Fuerza y Presión


Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales

Asesor: ALMA ORTIZ HERNANDEZ

Autor: Joshua Andrew Hernandez Gonzalez ()

Grado:

Resumen

La motivación para hacer este proyecto, es el interés y curiosidad  que siempre he tenido por los globos, al agarrarlos, al apretarlos y ¿Por qué    a veces se revientan y otras veces no?.

Aplicando la ciencia realizaré este proyecto, para poder conocer las causas del por qué sucede este fenómeno.

En física la presión está definida como al cociente entre la acción de una fuerza sobre la unidad de superficie.

                                                                                                             P = F/S

Por lo tanto, la presión atmosférica es numéricamente igual al peso de una columna de aire que tiene como base la unidad de superficie y como altura la de la atmósfera.

Pregunta de Investigación

¿Por qué un globo de aire se revienta cuando se le presiona con un alfiler y no con un trozo de madera?

Planteamiento del Problema

En la naturaleza hay diferentes fenómenos en donde se ve implicada la presión y la fuerza en base a algunos principios dentro de la física.

Estos principios aplicados en los globos podrían ser por, ¿La presión atmosférica? ¿La diferencia de presiones? ¿La superficie que aplica la fuerza?

Antecedentes

En física la presión está definida como al cociente entre la acción de una fuerza sobre la unidad de superficie.

P = F/S

Por lo tanto, la presión atmosférica es numéricamente igual al peso de una columna de aire que tiene como base la unidad de superficie y como altura la de la atmósfera.

Unidad de presión

Desde el punto de vista histórico, la primera unidad empleada para medir la presión atmosférica fue el “milímetro de mercurio” (mm Hg), en razón de la conocida capacidad de una columna de mercurio, de unos 760 mm, consistente en lograr equilibrar la referida presión. Dicha propiedad era muy utilizada en la construcción de los primeros barómetros, de modo que el mm Hg resultaba una unidad de medida sumamente intuitiva. En la industria también ha sido usada la “atmósfera técnica” (at), definida como la presión debida a la acción de un kilogramo fuerza (kgf) sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Recordemos que 1 kgf corresponde a la fuerza de gravedad actuando sobre una masa de 1 kg, es decir, aproximadamente 9,81 newtons (N). La “atmósfera técnica” no debe confundirse con la “atmósfera normal” o “atmósfera física” (atm), definida como la presión debida a una columna de mercurio de (exactamente) 760 mm, bajo condiciones predeterminadas. La equivalencia es 1 atm. = 1,033at. Se debe mencionar que existen unidades análogas en los países de habla inglesa, donde resultan de uso frecuente las “pulgadas de mercurio” (Hg) y las “libras por pulgada cuadrada ” (psi). Estas últimas todavía se utilizan en nuestro país, para medir la presión de los neumáticos en los vehículos. Posteriormente, se generalizó el empleo del sistema CGS, basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Por tal motivo, la elección lógica era la “baria”, correspondiente a una fuerza de una dina actuando sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Sin embargo, como la baria resultaba demasiado pequeña para los fines prácticos, se decidió adoptar una unidad un millón de veces mayor: el “bar” (1 bar = 1.000.000 barias). En el campo específico de la meteorología, se hizo común el uso de la milésima de bar, el “milibar” (mb).

En la actualidad, la comunidad científica internacional ha adoptado el Sistema Internacional (SI), cuyas unidades fundamentales son el metro, el kilogramo y el segundo. Para este sistema la unidad de presión es el newton por metro cuadrado, denominado “pascal” (PA). Debido a que es una unidad muy pequeña y a efectos de facilitar la transición de un sistema a otro, se ha optado por expresar la presión atmosférica en “hectopascales” (hPA), es decir, en centenares de pascales. El hectopascal es idéntico al milibar (1 hPA = 1mb), de modo que no requiere mayor esfuerzo admitir dicho cambio en la denominación. Tanto la Organización Meteorológica Mundial (1982) como la Organización de Aviación Civil Internacional (1985) han abandonado ya, definitivamente, el uso del milibar, adoptando en su lugar el hectopascal como unidad de base para la medida de la presión atmosférica.

Medición de la presión

El barómetro de mercurio es un instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. La palabra barómetro viene del Griego donde: Báros = Presión y Métron = Medida El primer Barómetro lo ideo Evangelista Torricelli cuando trataba de explicar que las bombas aspirantes no pueden hacer subir el agua más allá de cierta altura. El barómetro de Fortin se compone de un tubo Torricelliano que se introduce en el mercurio contenido en una cubeta de vidrio en forma tubular, provista de una base de piel de gamo cuya forma puede ser modificada por medio de un tornillo que se apoya en su centro y que, oportunamente girado, lleva el nivel del mercurio del cilindro a rozar la punta de un pequeño cono de marfil. Así se mantiene un nivel fijo. El barómetro está totalmente recubierto de latón, salvo dos ranuras verticales junto al tubo que permiten ver el nivel de mercurio. En la ranura frontal hay una graduación en milímetros y un nonius para la lectura de décimas de milímetros. En la posterior hay un pequeño espejo para facilitar la visibilidad del nivel. Al barómetro va unido un termómetro. Los barómetros Fortin se usan en laboratorios científicos para las medidas de alta precisión, y las lecturas deben ser corregidas teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir sobre las mismas, tales como la temperatura del ambiente, la aceleración de gravedad de lugar, la tensión de vapor del mercurio, etc. Con vistas a la difusión de los barómetros para mediciones de altura y para la previsión del tiempo se han ideado unos barómetros metálicos más manejables y económicos que el de Fortin, son los llamados aneroides y holostéricos, si bien son menos precisos. El primero está formado por un tubo de sección elíptica doblado en forma de aro, en el que se ha obtenido una alta rarefacción. El tubo doblado queda fijo en un punto y la extremidad de los semicírculos así obtenidos es móvil. Con el aumento de la presión atmosférica, el tubo tiende a cerrarse; en el caso contrario tiende a abrirse. La extremidad de los semicírculos está unida a los extremos de una barrita que gira sobre su centro; ésta, a través de un juego de engranajes y palancas, hace mover un índice. El barómetro metálico holostérico está formado por un recipiente aplanado, de superficies onduladas en el que se ha logrado una intensa rarefacción antes de cerrarlo; en una de las caras se apoya un resorte que, con las variaciones de presión atmosférica, hace mover un índice por medio de un juego de palancas.

