1DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL EN MI COLEGIO

VALLASCIANI, Maribel DaianaInstituto Sup. Part. Incor. N 9108 Ntra. Sra. de la Misericordia, Casilda, Santa FeProfesor Gua: CANTERLE, Carlos

Es muy comn que los jvenes digan que la Fsica es un rea demasiado compleja y difcil, peroms lamentable es que digan que no sirve para nada.

En el colegio estudiamos las teoras de diferentes filsofos y cientficos, como las Leyes delmovimiento de Newton, el Principio de Arqumedes, el Principio de Pascal. Este ltimo me pareci untema apropiado para realizar esta monografa.

Elegido ya el tpico, decid realizar una encuesta a los alumnos del colegio para comprobar sirealmente el tema era comprendido por la mayora. As fue como mostr a los encuestados la siguientefigura e hice dos preguntas:

De 160 alumnos (de 8 y 9 ao EGB3 y 1 y 2 ao de Polimodal), slo un 24% de ellossupona, y algunos saban, que se trataba del tema presin. Sin embargo, no lograban explicar porqu se elevaban grandes pesos con tan pequeas fuerzas. El resto no pudo responder a ninguno de losdos interrogantes. Tambin cabe destacar que la totalidad de los alumnos NO pudo responder a lapregunta B.

Ante estos resultados llegu a la siguiente conclusin: los jvenes de 13 a 17 aos no lograncomprender temas de Fsica, sencillos y aplicables cotidianamente, como el propuesto en la experienciadel esquema.

Una de las razones de ello es que, la modalidad Humanidades y Ciencias Sociales, quedurante la implementacin de la ley Federal de Educacin es una de las terminalidades del Polimodaldel Colegio al que asisto, posee una carga horaria insuficiente en las reas de Fsica, Matemtica yQumica. Debido a ello, desarrollamos un conocimiento muy limitado de los temas que estasdisciplinas tienen para ofrecernos. Adems en la EGB 3, el rea Ciencias Naturales abarca Fsica,Qumica y Biologa de manera integrada; sin embargo el profesor que dicta la materia, pone nfasis enla disciplina que ms conoce.

Otra de las razones es que muchos alumnos creen que la Fsica, es solo cuestin deinteligentes, que nunca podrn comprender las frmulas y conceptos especficos, piensan que no losnecesitan porque son intiles. Aprendemos lo que queremos, lo que nos interesa, lo que creemosnecesario.

A) Cmo una fuerza pequea ejercida por uncompresor permite elevar el auto que tienegran peso?

B) Conocs algn principio que permitaexplicar esto?

2Hasta que no se logre concientizar a los jvenes de que la Fsica es una ciencia fundamental,que estudia la estructura del cosmos y analiza los fenmenos naturales externos que en l tienen lugar,una ciencia prctica, presente en todas partes; seguir el desinters por aprender y continuaremosencontrndonos con resultados que muestran la falta de conocimientos e inters en el rea. Mipropuesta a la institucin fue que se revisaran los contenidos mnimos de la Fsica y se modificaran enfuncin a un estudio ms prctico y profundo de la disciplina.

En todo el mundo la investigacin cientfica y la innovacin tecnolgica han sido lideradas engran medida por los fsicos. En el terreno tecnolgico y para que el pas pueda competir en el mercadointernacional con tecnologa propia, es necesario, la formacin de profesionales capaces de crear,innovar y adaptar tecnologa. Para ello y teniendo en cuenta la creciente complejidad de la tecnologa,se hace imprescindible la formacin de profesionales con conocimientos amplios en todos los temas dela Fsica, e incentivando la creatividad y el sentido prctico de aplicacin, ambos necesarios para unatil y eficiente transferencia al medio de los beneficios del conocimiento.

CONCEPTO PROBLEMTICO

Estoy tratando de explicar como se transmiten las presiones entre gases y lquidos dentro deltema conceptual Principio de Pascal.

DESARROLLO, CONSTRUCCIN Y PRUEBA DEL EXPERIMENTO

DESARROLLO:

En el desarrollo de mi experimento me bas en los esquemas que muestra la bibliografaconsultada, pero por cuestiones prcticas, us un depsito hidroneumtico.

