Si en un experimento somos capaces de diseñar un equipo donde podamos aplicar distintas fuerzas  y medir diferencias de alturas en un fluido, manteniendo constantes S, r  y g, concluimos que al representar F en el eje de ordenadas frente a D h en el eje de abscisas obtenemos una línea recta cuya pendiente  vale  Sr g ;   si además  podemos medir S y conocemos g, es posible determinar  la densidad r del fluido utilizado.

GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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 Presión

FUNDAMENTO

La presión se define como

Siendo: F la fuerza y S la superficie sobre la que se aplica dicha fuerza. La hidrostática nos dice que la diferencia de presión entre dos puntos de un fluido  de densidad r, en estado estacionario, es:

Siendo r la densidad del fluido, g la intensidad del campo gravitatorio y Dh la diferencia de alturas de los puntos considerados.

La combinación de las ecuaciones nos lleva a

Los requisitos especificados anteriormente pueden conseguirse con un material relativamente sencillo como el que a continuación exponemos.

MATERIAL

 

Tubo de vidrio en forma de U

Jeringa de vidrio de 50 mL

Juego de pesas de 100 gramos

Mercurio

Aceite de lubricar ( por ejemplo de silicona)

Soportes y pinzas.

Calibrador

Balanza

 

DISPOSITIVO.

El  dispositivo experimental  utilizado  por nosotros está reflejado en la figura 1

Fig.1

En la figura 1, se observa que hay   un embudo, el cual  sirve para introducir con comodidad  el  mercurio en el tubo en U. No obstante, este dispositivo  puede simplificarse utilizando un tubo en U fabricado con vidrio de laboratorio, o incluso con dos tubos rectos  de vidrio unidos con una goma en forma de U. 

Es muy importante asegurarse que la goma que enlaza estos tubos rectos, y que estará llena de mercurio, quede fuertemente apretada contra el vidrio  para evitar que el mercurio se derrame.

 En ambos casos conviene que el diámetro del tubo no sea muy estrecho, ya que en caso contrario, al echar el mercurio quedan atrapadas burbujas de aire que  son difíciles de eliminar. En la figura 2 hay un esquema de este montaje más sencillo.

 

Antes de realizar el montaje de la figura 2 se lubrica el émbolo y la parte interior de la jeringa con aceite de silicona. En caso de no tenerla puede utilizarse otro aceite líquido, pero no grasa sólida.

Una vez realizado el montaje, sin pesas  y con el émbolo fuera de la jeringa, se echa el mercurio por la rama izquierda del tubo en U y dado que por ambos lados está en contacto con el aire el nivel en las dos ramas es el mismo.  Después se coloca el émbolo sobre la jeringa  y de este modo se produce un desnivel en las ramas del mercurio.  Se mide ese desnivel  y se añaden pesas sobre la plataforma del émbolo y en cada caso se mide el desnivel Dh y la masa  total, que es la suma de la masa  del émbolo y las pesas añadidas. Esta masa supone un peso, Peso  =F.

 

El procedimiento del dispositivo de la figura 1 es el mismo, salvo que el mercurio se añade a través del embudo.

 

 

En las figuras 3a, 3b y 3c se indican tres fases del proceso para la obtención de  medidas

Fig.2

Fig.3a

Fig.3b

Fig.3c

MEDIDAS

Previamente al montaje, con una balanza se determinan la masa del émbolo y con un calibrador su diámetro.

La primera medida de  Dh se realiza cuando se coloca solamente el émbolo, sin ninguna pesa, en la jeringa. A continuación se añade sobre el émbolo  una pesa de 100 gramos y se mide el nuevo  Dh. A continuación se procede  añadiendo  cada vez una nueva pesa de 100 gramos.

Con los datos obtenidos se construye una gráfica con los valores de los pesos en newtones (suma del peso del émbolo más las pesas)  en el eje de ordenadas frente a las diferencias de alturas ( Dh), en metros, en el eje de abscisas. Se determina la pendiente de la recta, que es igual a:

 

Pendiente de la recta = S r g

De esta expresión se deduce:

Siendo D el diámetro del émbolo medido con un calibrador. Así puede determinarse  la densidad del mercurio;  como la  medida directa de su  densidad es 13,6.104 kg/m3, puede calcularse el error cometido.

 

SOLUCIÓN