Divulgación y enseñanza de la ciencia

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

(PJ-94-DC) Principio de pascal y sus aplicaciones

Asesor: Gabriela Vela

Autor: Gabriela Vela

Resumen

Pregunta de Investigación

¿Qué importancia tiene en nuestros días un principio establecido en los años 1623-1662 por el físico-matemático francés Blaise Pascal?

Planteamiento del Problema

 

En estos tiempos podemos disfrutar de diversa tecnología a través de mecanismos, dispositivos, herramientas que facilita nuestra vida y actividades cotidianas.

Si un día cualquiera se poncha la llanta de un neumático a mitad de carretera, tan sencillo es colocar un gato hidráulico para levantar el automóvil y poder realizar uno mismo el cambio y continuar sin ningún problema.

Hoy en día las estaciones de servicio de automóviles cuentan con maquinaria que funciona a través de prensas hidráulicas instaladas en el subsuelo, las cuales permiten con gran facilidad y sencillez poder levantar automóviles y camionetas para facilitar la revisión, lavado y servicio de estos automóviles.

Como este y otros ejemplos que se irán explicando a lo largo de este proyecto son posibles gracias al trabajo realizado por nuestro personaje: Blaise Pascal.

Antecedentes

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal fue un matemático, físico, teólogo católico, filósofo y escritor francés. Sus contribuciones a la matemática y a la historia natural incluyen el diseño y construcción de calculadoras mecánicas, aportes a la teoría de la probabilidad, investigaciones sobre los fluidos y la aclaración de conceptos tales como la presión y el vacío. Después de una experiencia religiosa profunda en 1654, Pascal se dedicó también a la filosofía y a la teología.

Nació el 19 de junio de 1623 en el seno de una familia noble en Clermont (hoy en día Clermont-Ferrand) en la zona de Auvernia, del Macizo Central francés. Su padre, Étienne Pascal, tras haber recibido una formación como jurista en París, era un magistrado de alto rango que se desempeñaba como juez vicepresidente de la oficina de recaudación tributaria de Auvernia en Clermont. Por otra parte, Étienne Pascal destacaría más tarde como matemático. Su madre, Antoinette Begon provenía de una familia burguesa de comerciantes acomodados que también aspiraba a la Noblesse de robe.

 

En 1653 Blaise Pascal escribió un tratado sobre la presión atmosférica, en el que por primera vez en la historia de la ciencia se hace una descripción completa de la hidrostática, de esta manera comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

La hidráulica se encarga  del estudio de las propiedades y aplicaciones de los gases comprimidos y de los líquidos. Etimológicamente estas palabras derivan de las griegas hydro, que significa “agua”. Aunque las aplicaciones de los fluidos “gases y líquidos” a presión no son nuevas, lo que sí es relativamente reciente es su empleo en sistemas cerrados en forma de sistemas de control y actuación. El problema de automatización y control puede resolverse empleando mecanismos, circuitos eléctricos y electrónicos, circuitos hidráulicos o bien una combinación de todo ello. Los sistemas hidráulicos se suelen utilizar en aplicaciones que requieren movimientos lineales y grandes fuerzas.

Objetivo

Explicar y demostrar la importancia del principio de Pascal en nuestros días a través de prototipos y dispositivos que realizaremos físicamente, los cuales nos ayudarán a ilustrar y ejemplificar las aplicaciones más importantes.

Justificación

Con este proyecto se pretende realzar el conocimiento científico, la importancia de la ciencia en nuestros tiempos, así como el trabajo que hay atrás de todos los avances  tecnológicos que hoy en  día disponemos en forma cómoda y muchas veces inconscientemente. En este caso puntualizaremos en  la importancia de los trabajos realizados por Blaise Pascal en el siglo XVII referente a la presión de un fluido y su aplicación en la prensa hidráulica.

El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico-matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido incompresible 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. En pocas palabras, afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se propagará sobre toda la sustancia de manera uniforme.

Hipótesis

Para poder vivir y demostrar el principio de Pascal mediante el uso de la prensa hidráulica utilizaremos los siguientes materiales:

  1. Jeringas de diferentes capacidades las cuales simularan los cilindros de la prensa hidráulica, sellados con silicón.
  2. Mangueras que conectan ambas jeringas las cuales comunican el líquido entre los dos cilindros para igualar la presión en el interior.
  3. Cartón que se reciclará para dar el cuerpo y esqueleto de nuestro prototipo.

Método (materiales y procedimiento)

El método empleado para abordar nuestro proyecto fue el método científico, mismo que se implementó  desde el planteamiento de la hipótesis, el planteamiento del objetivo, así como en el desarrollo del resto del trabajo encaminado al trabajo de Pascal sobre fluidos cerrados herméticamente, donde a través de la consulta bibliográfica en de libros e internet, junto con el trabajo colaborativo y la selección de información con nuestro maestro asesor el cual nos fue guiando durante este proyecto para ir desarrollando el trabajo hasta el proceso de experimentación y resultados.

Para poder entender el principio retomamos desde el concepto de presión: La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie.

 

Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

P =  F  /  A

Cuyas unidades empleadas en el sistema internacional (SI) son N/ m2  lo que da por resultado un Pascal (Pa).

El principio de  Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada 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.

Posteriormente lo relacionamos con la prensa hidráulica en donde entendimos el principio de que en esencia consta de dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos, puentes y gatos hidráulicos, sillas y muchos otros dispositivos.

Galería Método

Resultados

Con nuestro prototipo construido,  nos dimos cuenta de la importancia de saber combinar los diferentes materiales apoyados con los estudios y aportaciones realizados por  Blaise Pascal para la elaboración del brazo hidráulico.

Con esto pudimos construir nuestro brazo hidráulico aplicando el principio de la prensa hidráulica que gracias al estudio realizado en el presento proyecto podemos explicar. Nuestro brazo  tiene la capacidad para agarrar y levantar un vaso de plástico de 100 ml.

Durante nuestra experimentación tuvimos dificultades  en la sujeción del vaso, ya que se resbalaba con las mordazas y no alcanzaba a levantarlo. Por esto tuvimos que hacer algunas modificaciones en las puntas de las mordazas, como colocar cinta de aislar en las puntas, para ganar mayor adherencia hacia las superficies.

Finalmente lo pintamos para darle mejor presentación.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado.

Concluimos que en esta vida sin los trabajos realizados por Blaise Pascal sería casi imposible llevar a cabo muchas de nuestras actividades, impactando principalmente el sector industrial, ya que desde una cama de hospital, una silla de oficina, hasta maquinas grandes como carros de volteo, camiones de basura, elevadores, gatos hidráulicos, frenos de automóviles y camiones, etc. Incluyendo la industria de la construcción y en general a través de todas la maquinas que funcionan  bajo este principio (grúas, tractores garras, máquinas de volteo, planchas, aplanadoras, etc. todas requieren de la implementación de este dispositivo el cual se entiende mediante los estudios realizados por nuestro anfitrión Blaise Pascal a través de su aplicación más importante “la prensa hidráulica”.

 

Bibliografía

 

Héctor Perez Montiel

Física General  5th Edition   editorial Patria

 

Giancoli

Física para ciencias e ingeniería vol. 1 4th Edition Editorial Pearson Prentice Hall

 

Serway – Jewett

Física para ciencias e ingeniería Libro digital

 

Israel Gutierrez, Gabriela Perez, Ricardo Medel

Física ciencias 2 Editorial Castillo

 

El  Mentor de Física y Química

Grupo Oceano

 

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography