Variación de la Presión con la Profundidad en un Fluido

Variación de la Presión con la Profundidad en un Fluido

Objetivo

• Determinar la relación de la presión en un fluido con la profundidad.

Fundamentación

Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido en equilibrio, éste ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie. Esta fuerza por unidad de área se denomina presión P del fluido:

(1)

En un fluido incompresible en equilibrio, la presión ejercida por el líquido sobre un cuerpo sumergido depende de la densidad del fluido y la profundidad a la que se halle el cuerpo.

Es importante tener en cuenta que la presión no depende de la cantidad de líquido presente. El volumen no es un factor clave. Por ello, se sentirá la misma presión un metro bajo el agua en una piscina que a la misma profundidad en un lago muy grande.

En esta práctica se encontrará experimentalmente la relación entre la presión y la profundidad para diversos fluidos.

Igualmente, se encontrará el peso específico  para los fluidos estudiados, definido como el peso por unidad de volumen de una sustancia y que se calcula como:

(2)

Donde  es la densidad del fluido y g es la aceleración de la gravedad. Esta cantidad es de amplio uso en ingeniería, tanto en el diseño de estructuras como en la dinámica de fluidos.

Preinforme

Para la realización de esta práctica es imprescindible que tenga un conocimiento básico sobre algunos aspectos. El instructor evaluará este conocimiento solicitando un pre-informe (individual o grupal) o a través de una prueba corta antes de iniciar la sesión de laboratorio.

1. Deduzca la relación entre la presión y la profundidad para un fluido incompresible en equilibrio de densidad conocida .

2. Al final de la Guía se encuentran datos de presión vs. profundidad tomados en el laboratorio. Determine el peso específico de la sustancia empleada y sus incertidumbres absoluta y relativa. ¿Se trata de agua pura o una solución salina?

3. Se hace fluir plasma sanguíneo desde una bolsa a través de un tubo hasta la vena de un paciente, en un punto en que la presión de la sangre es de 12 mmHg. La densidad específica del plasma a 37ºC es de 1,03. ¿Cuál es la altura mínima a la que deberá estar la bolsa para que el plasma entre en la vena?

Equipo Requerido

• Interfaz ScienceWorkshop • Sensor de presión absoluta

• Soporte universal y barra de acero de 1 m • 2 probetas de 100 mL

• Nuez y pinza de sujeción • Escuadra

• Tubo de vidrio de 30 cm de longitud • Banco de altura graduable

• 1 beaker de 1 L (opcional)

Procedimiento

Parte I. Configuración de la interfaz y el sensor

1. Conecte la interfaz ScienceWorkshop al computador y enciéndala.

2. Conecte el sensor de presión absoluta en uno de los canales analógicos de la interfaz.

3. Ejecute el programa DataStudio e instale el sensor de presión absoluta.

4. Verifique que la medida a registrarse corresponda a la de presión, y tenga en cuenta las unidades que empleará para esta variable.

5. Antes de continuar con la configuración de los equipos, seleccione el medidor digital y de clic en el botón inicio. Tome nota del valor de la presión atmosférica en el Cuaderno de Prácticas. (Nota: si lo desea, puede cerrar el medidor digital de presión).

6. La toma de datos comprenderá la introducción manual de los datos de profundidad. Para registrarlas, haga clic en el botón Opciones de muestreo. Seleccione la opción Conservar datos sólo si se solicita y habilite las demás opciones disponibles (Escribir valor con el teclado… y Solicitar un valor). Ver Figura 1.

Figura 1

Escriba un Nombre para la variable y defina las unidades con las que reportará la profundidad.

7. Cree un gráfico Presión vs. profundidad.

Parte II. Configuración del equipo

1. Introduzca la manguera del sensor de presión en el tubo de vidrio, haciendo que coincidan sus extremos. Ver figura 2 a.

2. Llene la probeta con el fluido hasta aproximadamente el 80 % de su altura total (el criterio a seguir es que el líquido no rebose cuando se introduzca hasta el fondo el tubo de vidrio con la manguera). Ver Figura 2b.

3. Con la pinza sujete el tubo de vidrio, buscando mantenerlo en posición vertical. Ver Figura 2c.

4. Coloque la probeta sobre el banco de altura graduable. Inicialmente, lleve el banco a su posición más baja, procurando que no exista contacto entre el tubo de vidrio y el líquido.

Figura 2a Figura 2b Figura 2c

Parte III. Toma de medidas

1. Baje lentamente el tubo de vidrio hasta que su extremo inferior haga contacto con la superficie del fluido (Figura 3a). Elevando la probeta, introduzca el tubo de vidrio hasta una profundidad de 1,0 cm.

La medida se registra presionando el botón Conservar. Escriba la profundidad en el cuadro de diálogo que aparecerá a continuación.

2. Continúe

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