Pascal
12 dic, 2011
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PDFElevador hidráulico
PRESENTACIÓN: Una jeringuilla grande se une a una de sección más pequeña. Ambas se llenan con agua coloreada. Puede verificarse que la fuerza necesaria para empujar la jeringuilla de menor sección es menor.
- An Improved Archimedes Pump, Resat Akoglu, Phys. Teach. 40, 550 (2002)
20 responses to "Pascal"
Este experimento está basado en el principio o ley de Pascal. En el día a día hay un sinfín de máquinas que utilizan el principio de la prensa hidráulica como pueden ser el sistema de frenado del coche.
El principio de Pascal o ley de Pascal puede resumirse de la siguiente manera: la presión ejercida sobre un fluido no 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.
El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, con agujeros 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.
Y esto es lo mismo que pasa en la prensa hidráulica, como la presión del líquido es la misma en todos los puntos, la fuerza va a depender de la sección, por lo que a menor sección, menos fuerza se necesitará ejercer. Y cuando se ejerce una fuerza sobre el émbolo pequeño, la presión que se origina se transmite íntegramente al resto del líquido y la fuerza resultante en el émbolo grande será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones.
Además de utilizarse en prensas hidráulicas o en los sistemas de frenado de los coches, el principio de Pascal también se aplica en la refrigeración de muchos electrodomésticos.
La refrigeración se basa en la aplicación de presiones altas y bajas alternativamente, al mismo tiempo que se hace circular un fluido por una tubería. Cuando el fluido pasa de presión alta a baja en el evaporador, 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.
Elaboradísimo experimento que requiere de un mínimo de maña, pero que guarda una enorme visualización del funcionamiento de la maquinaria que tan acostumbrad@s estamos a ver en nuestras calles. Las cuales son capaces de cargar con enormes pesos, pero podremos comprender gracias a este proyecto, que la fuerza aplicada gracias a los elevadores hidráulicos se ve enormemente reducida.
Este experimento me ha parecido muy interesante y elaborado. Creo que llama mucho la atención entre el alumnado. Sin embargo, sí que es cierto que, como dijo Iván, hay que ser un tanto “manitas” para prepararlo. He encontrado un experimento más sencillo que también explica el principio de Pascal para quien no tenga suficiente tiempo y maña.
El principio de Pascal es fundamento gracias al cual funcionan un gran número de máquinas con infinidad de utilidades. Desde excavadoras a los gatos hidráulicos que nos permiten elevar un coche que puede pesar más de una tonelada con la fuerza de nuestra pierna. Las aplicaciones dependen de la originalidad de cada uno. En el siguiente vídeo se puede ver un pequeño artefacto muy simple para sellar documentos basado en este principio.
En los hospitales día a día se utilizan miles de goteros. Estas sencillas «máquinas» que se dedican a cuidar a miles de enfermos utiliza el Principio de Pascal para su funcionamiento. El gotero funciona por la diferencia de presiones. Según el principio de Pascal: «si en un punto de un fluido se ejerce un presión esta se transmite de forma instantánea y de igual intensidad en todas direcciones». Esto haría que el suero del gotero entrase en la sangre sin ningún problema. Ésta misma ley dice que «los líquidos que se comunican tienden a estar a la misma altura», el suero del gotero baja llegando a estar a la misma altura que la sangre. Si el gotero estuviese a una altura inferior que el brazo sería la sangre la que se saldría del enfermo y se introduciría en el gotero. Aunque el físico Blaise Pascal, en 1650, inventó la primera jeringa «moderna.» Su aplicación a personas para inyectar medicamentos bajo la piel fue debida a Francis Rynd en 1844 que diseño una aguja para inyectar líquidos.
Se preguntamos os alumnos de física e química de 4º da ESO como frea un coche, ou como unha máquina retroescavadora pode levantar gran cantidade de pedras, ou como unha persoa soa, con un gato, pode cambiar unha roda, seguramente non saiban que contestar, pero con este experimento poderán ver o mecanismo dun elevador hidráulico, no cal o seu obxectivo é levantar un peso cunha forza menor , constitúe a aplicación fundamental do principio de Pascal (a presión transmitida ou comunicada a un liquido encerrado nun recipiente transmites con igual valor en todas as direccións, e dicir, a presión en todo fluído é constante).
