Reporte de la práctica 3 de principios de termodinámica y electromagnetismo

1. Objetivos
● A partir de un manómetro diferencial determinar la relación de la presión
manométrica "Pman función de la profundidad "y" de un fluido en reposo.
● Determinar el modelo gráfico y el modelo matemático de la presión manométrica
"Pman" en función de la profundidad "y" en un fluido homogéneo, en reposo.
● A partir del modelo matemático anterior, deducir la densidad y el módulo del
peso específico del fluido empleado.
● Concluir respecto a la validez de la ecuación del gradiente de presión.
● Construir un barómetro con mercurio, como el empleado por Evangelista
Torricelli.
● Medir la presión atmosférica local, a través del experimento de Torricelli.
1

2. Equipo y material necesarios
1 manómetro diferencial
1 recipiente de base cuadrada
1 flexómetro
1 tubo de vidrio de 0 > 6 [mm], l > 60 [cm], sellado en un extremo.
1 frasco con mercurio
1 cápsula de porcelana
1 jeringa
1 transportador de plástico
1 par de guantes quirúrgicos (proporcionado por los alumnos)
2

3. Desarrollo de actividades
Actividad 1
Se introdujo el sensor del manómetro en el contenedor de agua (como lo indica el
diagrama) y medimos la presión manométrica "Pman" para diferentes profundidades
(Ver tabla 1).
Actividad 2
Con la aplicación del método de "mínimos cuadrados", obtuvimos la ecuación Pman = f
(y). Hicimos la gráfica del modelo matemático (ver gráfica 1)
Actividad 3
Con la aplicación de la ecuación del gradiente de presión y con el modelo matemático
de la actividad 2, se obtuvo el módulo del peso específico, la densidad, la densidad
relativa y el volumen específico (ver tabla 2).
Actividad 4
Se midió la longitud "l " del mercurio en el tubo de vidrio para los valores del ángulo
αindicados; se determinó para cada medición el valor de la altura barométrica, hbar y
se determinó la altura barométrica más representativa de las mediciones efectuadas
(Ver tabla 3).
Actividad 5
Aplicando la ecuación que resulta del gradiente de presión aplicada entre los puntos 1 y
2, se determinó la presión atmosférica en el laboratorio (ver ejercicio en apéndice).
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4. Cuestionario
1. ¿Qué nombre recibe la cantidad física que relaciona la fuerza aplicada
perpendicularmente sobre una superficie de un fluido? y ¿en qué unidades del
SI se mide?
Es una fuerza normal denominada presión, que se mide en [N/m2]=[Pa]
2. ¿Un manómetro siempre debe medir presiones mayores que la de la atmósfera?
Justifique su respuesta.
No, también puede medir presiones menores, éstas últimas reciben el nombre de
presiones vacuométricas (se puede crear vacío por el extremo que mide, o cuando el
fluido que se compara tiene menor presión que el entorno).
3. ¿Un manómetro siempre debe medir presiones comparativamente con el
entorno? Justifique su respuesta.
Sí, ya que uno de los extremos está abierto al entorno (lo que sí puede variar es el
entorno).
4. ¿En qué lugar del planeta, habitado por seres humanos, se tiene la mayor altura
barométrica?
A nivel del mar.
5. La altura barométrica ¿es función del ángulo que forman el tubo del barómetro y
la horizontal? Justifique su respuesta.
No, la altura barométrica es constante, porque la presión no cambia al inclinar el
barómetro, al inclinarlo, el mercurio sube. Si imaginamos un triángulo rectángulo cuya
hipotenusa es el barómetro, la altura barométrica está dada por el segmento que el
mercurio ocupa en el barómetro multiplicado por el seno del ángulo que forma con la
horizontal.
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5. Conclusiones
Logramos determinar la relación de la presión manométrica en función de la
profundidad en agua, a partir de un manómetro diferencial.
Deducimos la densidad y el módulo del peso específico del fluido a partir de la
ecuación matemática obtenida de las mediciones del manómetro diferencial.
Los resultados que obtuvimos respecto a la ecuación del gradiente de presión, no son
los que esperábamos, no logramos obtener la densidad estandarizada del agua, esto
pudo ser provocado por errores de calibración o de paralaje, que son los más
probables.
Con mucha precaución, logramos construir un barómetro de mercurio. A partir de él,
pedimos la presión atmosférica local.
5

6. Comentarios
La presión es una propiedad intensiva de la materia la cual afecta a todos los seres
vivientes por el simple hecho de estar en el planeta, ya que la presión que ejerce la
atmósfera no exenta a ningún cuerpo que esté en la Tierra. Es por eso que su estudio
es muy importante para conocer los posibles efectos tanto en los seres vivos como en
los materiales que se manipulen al crear algún proceso. Sin embargo, la presión
atmosférica no es la única que pueda afectar a los cuerpos, también es la que ejerce
un cuerpo sobre cierta área, la cual puede afectar también los fenómeno.
Es por eso que la presión desde tiempo atrás ha sido estudiada y sobretodo medida de
diversas maneras, esto debido a que afecta a los procesos físicos que puedan
presentarse al trabajar conciertas sustancias y materiales. Es necesaria para evitar
posibles errores en mediciones o inclusive prevenir ciertos accidentes al crear algún
mecanismo.
En el experimento, se pudo observar cómo funciona la presión atmosférica, con lo cual
podemos comprobar que efectivamente afecta a todas las personas y cosas en el
entorno, pero lo más importante es que se pudo obtener una unidad que pudiera medir
la presión atmosférica, tal y como Torricelli lo propuso en su experimento, el cual fue
reproducido y comprobado que realmente funciona, no solamente a nivel del mar, sino
que también a cualquier altura de la Tierra, sólo teniendo en cuenta las
consideraciones óptimas para realizarlo.
6

7. Apéndice
Tabla 1.
y [cm]
0
3
6
9
12
15
y [m]
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
Pman1
[Pa]
0
290
550
780
1150
1400
Pman2
[Pa]
0
275
550
850
1130
1400
Pman3
[Pa]
0
290
540
890
1120
1420
Pman [Pa]
0
285
546.666667
840
1133.33333
1406.66667
Gráfica 1
Presión-profundidad
Presión manométrica [Pa]
1600
1400
1200
1000
800
600
Presión-profundidad
400
Linear (Presión-profundidad)
200
0
-200 0
0.05
0.1
0.15
Profundidad [m]
0.2
y [Pa]= 9401.6 [
/( ^2. ^2 )]x[m] - 3.1746[Pa]
Gráfica 1.
Grafica de dispersión y regresión lineal de los resultados del experimento 1, mostrados en la
tabla 1.
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8. Tabla 2
Datos que se piden
Magnitud
Unidades
Módulo del peso específico
9401.6
[
Densidad
961.308793
[
Densidad relativa
0.96130879
[1]
Volumen específico
0.00104025
[
Tabla 2.
Resultados de la actividad 3.
Tabla 3
α[°]
75
80
85
90
Hbar[m]
l [m]
64.7
62.9
61
70.6
63.995
Hbar[m]
62.68
61.94
60.76
70.6
Tabla 3.
Resultados de la actividad 4,
donde Hbar de la última fila es el
promedio
de
las
alturas
barométricas.
8
]
]
]

9. Desarrollo matemático de la actividad 5:
9

10. Bibliografía
Notas de clase de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo. Profesor Rigel
Gamez Leal.
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