Pens en un recipiente que contenga agua y que pueda mantener aire comprimido para poderaplicarle presin. La intencin es transmitir esa presin del aire al lquido y que ese lquido desplace unpistn.

Luego se pens en los materiales que se necesitaran y que stos fueran de fcil obtencin: unabotella de plstico podra funcionar como depsito, una manguera transmitira agua y presin hacia unajeringa que hara de pistn. Tambin vlvulas que regulen la entrada y salida de aire y de agua. Porltimo, me pareci apropiado utilizar picos de bicicleta, que sabemos, resisten grandes presiones.

CONSTRUCCIN:

Busqu una botella de plstico descartable, me pareci adecuada la de soda debido a que resistemucha presin. La manguera de plstico la consegu en la ferretera ($0,60 el metro). Luego fui a laveterinaria local, compr la jeringa de mayor tamao que haba y consegu una de 60 ml por $8,20.Despus, en la bicicletera, solicit vlvulas de bicicleta, las cuales me fueron regaladas por elbicletero.

Una vez conseguidos los materiales bsicos, comenc la construccin.

322 24024,0 cmgf

cmkgfp ==

Lo primero fue colocar las vlvulas en la botella. Al principio result bastante sencillo hacerloya que no hizo falta usar taladro, fue suficiente un clavo caliente para realizar las perforaciones. Paraevitar posibles prdidas, coloqu arandelas de goma y abrazaderas, y ajust las tuercas en la manguera.Luego proced a colocar la manguera que transmitira lquido desde la botella a la jeringa.

Al tener el dispositivo armado, lo prob en funcionamiento. Aqu surgieron algunascomplicaciones: las uniones perdan. Entonces fue necesario sellar las vlvulas. Hice varios intentos, 1con fastix, luego con tefln.

Por ltimo, fabriqu una base de madera sobre la jeringa para poder colocar las cargas a elevar.

PRUEBA DEL EXPERIMENTO:

Una vez montado el experimento en el laboratorio proced a la realizacin de la prueba. Obtuvelos siguientes resultados: con solo insuflar cuatro impulsos en nuestro inflador pudimos elevar unacantidad en peso aproximada de hasta 5 kgf.

Luego quise calcular la presin que ejerca para elevar una determinada cantidad de peso, sinsaber precisamente, el peso. Para ello, junto al profesor, se nos ocurri fabricar un manmetro.Entonces colocamos una manguera en un costado de la botella con un conector abierto. Previamente,mediante la frmula de presin, calculamos la presin ejercida, tomando como ejemplo una carga aelevar de 1 kgf, para luego poder calcular la longitud aproximada de la manguera. Los resultadosobtenidos fueron los siguientes:

Sabiendo la presin ejercida, estimamos la altura que debera tener la columna de agua(manguera), siendo 1 kgf el peso a elevar:

hp .g=

hcm

gp .1 3=

hcm

gcm

g .1240 32 =

mhcm 40,2240 ==

Con estos resultados, conclu que si al elevar 1 kgf se precisa una manguera de 2,40 m de largo,para hacer efectivo y til nuestro manmetro, y poder calcular la presin sin saber el peso a elevar, sedeben colocar, por cuestiones de espacio, cargas inferiores a 1 kgf. Entonces, una vez puesta la carga,

p = Presin

P = Peso a elevar

S = Dimetro de la jeringa216,6

1cm

kgfp =

SP

p =

g = Peso especfico del agua

4mediante la frmula hp .g= , obtenemos la presin ejercida. Si se quieren elevar cargas mayores, soloresta sacar la manguera que funciona como manmetro, o bien, taparla. De este modo, el agua subirhasta la punta y quedar estancada, no se escapar.

PRESENTACIN DEL PROYECTO EN EL AULA

Como paso previo a la presentacin de la experiencia, se deben explicar, los conceptos tericosdel Principio de Pascal, transmisin de presiones, principio del elevador hidrulico, etc.

