PRESIÓN aire y agua
Antes de empezar ¿qué es la presión del aire?. El aire está compuesto por diferentes partículas y éstas tienen una masa específica. El conjunto de todas ellas está envolviendo la Tierra, generando un peso sobre ella. Cuando estas partículas colisionan sobre una superficie generan una fuerza llamada presión.
Según Pascal “La presión ejercida sobre un fluido poco 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”
Según Bernouilli. Para entender y realizar algunos de los experimentos relacionados con el aire y a la presión atmosférica necesitamos de algunos conceptos científicos básicos. Entre ellos uno importante, el conocido simplemente como el principio de Bernoulli, que según éste, "la presión que un fluido ejerce sobre una superficie será menor cuando el fluido está en movimiento sobre dicha superficie que cuando está detenida". Además, la reducción de la presión será proporcional a la velocidad del fluido (un líquido o un gas).
La presión hidrostática, (Arquimedes) por lo tanto, da cuenta de la presión o fuerza que el peso de un fluido en reposo puede llegar a provocar. Se trata de la presión que experimenta un elemento por el sólo hecho de estar sumergido en un líquido.
El fluido genera presión sobre el fondo, los laterales del recipiente y sobre la superficie del objeto introducido en él. Dicha presión hidrostática, con el fluido en estado de reposo, provoca una fuerza perpendicular a las paredes del envase o a la superficie del objeto.
El peso ejercido por el líquido sube a medida que se incrementa la profundidad
La presión atmosférica es el peso de la columna de aire que hay sobre cualquier punto o lugar de la tierra y es por tanto el peso por unidad de superficie. Cuanto mayor es la altura, menor es la presión atmosférica y cuanto menor es la altura y más se acerque a nivel del mar, mayor será la presión.
Aparatos de medida de la presión atmosférica:
La presión atmosférica se mide con un aparato llamado barómetro, que fue creado en 1643 por el físico y matemático Evangelista Torricelli.
Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, agua y arena.
Primero practicamos un agujero pequeño cerca de la base de la botella de plástico.
Luego tapamos el agujero con un dedo y llenamos la botella con agua. Antes de retirar el dedo para dejar salir el líquido colocamos una bandeja para recoger el agua.
Al retirar el dedo sale un chorro de agua que pierde fuerza a medida que disminuye el contenido de agua de la botella.
Ahora repetimos el experimento llenando la botella con arena. Al retirar el dedo sale un chorro de arena constante.
Explicación
La presión en el interior de un líquido depende de la naturaleza del líquido y de la profundidad. En el caso de la botella llena de agua, al retirar el dedo sale un chorro impulsado por la presión que ejerce el agua sobre el agujero. Esa presión disminuye a medida que sale el agua de la botella.
En el caso de la botella llena de arena la situación es diferente. En la materia granular los granos tienden a dirigir la fuerza debido al peso del material hacia las paredes del recipiente. Mayor cantidad de presión se dirige hacia las paredes del recipiente que hacia el fondo. De esta forma la arena que sale por el orificio no experimenta el peso de la arena que está por encima y puede salir con una velocidad constante que no varía al descender el nivel de la arena en el interior de la botella.
Un chorro de agua sorprendente (Bernouilli)
Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico con tapón, agua y una cañita.
Primera parte
Hacemos un agujero cerca de la base de una botella de plástico, lo tapamos con un dedo y llenamos la botella completamente de agua. Al retirar el dedo el agua sale por el agujero con una velocidad que disminuye a medida que baja el nivel del agua en el interior de la botella.
Segunda parte
Hacemos un agujero en el tapón de la botella y metemos una cañita en dicho agujero de manera que casi toda la cañita quede en el interior de la botella cuando coloquemos el tapón. Luego tapamos el agujero de la botella de plástico con un dedo y llenamos la botella completamente con agua. Colocamos el tapón con la cañita y retiramos el dedo. Vemos que el agua sale por el agujero con velocidad constante que no varía al disminuir el nivel del agua en el interior de la botella.
Explicación
La presión en el interior de un líquido depende de la naturaleza del líquido y de la profundidad.
En la primera parte del experimento, al retirar el dedo sale un chorro de agua impulsado por la presión que ejerce el agua sobre dicho agujero. Esta presión (y la velocidad del chorro) disminuye a medida que baja el nivel del agua en el interior de la botella.
En la segunda parte del experimento, a medida que sale agua por el agujero entra aire por la cañita y se mantiene constante la presión sobre el agujero. El aire que entra por la cañita ejerce presión que compensa la pérdida de presión del agua al perder altura y el chorro sale con velocidad constante.
Para realizar nuestro experimento necesitamos un tubito de plástico transparente, un trozo de plástico rígido, hilo, una tuerca, un vaso con agua y una bolita de corcho.
Procedimiento:
Recortamos un cuadrado de plástico que utilizaremos para tapar uno de los extremos del tubito. Hacemos un agujero en el centro del tapón con ayuda de una aguja. Pasamos un trozo de hilo por dicho agujero y hacemos un nudo en uno de los extremos. Metemos el hilo por el tubito y estiramos del extremo superior del hilo de manera que el tapón quede firmemente pegado a la base del tubito. Por último metemos en el tubito una tuerca pequeña y una bolita de corcho (opcional)
Con el hilo tenso introducimos el tubito en un vaso con agua procurando que no entre agua de golpe. Si soltamos el hilo vemos que el tapón permanece pegado al tubito y la tuerca no cae.
Lo normal es que el agua entre en el tubito poco a poco. Cuando la altura de la columna de agua en el interior del tubito sea parecida a la altura del agua fuera del tubito el tapón se despega y la tuerca cae.
Explicación
El agua pesa y ejerce una presión hidrostática sobre las paredes del vaso y sobre las paredes de cualquier objeto que esté en el interior del líquido. Dicha presión se ejerce en todas direcciones.
Al meter el tubito en el recipiente con agua la presión de abajo a arriba sobre el tapón impide que caiga. Si inclinamos el tubito el tapón permanece pegado.
Poco a poco entra agua en el tubito. La bolita de corcho es opcional y nos permite apreciar mejor la altura del agua en el interior del tubito.
Para que el tapón se despegue es necesario que la columna de agua en el interior del tubito tenga una altura similar a la altura del agua fuera del tubito. En este caso tenemos dos fuerzas hacia abajo (el peso de la columna de agua en el interior del tubito y el peso de la tuerca) que logran compensar la presión y la fuerza hacia arriba ejercida por el agua que está debajo del tapón.