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ExperienciasCarrillo Baños Luis Alejandro, Mantilla Garcés Eil
¿Cómo afecta la altura del agua en el recipiente, la presión atmosférica y la presión ejercida por el globo (bomba de presión) en el funcionamiento del sifón de Arquímedes?
Investigar cómo la altura del líquido en el recipiente, la presión atmosférica y la presión adicional ejercida por un globo inflado influyen en el funcionamiento del sifón, determinando las condiciones necesarias para que el líquido fluya de manera continua y si la presión adicional aumenta la velocidad de flujo.
*Un vaso desechable. ( vaso 7oz, aproximadamente 207ml).
*Pajilla o pitillo. (con un diámetro aproximadamente de 3mm).
*Dos botellas de plástico.( una de estas con agua y cada una de 300ml).
*Silicona caliente.
*Un globo (para la bomba de presión).
*Cinta adhesiva para asegurar el globo.
*Cronómetro para medir la velocidad de flujo.
*Regla o cinta métrica para medir la altura del agua.
1. Se agujerea el fondo de una de las botellas y pasa una pajilla o pitillo hasta que el extremo curvado toque el fondo del vaso.
2. Aseguramos la pajilla con silicona caliente para evitar fugas.
3. Inflamos un globo y colocar la boca de este en la parte superior de la botella donde está la pajilla, creando una especie de “bomba de presión” que aplicará una fuerza adicional sobre el agua.
4. Llenaremos poco a poco la botella con agua, asegurándonos de que el nivel del líquido supere la curva de la pajilla.
5. Se observa cómo el agua comienza a fluir a través de la pajilla hacia el vaso inferior.
6.Una vez que el sifón esté funcionando, se tendra en cuenta cómo el globo inflado afecta la velocidad y el flujo de agua.
7. Tomaremos varias mediciones con y sin el globo para comparar los resultados.
1. Inicio del flujo de agua:
*Observamos que pasa cuándo el flujo de agua esta con y sin el globo inflado. El globo debe acelerar el inicio del flujo debido a la presión adicional.
2. Velocidad del flujo:
*Con el cronómetro, medimos el tiempo que tarda en vaciarse una cantidad específica de agua que se encuentra en la botella superior al vaso inferior, comparando los resultados entre el sifón normal y el sifón con la bomba de presión (globo).
*Hay que recordar que la Ley de Boyle dice que el aumento de la presión en un volumen fijo de gas (en este caso, el aire del globo) debería acelerar el flujo de agua.
3.Cantidad de agua transferida:
*Medimos el volumen de agua que pasa de la botella al vaso, tanto con el globo inflado como sin él. Para esto utilizaremos la regla o cinta métrica para medir si la cantidad de agua transferida es mayor cuando se utiliza la bomba de presión.
4. Influencia de la presión adicional:
*Se observa si con la presión adicional ejercida por el globo afecta el flujo continuo del sifón. Con el globo inflado, se supone que el flujo debe ser más rápido y más constante.
1.Variable independiente:
*Altura del agua en el recipiente.
*Presión ejercida por el globo (bomba de presión): Es la presión adicional aplicada al agua al inflar el globo y colocarlo sobre la botella superior.
2. Variable dependiente:
*Velocidad del flujo de agua: Se medirá cómo cambia la velocidad de flujo cuando se utiliza el globo inflado.
*Cantidad de agua transferida: Se observará si el volumen de agua transferido aumenta con la presión adicional.
3. Variables controladas (constantes):
*Diámetro y longitud de las pajillas
*Igual tamaño de los recipientes (vasos y botellas).
*Tipo de líquido (agua).
1. Principio de Arquímedes:
El principio de Arquímedes establece que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado. En este caso, aunque no hay objetos sumergidos, el desplazamiento del agua por el tubo y su movimiento continuo dependen de este principio.
2. Efecto sifón:
El sifón funciona gracias a la diferencia de presión entre el agua en la botella superior y el vaso que se encuentra en el inferior, lo que provoca el flujo del líquido de uno a otro. En este experimento, se agregará una bomba de presión para aumentar esa diferencia de presión.
3. Presión atmosférica y Ley de Boyle:
La presión atmosférica es esencial para que el sifón funcione. Al añadir un globo inflado, la presión adicional aplicada sobre el agua aumenta la presión general del sistema. Según la Ley de Boyle, si aumentamos la presión en un gas (el aire del globo), en un volumen constante, el gas tiende a ejercer más fuerza sobre las paredes del recipiente. Esto aumenta la presión sobre el líquido, acelerando su flujo.
4. Presión de líquidos y ecuación de Bernoulli:
La ecuación de Bernoulli describe cómo la energía de un fluido se distribuye entre la energía potencial, cinética y la presión. El sifón aprovecha la energía potencial del agua en el vaso superior, y cuando se añade la bomba de presión, se modifica la presión del sistema, aumentando la energía cinética del agua que fluye por el sifón.