Luego en una clase de laboratorio se presenta el dispositivo a los alumnos y su funcionamiento,y se dejan establecidas las siguientes cuestiones:

o PRECAUCIONES:

Se debe tener en cuenta que si se le aplica demasiada presin a la botella:

- la misma puede reventar;

- las vlvulas pueden saltar, y en consecuencia, el agua saldr por los agujeros con granpresin.

o ACTIVIDADES PRCTICAS DE LOS ALUMNOS EN BASE A ESTA EXPERIENCIA:

- Cambiar la jeringa por una ms pequea, y calcular el peso que la misma llega a elevar.

- Utilizar un compresor de aire en lugar de un inflador y una carga ms pesada. Observa: qusuceder con la botella?

- Unir otro depsito a la botella que no contenga agua, solo aire. Qu diferencias se observarnen el funcionamiento con respecto al anterior, que constaba de un solo depsito?

- Agregar una segunda jeringa a la misma distancia de la ya existente, de igual o distintodimetro. Cmo se elevarn las cargas en cada caso?

LQUIDOS EN REPOSO

Atendiendo a su estado fsico, los cuerpos se clasifican en slidos, lquidos y gaseosos, y laclase a la cual pertenece una sustancia puede adquirir cualquiera de los tres estados.

Los cuerpos slidos poseen forma y volumen propio. Los lquidos tienen volumen propio, perono forma determinada. Los gases no tienen ni forma, ni volumen propio, sino que llenancompletamente los recipientes que los contienen. La palabra fluido se aplica tanto a los lquidos como alos gases.

5Los fluidos son sustancias constituidas por molculas que pueden fluir o resbalar unas sobreotras, con gran facilidad, debido a la accin de pequeas fuerzas.

La Hidrosttica es el estudio de los fluidos en reposo. Para ello es indispensable elconocimiento de dos magnitudes: la densidad y la presin.

DENSIDAD

Una de las propiedades caractersticas de cada material es su densidad.La densidad es la relacin entre su masa y su volumen, o sea, es el cociente entre su masa y su

volumen:

vm

d =

La masa por unidad de volumen de una sustancia constituye su densidad absoluta o masaespecfica absoluta. Debe expresarse en unidades de masa por unidad de volumen, de acuerdo con elsistema de unidades que se haya elegido.

Consideremos, por ejemplo el agua (H2O), del cual su densidad es igual a 1g/cm3. Esto significaque en cada cm3 de H2O se tiene una masa de 1g. De modo general, la densidad de un cuerpo, o de unlquido como en este caso, corresponde a la masa contenida en la unidad de volumen del mismo.

Unidades de densidad:

Por la definicin de densidad, la unidad de la densidad debe ser la relacin entre una unidad demasa y una unidad de volumen. Por lo tanto, en el Sistema Internacional (SI) la unidad de d ser:

31 mkg o

31 cmg

PRESIN

La presin ejercida sobre cualquier cuerpo se define como la relacin entre la fuerza ejercidasobre una superficie en direccin perpendicular a sta y el rea de la propia superficie. La fuerzaejercida por unidad de rea se denomina presin.

Se obtiene dividiendo la fuerza entre el rea sobre la cual acta la fuerza:

AF

p =

La presin es una magnitud escalar.La unidad de presin se obtiene dividiendo una unidad de fuerza por otra unidad de superficie.

En el Sistema Internacional se emplea como unidad de presin el Pascal: 2

11m

NPa =

PRESIN EN LQUIDOS EN REPOSO

Para hallar la presin p producida por el peso P de una columna de lquido, basta conocer elpeso especfico g , y la altura h de la columna, contada desde la superficie del lquido.

6hp .g=

La presin de los lquidos en reposo obedece a los siguientes principios:1. La presin existe en todos los puntos de la masa del lquido.2. La presin es proporcional a la distancia vertical contada a partir de la superficie libre del

lquido.3. En cualquier punto de un lquido, la magnitud de la fuerza ejercida sobre una superficie, es

independiente de la orientacin de dicha superficie.4. La presin es la misma en todos los puntos situados al mismo nivel, pertenecientes a un lquido

homogneo.5. La fuerza debida a la presin es siempre perpendicular a las superficies del recipiente.6. La fuerza ejercida sobre el fondo de una vasija es igual al producto de la presin por el rea de

la superficie del fondo.

PRINCIPIO DE PASCAL

Cuando a un lquido se le aplica una presin externa cualquiera, la presin resultante es msgrande que la dada por la frmula.

Siempre que a un lquido confinado y en reposo se le aplica una presin externa, la presin esincrementada en todos los puntos del fluido en el valor correspondiente a la presin externaaplicada.

El filsofo francs Blaise Pascal, descubri este principio en el siglo XVII, siendo el primeroque lo defini de una manera clara. Las consecuencias prcticas del principio de Pascal quedan bienpalpables en los neumticos de los autos, en los gatos hidrulicos, frenos hidrulicos, taladradoresneumticos y frenos de aire.

Ejemplos de aplicaciones del Principio de Pascal

o Prensa hidrulica

El hecho de que una presin externa, aplicada sobre un lquido en reposo, aumente la presin entodos los puntos del lquido en una cantidad igual a la presin externa, se utiliza con gran ventaja en lamquina denominada prensa hidrulica , en la que con un pequeo esfuerzo pueden ejercerse fuerzasmuy grandes.

Las prensas hidrulicas, al igual que las rampas hidrulicas, multiplican fuerzas. Constan de dosrecipientes cilndricos comunicantes que contienen un lquido, en los que el rea de la seleccintransversal de cada uno de ellos es mayor que la del otro. Si ejercemos una fuerza en el pistncilndrico que es ms pequeo, se provoca un aumento en la presin del lquido bajo el pistn. Dichoincremento en la presin se transmitir a todos los puntos del lquido.

El principio de esta mquina tambin se emplea en los elevadores de autos, en los sillones dedentistas y peluqueros, as como en los frenos hidrulicos de los automviles.

o Sistemas hidroneumticos

Los sistemas hidroneumticos se basan en el principio de comprensibilidad o elasticidad del airecuando es sometido a presin.

Funcionan de la siguiente manera: el agua, suministrada desde el acueducto pblico u otrafuente, es retenida en un tanque de almacenamiento, de donde, a travs de un sistema de bombas, serimpulsada a un recipiente a presin. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel del lquido, se

7comprime el aire y aumenta la presin. Cuando se llega a un nivel de agua y presin determinados(Pmx.), se produce la seal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer lared; cuando los niveles de presin bajan, a los mnimos preestablecidos (Pmn.) se acciona el mando deencendido de la bomba nuevamente.

Entre los diferentes sistemas de abastecimiento y distribucin de agua en edificios einstalaciones, los equipos hidroneumticos han demostrado ser una opcin eficiente y verstil, congrandes ventajas frente a otros sistemas. Este dispositivo evita construir tanques elevados, colocandoun sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presin.

o Rampa hidrulica

Una aplicacin caracterstica del principio de Pascal, para los gases y los lquidos, es la rampahidrulica, que puede encontrarse en muchos talleres automotrices. La mayor presin de aire producidapor un compresor se transmite por el aire hasta la superficie de aceite que hay en un depsitosubterrneo. A su vez, el aceite transmite la presin a un pistn que sube al automvil. La presinrelativamente baja que ejerce la fuerza de subida contra el pistn es aproximadamente igual a la presindel aire en los neumticos de los vehculos.

BIBLIOGRAFA

ALVARENGA, Beatriz; MXIMO, Antonio: Fsica General, Editorial Harla, S.A,

1983.

HEINEMANN, Alberto G.: Fsica, Editorial Angel y Estrada y ca, S.A., 1985.

HEWITT, Paul G.: Fsica Conceptual, Editorial Pearson Educacin, 2004.

WEBER, Robert L.; MANNING, Kenneth V.; WHITE, Marsh W.; FEBRER, Joaquin:

Fsica General Moderna, Editorial Revert, S.A., 1957.

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/hidroneumaticos/paginas/hidroneumaticos.htm

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