miércoles, 3 de abril de 2019

principio de Pascal


Principio de Pascal
INTRODUCCIÓN
El cambio de presión aplicado a un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite sin disminución a todos los puntos del fluido”. Esto quiere decir que si en el interior de un líquido se origina una presión, ésta se transmite en todas las direcciones y sentidos en el fluido.
La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.
Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físico y matemático francés Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio de Pascal.
El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es constante, de modo que de acuerdo con la ecuación p = po + · g · h si se aumenta la presión en la superficie libre.

Antecedentes.
 Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) 
 Se resume en la frase: la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
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 velocidad y por lo tanto con la misma presión.
Blaise Pascal Blaise Pascal inventó la primera calculadora mecánica en el año 1642 y logró demostrar por medio de un experimento en el año de 1648 que el nivel de la columna de mercurio de un barómetro era determinado por el aumento o por la disminución que ejercía la presión atmosférica circundante. Este descubrimiento verificó la hipótesis que ya tenía el físico italiano Evangelista Torricelli con respecto al efecto que provocaba la presión atmosférica sobre el equilibrio de los líquidos. Unos años más tarde trabajando con el matemático francés Pierre de Fermat, Pascal logró formular la teoría matemática de la probabilidad, que ha llegado a ser de gran importancia en estadísticas actuariales, matemáticas y sociales, así como un elemento fundamental en los cálculos de la física teórica moderna.
Enunciado

Es una ley que el físico matemático en la cual de manera resumida dice que:

La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.



Este enunciado puede comprobarse de distintas maneras, una de ellas es 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 velocidad y por lo tanto con la misma presión.



FORMULAS

Aplicaciones

La ley de Pascal puede ser aplicada en distintas áreas o ámbitos, como pueden ser:
Refrigeración
La refrigeración se basa en la aplicación alternativa de presión elevada y baja, haciendo circular un fluido en los momentos de presión por una tubería. Cuando el fluido pasa de presión elevada a baja en el evaporador, el fluido se enfría y retira el calor de dentro del refrigerador.
Como el fluido se encuentra en un ciclo cerrado, al ser comprimido por un compresor para elevar su temperatura en el condensador, que también cambia de estado a líquido a alta presión, nuevamente esta listo para volverse a expandir y a retirar calor (recordemos que el frío no existe es solo una ausencia de calor).

 

 

 

 

Neumáticos de los automóviles

Se inflan a una presión de 310.263,75 Pa. Esto se hace para que los neumáticos tengan elasticidad ante fuertes golpes (muy frecuentes al ir en el automóvil). El aire queda encerrado a mayor presión que la atmosférica dentro de las cámaras (casi 3 veces mayor), y en los neumáticos más modernos entre la cubierta de caucho flexible y la llanta que es de un metal rígido










Inflar un globo

Al inflar un globo, te habrás dado cuenta que se infla uniformemente: la presión que ejerces con el aire impulsado se transmite por todo el aire del mismo modo (aire=fluido gaseoso).

 

 

 

 

 


Conclusión.
Por medio del principio de Pascal se ha logrado comprobar que cuando una presión es aplicada a un líquido que se encuentra encerrado en algún recipiente y que se encuentra de forma estática, puede llegar a ser repartido de manera uniforme a todas las partículas del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene. De esta forma nos explica cómo un objeto que ha sido sumergido en un fluido llega a experimentan un empuje de igual magnitud al peso que posee el objeto.

Bibliografía.
https://www.euston96.com/principio-de-pascal/#En_que_consiste_elprincipio_de_Pascal
·         Física para ciencias e ingeniería Raymond A.Serway, Robert J. Beichner Ed. McGraw-Hill. 2001

R. A. Serway, Física, Tomo 1, 5a edición, España, McGraw-Hill, 2002

Principio de Arquímedes


Principio de Arquímedes
Introducción
Si tiramos un trozo de  madera al agua este va a flotar, sin, pero si hacemos lo mismo con un pedazo de fierro se hunde. ¿Por qué ocurre esto?
Los peces se desplazan en el agua pero no  flotan ni  se hunden, controlando perfectamente su posición. ¿Cómo lo hacen?
Todo lo anterior tiene relación con la fuerza de empuje hacia arriba, que recibe todo cuerpo que se encuentra sumergido en agua o en cualquier otro fluido.
Cuando levantas un objeto sumergido en el agua, te habrás dado cuenta que es mucho más fácil levantarlo que cuando no se encuentra dentro del agua. Esto se debe a que el agua y los demás fluidos ejercen una fuerza hacia arriba sobre todo cuerpo sumergido dentro del fluido, denominada fuerza de flotación o fuerza de empuje (E), esta fuerza es la que hace que un objeto parezca más ligero. A este fenómeno se le llama flotación.
El principio de Arquímedes es uno de los descubrimientos más notables que nos legaron los griegos y cuya importancia y utilidad son extraordinarias. A lo largo de esta publicación veremos los antecedentes de este principio, las aplicaciones de esto en la vida cotidiana y las fórmulas que explican este fenómeno que se presenta en los fluidos.