5. Gravedad y energía potencial:
La gravedad ayuda a que el agua fluya hacia abajo. La altura del líquido en el vaso superior le otorga energía potencial, que se convierte en energía cinética a medida que el agua fluye hacia el vaso inferior. Cuando el globo añade presión, aumenta la energía en el sistema, lo que permite que el agua fluya más rápido.
Este experimento nos permitirá entender de forma práctica cómo funcionan conceptos básicos de la física y la química. El sifón de Arquímedes y la bomba de presión no solo son experimentos algo curiosos, sino que nos muestran cómo la presión y la gravedad interactúan para mover líquidos, por ejemplo, cuando usamos una pajilla para beber un jugo.
Al realizar este experimento lograremos visualizar cómo la presión puede influir en la velocidad del flujo de un líquido, algo que es mucho más fácil de entender cuando lo vemos con nuestros propios ojos. Además, utilizar un globo para aplicar presión extra nos permite comprobar de manera sencilla la Ley de Boyle, que explica cómo la presión de un gas afecta el volumen del espacio que ocupa y cómo esto cambia el comportamiento del agua en el sifón. En condiciones normales, el sifón utiliza la diferencia de altura para mover el agua, sin necesidad de energía externa. Sin embargo, al introducir el globo en la parte superior del sifón, creamos un sistema donde el aumento de presión interna impulsa el agua a fluir con mayor rapidez. Esto demuestra que no solo la gravedad y la presión atmosférica influyen en el flujo del líquido, sino que una presión adicional puede acelerar el flujo del agua de manera significativa.
Este tipo de experimentos pueden ser fundamentales o algo importantes para nosotros como estudiantes porque nos brindan la oportunidad de aplicar lo que aprendemos en clases y verlo en acción. Es una forma divertida y sencilla de explorar temas de física y algo de química, mientras nos enfrentamos a pequeños retos los cuales nos ayudarán a desarrollar habilidades científicas, como la observación, la medición y la comparación de resultados.
1. Medición más precisa del flujo de agua: Utilizar un dispositivo de medición más exacto, como una probeta con marcas que indiquen cuánto volumen de agua hay, para poder calcular el volumen de agua transferido,esto permitirá obtener datos más precisos sobre la cantidad de líquido que fluye. Al tener una medición más precisa, tendremos datos más fiables para poder hacer un análisis y así poder comprender mucho mejor nuestro experimento.
2. Variación de la presión aplicada: Realizar el experimento con diferentes niveles de presión en el globo (inflándolo más o menos) para observar cómo la variación de esta presión influye en el flujo del agua. Esto nos ayudará a tener una manera más detallada sobre la relación que hay entre la presión y la velocidad de flujo, permitiendo así obtener datos más exactos.
3. Utilización de un sifón más resistente y ajustado:Cambiar las pajillas de plástico por tubos de mayor tamaño y mayor resistencia para evitar posibles deformaciones o bloqueos que puedan intervenir en los resultados de este experimento. Las pajillas suelen ser bastante delgadas y no podrían soportar bien la presión adicional del globo. Usar tubos más resistentes permitiría que el flujo de agua sea más fluido.
4. Experimentar el experimento con distintos líquidos: Repetir el experimento utilizando líquidos diferentes, como aceite, para observar cómo cambia el comportamiento del sifón y el efecto de la presión. Esto haría el experimento mucho más interesante al introducir una comparación entre diferentes líquidos, lo que permitiría comprender mejor la influencia de ciertos líquidos en el flujo.
El experimento sobre el funcionamiento del sifón de Arquímedes bajo la influencia de una presión adicional aplicada mediante un globo demostró cómo la presión y la altura del agua afectan el flujo de líquidos. Los resultados confirmaron que, tal como dice la Ley de Boyle, al aumentar la presión sobre el sistema mediante la bomba de presión (globo), la velocidad del flujo del agua se incrementa notablemente.
Cuando se utiliza solo el sifón, el agua fluye debido a la diferencia de presión causada por la gravedad y la presión atmosférica. Sin embargo, al introducir la presión adicional ejercida por el globo inflado, el flujo de agua se acelera, confirmando que no solo la presión atmosférica y la gravedad afectan el flujo, sino también una presión externa puede alterar un poco la velocidad y el flujo del mismo.
Los resultados también sugieren que el uso de materiales más precisos, como una probeta para medir el agua o tubos más resistentes, permitiría obtener datos más exactos. Además, la variación en los niveles de presión en el globo podría ofrecer una comprensión más profunda de la relación entre presión y flujo.
http://meteolab.fis.ucm.es/meteorologia/presion-atmosferica--2
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica
https://youtu.be/gX6Jz8UsmPw
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Internal_pressure
https://www.facebook.com/share/8rnefartmDCsECWy/
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales
https://youtu.be/QPv5R0NfIbc
https://youtu.be/AGMGP55rXLI
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arquímedes