 

Ecuación de Bernoulli

Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli

Tubo de Venturi


 Se dispone de un tubo por el cual se puede hacer fluir aire y el cual tiene distintas secciones transversales . Se pueden observar las diferencias de presión a lo largo del tubo por medio del desnivel que se produce en pequeños vasos comunicantes que contienen agua y están conectados a él.

Ala simulada


 Se dispone de un ala de papel insertada en un alambre vertical a lo largo del cual se puede desplazar libremente. Al soplar aire en la parte superior de ella, por medio de un ventilador, se puede observar que asciende.

Dos banderines


 Se dispone de dos banderines colocados paralelamente, al soplar en el espacio comprendido entre ellos se observa que se atraen.

Hoja de papel voladora


 Se tiene un dispositivo en el cual se puede sostener una hoja de papel de tal manera que al soplar aire en su parte superior esta se eleva.

Pelota flotante


 Una pelota plástica se puede mantener flotando por medio del aire lanzado por una aspiradora.

Desviación de la trayectoria de una pelota


 Al lanzar una pelota con una cierta rotación esta experimenta una desviación en su trayectoria. Efecto utilizado en el fútbol y el beisbol.

Pulverizador de insecticida


 Este tipo de pulverizador funciona basado en el comportamiento de los fluidos en movimiento. Se explica su funcionamiento por la Ley de la continuidad y el Principio de Bernoulli.

Atomizador de perfume


 Los atomizadores de perfume de este tipo basan su funcionamiento en la Ley de la continuidad y el Principio de Bernoulli.

Ley de Torricelli

Demostración de la Ley de Torricelli

Velocidad de salida de un fluido


 Se dispone de un tubo vertical que tiene tres orificios a distintas alturas. Al llenarlo de agua y permitir que el agua fluya por los orificios, se puede observar que cada chorro del líquido presenta distinto alcance.

  

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