Antecedentes
La historia conocida por Arquímedes, matemático griego, cuenta cómo inventó un método para determinar el volumen de un objeto con una forma irregular. De acuerdo a Vitruvio, arquitecto de la antigua roma, una nueva corona con forma de corona triunfal había sido fabricada para Hieron II, tirano gobernador de Siracusa, el cual le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha de oro sólido o si un orfebre deshonesto le había agregado plata. Arquímedes tenía que resolver el problema sin dañar la corona, así que no podía fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su densidad. Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la tina cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua sería despreciable, la corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Entonces, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles, tan emocionado estaba por su descubrimiento para recordar vestirse, gritando "eureka

La historia de la corona dorada no aparece en los trabajos conocidos de Arquímedes,pero en su tratado Sobre los cuerpos flotantes él da el principio de hidrostática conocido como el principio de Arquímedes.


Enunciado
El principio de Arquímedes nos indica que “todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo”.
Este principio lo aplicamos cuando nadamos, cuando tiramos un objeto al agua; el objeto se hunde si su peso es mayor que el peso del fluido desalojado (desplazado). El objeto flota cuando su peso es menor o igual al peso del fluido desplazado.
Este descubrimiento se atribuye a Arquímedes, el cual enunció el siguiente principio.
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba llamada E, equivalente al peso del fluido que desaloja. Matemáticamente, la fuerza de empuje:
Donde:                             
Fluido es el peso del fluido que se desplaza al sumergir un cuerpo en él.
E es la fuerza de empuje que sufre el cuerpo sumergido.
M es la masa del fluido desplazado.
D es la densidad del fluido.
V es el volumen del fluido desalojado.
G es la gravedad.
Formulas

Donde
 real                               d:densidad
pA:peso aparente                      m:masa
E:empuje                                       v:volumen
Formula del principio de Arquímedes
E=PeV
E: EMPUJE  =  Peso especifico * volumen
Pap=Pr-E
Pap:peso aparente=peso real – empuje

Aplicaciones
Algunas de las aplicaciones del principio de Arquímides son: la flotación de los barcos, la flotación de los submarinos, los salvavidas, los densímetros, los globos aerostáticos, los flotadores de las cajas de los inodoros, los peces.
Los barcos flotan porque su parte sumergida desaloja un volumen de agua cuyo peso es mayor que el peso del barco. Los materiales con los que está construido un barco son más densos que el agua. Pero como el barco está hueco por dentro, contiene una gran cantidad de aire. Debido a ello la densidad promedio del barco es menor que la del agua.

Debido a que, para que un objeto flote, la fuerza de flotación sobre el cuerpo debe ser igual al peso del fluido desplazado, los fluidos más densos ejercen una fuerza de empuje más grande que los menos densos. Por lo anterior, un barco flota más alto en agua salada que en agua dulce porque la primera es ligeramente menos densa.
Un submarino normalmente flota. Para un submarino es más fácil variar su peso que su volumen para lograr la densidad deseada. Para ello se deja entrar o salir agua de los tanques de lastre. Para que una persona flote en el agua con más facilidad, debe reducir su densidad. Para efectuar lo anterior la persona se coloca un chaleco salvavidas, provocando con ello aumentar su volumen mientras que su peso aumenta muy poco, por lo cual, su densidad se reduce.

Conclusion
El principio de Arquímedes dice que en los objetos que se encuentran en un fluido, como el agua existe una fuerza de flotación dirigida hacia arriba, que se aplica a los objetos que se encuentran en él. Es esta fuerza la que hace que un objeto flote o la que le hace parecer más ligero en el agua cuando no flota.
Esta fuerza de empuje es igual al peso de un volumen de fluido igual al volumen del objeto que está en este fluido. Para un objeto que sobresale de la superficie del agua es sólo el volumen de esa parte la que debe tenerse en cuenta. La fuerza de empuje es igual al peso del volumen de agua desalojada.
Este principio nos ha ayudado durante muchos años a desarrollar tecnología capaz de transportar objetos muy pesados por los mares, los avances en la ingeniería que usan los constructores de submarinos y barcos  utilizaron este descubrimiento hecho por Arquímedes mientras trataba de descifrar como calcular el volumen de una corona que podría estar combinada con un metal más económico, incluso antes de este enunciado generaciones más antiguas habían descubierto mediante la observación que algunos objetos flotaban en el agua y otros no, pero no fue hasta que Arquímedes logró describir este fenómeno tan particular.
Fuentes de información
Bierman J, Kincanon E. Reconsidering Archimedes’ principle. The Physics Teacher, Vol 41, Setember 2003, pp. 340-344.
Burbano S., Burbano  E., Gracia  C. Física General. Editorial Tebar (2004)
Alonso M. y Finn E. J. Física. Editorial Addison-Wesley Interamericana (1995).