En los pulmones los músculos que los rodean actúan para crear un vacío en los primeros y de ésta forma permitir que entre aire debido a la presión atmosférica del exterior. Pero este proceso no se puede realizar directamente, sino que se realiza a través de un líquido (líquido pleural) que se encuentra encerrado en un lugar que rodea los pulmones (cavidad pleural). De forma similar al experimento hidráulico de Pascal, cuando los músculos actuan sobre el líquido pleural, intentando expandirlo, éste, que no se expande, actúa sobre los pulmones produciendo su expansión (a través de la membrana pleural interna que sería en este caso el embolo de la jeringuilla). La «bolsa» pleural funciona como el circuito cerrado de la jeringa del experimento. Si se apuñala a una persona a la altura de los pulmones, la inutilización del pulmón afectado no se produce por el daño que se produce en él sino por la rotura de la cavidad pleural, en la que termina entrando aire, e impidiendo que el sistema hidráulico explicado siga funcionando. A esto, en medicina, se le llama neumotórax y si no se elimina el aire de la cavidad pleural se puede producir la muerte por asfixia. Esto último trasladado al experimento del circuito hidráulico de la excavadora, sería como si se produjera una fuga en el circuito y al actuar sobre la primera jeringa produciendo su expansión, entraría aire en el circuito y no se cumpliría el principio de Pascal.
Este comentario de Jose Maria sobre la asociación del principio de Pascal al cuerpo humano y la comparación del experimento con el funcionamiento de los pulmones me ha resultado muy interesante y ha despertado mi interés en informarme más del tema. He buscado un vídeo que puede resultar útil como orientación.
Como ya se ha comentado, gracias a este principio funcionan una gran cantidad de máquinas. En el siguiente vídeo se muestra como hacer una prensa hidráulica casera de forma muy sencilla que es capaz de levantar a un niño.
En el Decreto que regula la enseñanza obligatoria en Galicia, dentro de la asignatura de Física y Química de 4º de la E.S.O., en el Bloque 4. O movemento e as forzas uno de los estándares de aprendizaje es: FQB4.13.4. Analiza
aplicacións prácticas baseadas no principio de Pascal, como a prensa hidráulica, o elevador, ou a dirección e os freos hidráulicos, aplicando a expresión matemática deste principio á resolución de problemas en contextos prácticos. Este experimento permite potenciar a competencias clave do currículo: Competencia matemática e competencias básicas en ciencia e tecnoloxía.
Me parece un dispositivo muy interesante, ya que los alumnos pueden relacionarlo fácilmente con maquinaria que conocen. Además de que pueden manipularlo ellos mismos y eso seguro que les llama la atención.
Como se menciona en otro comentario, el principio de Pascal puede comprobarse llenando con agua una esfera que tenga agujeros en diferentes lugares. Después se ejerce presión y se observa como el agua sale por todos los agujeros a la misma velocidad. Este vídeo nos lo muestra de manera más visual empleando un dispositivo casero. Además, podemos comprobar que efectivamente sale la misma cantidad de agua por todos los agujeros observando cuanto se desplazan los émbolos de las jeringuillas.
Unha actividade interesante para facer nunha aula de tecnoloxía e explicar como funcionan as máquinas hidráulicas.
En el principio de Pascal se basan múltiplos dispositivos hidráulicos que permiten, al igual que la «ley de la palanca», multiplicar la fuerza aplicada, jugando con la relación de áreas entre la superficie dónde aplicamos la fuerza y la de la superficie sobre la que actuamos. Así, por ejemplo, el elevador hidraulico de coches, el freno hidraulico o la dirección asistir a hidráulica se basan en este principio.
Coincido con Pablo, en que es una actividad interesante como proyecto para la asignatura de Tecnología, dónde además de realizar el montaje, elaborarían la memoria completa del proyecto, incluyendo descripción, materiales, croquis, vistas de las piezas, despiece, montaje, normas de seguridad, presupuesto, estudio medioambiental, etc…Una buena opción, sería que l@s alumn@s intentaran realizarlo a partir de un listado de materiales y algunas consideraciones para el montaje, para que tengan que dar solución al desafío buscando información en internet y/o con ayuda del profesor/a.
Este experimento es interesante por permitir unir varias asignaturas del currículo, como son Física y Química y Tecnología. Esto se debe a que el principio de Pascal se enseña en Física, sin embargo, los usos están más relacionados con la tecnología. Aquí dejo algunos vídeos donde podemos ver algunas aplicaciones que podrían ser desarrolladas en esta clase como es construir una prensa hidráulica o un elevador hidráulico.
Este principio explicaría el por qué cuesta mucho más extraer con una jeringa de 20ml líquido de un envase (un suero de 1L por ejemplo) que con una jeringa de 2 ml, utilizando una aguja de igual calibre? Es algo a lo que me enfrento en las consultas diarias, y no sabía el por qué.
Este experimento é perfecto para a elaboración dunha situación de aprendizaxe. Os alumnos poderían entender como funcionan os sistemas hidráulicos de maneira sinxela á vez que colaboran para crear as pezas e montalo para a súa execución.
Muy bien representado el principio de Pascal «cuando se ejerce presión sobre un fluido incompresible, la presión se transmite con igual intensidad a todos los puntos del fluido y a las paredes que lo contienen». Genial para llevarlo a un aula y que puedan verlo los alumnos/as