Objetivo

Conocer los principios básicos de Fuerza y Presión, su aplicación en la vida diaria y los fenómenos que intervienen en el proceso.

Justificación

Me interesó esté tema porque siempre me ha dado curiosidad porque a veces los globos se revientan pronto y porqué otras veces tardan en reventar.

Hipótesis

Si tomamos en cuenta la superficie donde se encuentre el cuerpo elástico (globo), entonces sabremos cuánta fuerza y presión se deben aplicar para que esté reviente.

Método (materiales y procedimiento)

Método 1 

Materiales:

  1. Tabla de madera.
  2. Clavos en abundancia.
  3. 4 tubos de plástico.
  4. 1 tablero de corcho.
  5. Pegamento fuerte.
  6. 2 globos.
  7. Objeto pesado.

En primer lugar empezaremos clavando un único clavo en el centro (aproximado) de nuestra tabla. A continuación perforaremos el corcho en todas las esquinas.

Los orificios deberán ser del mismo tamaño (o algo superior) que el diámetro de los tubos de plástico, para que estos se puedan introducir por dichas perforaciones sin esfuerzo. Posteriormente pegamos dichos tubos a nuestra tabla utilizando el pegamento fuerte. Una vez acaba esta tarea, nos disponemos a realizar nuestra primera experiencia.

Colocamos el corcho sobre la tabla (en la que, como hemos dicho anteriormente, ya hemos clavado una punta). Cogemos un globo y lo colocamos encima de la tabla, sin que este haga presión sobre la punta. Colocamos un peso sobre el corcho, y lo soltamos. El globo explota.

Ahora es el momento de repetir la experiencia, pero en este caso no clavaremos un único  clavo en nuestra tabla, sino un número considerable de ellos a una distancia aproximada de medio centímetro. De esta forma queremos demostrar que el peso colocado sobre el globo se repartirá sobre todas las puntas y este no explotará. Para eso repetimos la experiencia anterior con nuestra nueva tabla llena de puntas. En esta ocasión, al dejar sobre el globo el peso de varios libros, este continúa intacto.

MÉTODO 2

Materiales:

  1. 2 Globo
  2. 1 alfiler o palillo con punta

 

PROCEDIMIENTO

Infla los globos. Pica con el alfiler uno de los globos en la parte media ¡Observa! Ahora pica el otro globo en cualquiera de las dos puntas ¡Observa!

Galería Método

Resultados

La presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, de acuerdo con la fórmula P=F/S. De la expresión deducimos que cuanto mayor sea la superficie, menor será la presión ejercida. Por el principio de acción-reacción, la fuerza que ejerce el cuerpo será igual a la fuerza que ejercen los clavos. Así, la fuerza que cada clavo ejerce sobre el cuerpo será igual a su peso dividido entre el número de clavos; entonces, cuantos más clavos haya, más se repartirá el peso y menos presión notará el cuerpo. Este es el motivo.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

El aire que introduces con tu boca al globo hace que sus paredes se estiren, en unos lugares más que en otros. El aire que está dentro del globo está empujando en todas direcciones, mientras más aire tiene el globo estará sujeto a mayor presión. Cuando perforas el globo a la mitad el material está estiradísimo, cerca de su límite de ruptura, mientras que en los extremos el material todavía es muy fuerte para romperse.

Cuando un material se estira y vuelve a su estado original sin cambiar de forma se le conoce como deformación elástica, como ocurre con una liga. Las pelotas rebotan porque cuando pegan en el suelo se deforman, cuando están recuperando su forma hay un empuje en el sentido contrario.

Con este experimento se puede ver que con la misma cantidad de aire los globos pueden inflarse más o menos dependiendo de la resistencia del material. El aire tendrá una densidad (masa/volumen) mayor dentro de un globo muy resistente. Adentro del globo la presión del aire será igual en todas las direcciones y estará a temperatura constante.

Ley de Boyle: “A temperatura constante, los volúmenes ocupados por un gas son inversamente proporcionales a las presiones a las que está sometido”.

Bibliografía

http://html.rincondelvago.com/fuerzas-y-presiones.htmlhttp://aula.tareasplus.com/Roberto-Cuartas/CALCULO-INTEGRAL/Presion-y-fuerza-ejercida-por-un-fluido-ejemplo-1https://www.youtube.com/watch?v=KVOBzQgr3Z0



Fuerza y Presión


Fuerza y Presión

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography