mecánica de fluidos

MECNICA DE FLUIDOS

TEMA: INSTRUMENTOS DE MECANICA DE FLUIDOS

CATEDRATICO: MG.VILCA

CICLO: 6

TURNO: TARDE

INTEGRANTES:

CHAVEZ ALBERTO ANGEL

QUINTANA ILANZO EVELYN

DIAZ VASQUEZ MARIBEL

SOTO MARANI CRISTIAN

VALLADLID GARCIA SARA

PAITAN IPARRAGUIRRE MARISOL

AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

El laboratorio de mecnica de fluidos es una parte integral del Departamento de Ciencias

de Ingeniera y Materiales. Las instalaciones se utilizan para ofrecer el laboratorio de

mecnica de fluidos y la teora de mecnica de fluidos .as como, para correr experimentos

demostrativos a los estudiantes de Ingeniera, El curso de mecnica de fluidos es una

introduccin a la mecnica de fluidos incompresibles y compresibles. Cubre los principios y

las teoras ms importantes de mecnica de fluidos moderna. El curso del laboratorio de

mecnica de fluidos es un suplemento imprescindible a la teora. Cubre los instrumentos de

medicin y las tcnicas, anlisis de error en trabajos experimentales y anlisis de

asunciones en la teora de la mecnica de fluidos.

Conocer los instrumentos y saber utilizarlos en cada uno de los procedimientos

Conocer las aplicaciones de la mecnica de fluidos estn la propulsin a chorro, las

turbinas, los compresores y las bombas

Realizar la medicin de dimensiones tales como longitud, dimetro y espesor

Adquirir habilidad en la toma y lectura de medidas de cada uno de los instrumentos

permitan la toma de un dato, expresar su valor teniendo en cuenta la sensibilidad

del instrumento

La coleccin de instrumentos de mecnica de fluidos sorprender por su variedad, rareza y utilidad didctica de algunas de sus piezas. Encontramos barmetros, manmetros y vacumetros de diverso tipo, aermetros de Nicholson, Baum y Cartier, y en cuanto a los aparatos destinados a la creacin del vaco, hallamos desde las clsicas mquina neumtica y trompa de agua, hasta una bomba de difusin y una soberbia mquina de Bianchi. Por otro lado, se conservan instrumentos poco habituales en las colecciones cientficas existentes, como el aparato de Haldat, el dinammetro hidrosttico de Pellat o el ariete hidralico. Finalmente, ahondando en las posibilidades didcticas del instrumental cientfico de valor histrico de fsica, hay que destacar algunos instrumentos que permiten su puesta en funcionamiento con relativa sencillez, y que ejemplifican diversos aspectos de la mecnica de fluidos, como son: vasos comunicantes, baroscopio, frasco de Mariotte, balanza hidrosttica, tubos capilares, endosmmetro, sifn intermitente, ariete hidralico, etc.

En resumen, la coleccin de mecnica de fluidos est compuesta por un amplio nmero de instrumentos, cada uno de los cuales presenta una singularidad que le confiere, a nuestro juicio, un carcter nico.

1. Aermetro de Nicholson

2. Aparato de Haldat

3. Aparato ejemplificador del principio de Pascal

4. Ariete hidralico

5. Balanza hidrosttica

6. Barmetro de Fortin

7. Barmetro normal de cubeta

8. Baroscopio

9. Bomba de difusin

10. Coleccin de aermetros Baum y Cartier

11. Dinammetro hidrosttico de Pellat

12. Endosmmetro

13. Frasco de Mariotte

14. Globo de vidrio

15. Manmetro de aire comprimido

16. Manmetro de Bourdon

17. Manmetro de tubo abierto

18. Manmetro de vaco

19. Mquina de Bianchi

20. Mquina neumtica

21. Prensa hidralica

22. Sifn intermitente

23. Trompa de agua

24. Tubos capilares

25. Vasos comunicante

MECNICA DE FLUIDOS 2015

Con esfuerzo y perseverancia podrs alcanzar tus metas. 3

Dimensiones: 27 cm x 4.3 cm x 4.3 cm

Materiales: Acero

Datacin: Primer cuarto del siglo XX

Inventor: G. Nicholson (1753 - 1815)

Autor catalogacin: J.A. Maroto

DESCRIPCIN:

Los aermetros son cuerpos flotantes destinados a determinar la densidad especfica a cierta temperatura. Los aermetros se dividen en tres grupos:

a) de volumen constante y peso variable,

b) de volumen variable y peso constante

c) de volumen y peso variables.

Los primeros se sumergen siempre hasta un mismo punto, desalojando un volumen constante de lquido; entre ellos estn el de Nicholson y el de Fahrenheit. Los segundos, se sumergen a distintas profundidades segn la densidad del lquido, desalojando volmenes variables y su peso es el del aparato; son los ms numerosos (Baum, Cartier, etc.). Por ltimo, los de peso y volumen variables, renen las condiciones de los dos anteriores, desalojando cantidades de lquido diferentes y variando de peso segn los cuerpos cuya densidad se determina; los ms usados entre ellos fueron los de Rousseau y Paquet.

Centrndonos ya en el aermetro de Nicholson, que es el que se muestra en la fotografa, consta de un cilindro hueco terminado por dos conos; el superior (extremo izquierdo) se prolonga en una varilla que sostiene el platillo destinado a contener las pesas, y del inferior (parte derecha de la fotografa) pende otro tercer cono, lastrado con plomo, para que el aparato se mantenga vertical al flotar en el agua.

Para usarlo se sumerge en agua destilada y, colocado el cuerpo cuya densidad especfica se desea determinar en el platillo superior, se aade tara hasta que el nivel del lquido coincida con una seal, llamada lnea de enrase, trazada hacia la mitad de la varilla. A continuacin se quita el cuerpo y se le reemplaza por pesas hasta enrasar de nuevo, determinndose el peso P1



de aquel, es decir, d(cuerpo)gV, donde d(cuerpo) es la densidad del cuerpo, g el valor de la gravedad y V el volumen del cuerpo. Quitadas nuevamente las pesas, se coloca el cuerpo en la base ligeramente cncava del cono inferior, procurando que no queden burbujas de aire adheridas (si el slido fuese menos denso que el agua, se invertira el cono de modo que tuviese el vrtice hacia arriba); el aparato se eleva y, para que enrase de nuevo, se aaden al platillo superior las pesas necesarias cuyo valor P2 es el peso del agua desalojada por el cuerpo, es decir, d(agua)gV, donde d(agua) es la densidad del agua destilada a esa temperatura. Determinados P1 y P2 es directa la determinacin de la densidad especfica del cuerpo a esa temperatura, ya que:

P1/P2 = d (cuerpo)/d (agua)

Finalmente, si se mide la temperatura del agua y se consultan las tablas correspondientes, es posible calcular tambin la densidad del cuerpo, que vale:

d(cuerpo) = d(agua)(P1/P2)


Materiales: Bronce, vidrio, ocumen

Datacin: ltimo cuarto siglo XIX Inventor: C. de Haldat (1770 - 1852)

Constructor: Estvez y Jodra (Madrid)

Autor catalogacin: J.A. Maroto Cdg: F2

DESCRIPCIN:

Este instrumento sirve para mostrar que la presin ejercida por un lquido en un punto dado

depende de la altura de la columna de lquido que queda encima, pero no de la cantidad de

lquido que hay sobre l. Como se aprecia en la fotografa, el aparato de Haldat consta de un

tubo horizontal dos veces doblado en ngulo recto y que conecta, en el extremo derecho, con un

tubo vertical de vidrio, mientras que en el otro extremo termina en una montura metlica provista

de una llave y de una tuerca. En la tuerca pueden atornillar distintos vasos, como el de forma de

embudo que aparece atornillado en la fotografa, o de forma cilndrica que se muestra en la parte

inferior de la misma. Una fina varilla de bronce hace las veces de ndice para marcar la altura del

agua en estos vasos.



Para efectuar la demostracin, se monta uno de estos tubos y se vierte por l la cantidad

de mercurio necesaria para que sobresalga justamente por los codos de bronce que conectan el

tubo horizontal de vidrio. A continuacin, se vierte por el vaso de la izquierda la cantidad

necesaria de agua para que alcance el nivel marcado por el ndice. En ese instante la presin

del agua elevar el mercurio a lo largo del tubo vertical de vidrio del extremo derecho, hasta un

punto que se marca con un anillo de goma. Seguidamente, se abre la llave y se desaloja el agua

(el mercurio no se pierde pues queda por debajo de la llave), se desatornilla el vaso empleado y

se sustituye por otro, llenndose entonces con agua hasta el mismo nivel de la vez anterior. Se

aprecia que, a pesar de ser muy distinta la cantidad de agua puesta en juego, el mercurio alcanza

justo la altura marcada por el anillo de goma.

Tanto vasos comunicantes como el dinammetro hidrosttico de Pellat evidencian esta

misma propiedad sobre la presin ejercida en el seno de un lquido.


Materiales: Vidrio, corcho

Datacin: Finales siglo XIX


DESCRIPCIN:

Este instrumento consta de una esfera hueca de vidrio provista de pequeos orificios abiertos

en varios puntos de su superficie. Empujando por medio de un mbolo el agua contenida en el

interior de esta esfera se aprecia su salida a travs de los orificios con velocidad uniforme

(pequeos chorritos de igual intensidad), lo que evidencia el principio de Pascal, es decir, que "la

presin ejercida a un lquido encerrado dentro de un recipiente se transmite por igual a todos los puntos

del fluido y a las propias paredes del mismo".



Dimensiones: 35 cm x 14 cm x 34 cm

Materiales: Vidrio, ocumen

Datacin: Primer cuarto siglo XX

Productor: Eimler-Basanta-Haase (S.L.) (Madrid)

Autor catalogacin: J. de Dios

DESCRIPCIN:

El ariete hidrulico es una mquina destinada a la elevacin de las aguas de los ros, cuya

potencia procede de su propia corriente. Fue inventada por Mongolfier al observar que el agua

de los arroyos o de los torrentes, al chocar contra los obstculos que encuentran en su

movimiento, se elevan a tanta mayor altura sobre el nivel de las mismas, cuanta ms grande es

la velocidad con que lo verifican.

Observando la maqueta de la fotografa, vemos en la parte superior izquierda un embudo que

sirve de recipiente o contenedor desde el que se inicia el movimiento del agua a travs del tubo

recto descendente que termina (derecha abajo) en una vlvula (en azul). Esta vlvula permanece

abierta por su propio peso cuando la corriente es dbil, por lo que se produce la salida del agua

al exterior a travs de la abertura donde encaja. Sin embargo, a medida que aumenta la

velocidad, la vlvula sufre una presin creciente de abajo arriba que llega a levantarla de manera

que sella momentneamente la abertura. En este momento, la acumulacin del agua

bruscamente detenida, produce inmediatamente la transformacin de su energa cintica en

energa de presin, que eleva una pequea cantidad de agua a travs de la seccin vertical de

tubo que conecta con un segundo receptculo; aqu encontramos una segunda vlvula (en azul)

donde se repite el proceso anteriormente descrito, de manera que esta segunda vlvula produce

a su vez la elevacin de agua a travs de un tubo de vidrio que circula paralelo y por encima del

que nace del embudo. Como consecuencia de la accin de este ariete hidrulico de dos etapas,

el agua contenida en un recipiente (embudo) es elevada y vertida a mayor altura sobre ste.

Aplicaciones didcticas:

Para poner en funcionamiento el ariete, es necesario verter agua por el embudo con lentitud

hasta que el agua alcance el receptculo donde se encuentra la segunda vlvula; entonces se

continua el llenado con lentitud hasta que el agua alcance borde del embudo; en se momento

se pone en marcha el ariete dando un golpecito con un dedo a la vlvula de la primera etapa

(situada ms a la derecha en la fotografa), observndose la elevacin y vertido de agua a travs

del tubo superior mientras ambas vlvulas se alteran en su movimiento de apertura y cierre

automticamente.



Cdigo de catalogacin: F15

Dimensiones: 52 cm x 21 cm x 59.5 cm

Materiales: Bronce, acero, hierro fundido

Datacin: ltimo cuarto siglo XIX


DESCRIPCIN:

La balanza hidrosttica es una balanza que sirve tanto para comprobar experimentalmente

el Principio de Arqumedes para los cuerpos sumergidos en un lquido como para la

determinacin experimental de la densidad de cuerpos slidos. La balanza hidrosttica es una

balanza de precisin, cuya cruz puede ser elevada mediante una horquilla y una cremallera

mandada por un tornillo, y cuyos platillos terminan inferiormente en un ganchillo. De uno de estos

(el de la izquierda en la fotografa) se puede suspender un cilindro metlico hueco y, a

continuacin de este, otro macizo de igual volumen que la capacidad del primero.

Otro instrumento de esta coleccin, el baroscopio, permite la comprobacin cualitativa del

Principio de Arqumedes para los cuerpos sumergidos en gases.


Nos centraremos en la comprobacin experimental del Principio de Arqumedes, que afirma

que " todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta un empuje

ascensional igual al peso del fluido desplazado. Para ello, y partiendo de la configuracin

mostrada en la fotografa, se eleva la cruz accionando el tornillo y se aaden pesas en el platillo

derecho hasta equilibrar la balanza. A continuacin se acerca un recipiente con agua al platillo

de la izquierda hasta que el cilindro macizo quede totalmente sumergido en el lquido. En ese

momento se aprecia que se eleva el platillo izquierdo, lo que indica claramente que ha aparecido

una fuerza ascensional que acta sobre el cilindro. Finalmente, se aade con una pipeta agua al

cilindro hueco hasta que quede totalmente lleno. Entonces se aprecia que se restablece el

equilibrio en la balanza, muestra ejemplar e inequvoca de que el empuje ascensional es igual al

peso de una cantidad de fluido (agua) de igual volumen que el cilindro macizo sumergido.



Dimensiones: 17 cm x 19 cm x 109.5 cm

Materiales: Cobre, acero, haya

Datacin: Finales siglo XIX o principios siglo XX

Inventor: J. Fortin (1750 - 1831)


DESCRIPCIN:

El barmetro normal de cubeta tena el inconveniente de no ser transportable por el peligro

de que entrara aire en el tubo o, aun peor, porque los choques del mercurio con su parte superior

podran romperlo facilmente. Estos inconvenientes fueron superados con el barmetro de Fortin,

cuyo tubo va envuelto en otro metlico, con dos ranuras opuestas en la parte superior para

observar la extremidad de la columna. Adems, la cubeta, de vidrio, tiene el fondo de gamuza

flexible para que pueda subir o bajar haciendo girar un tornillo, y va envuelta en un cilindro

metlico que slo deja al descubierto la parte correspondiente al vidrio. En el disco, tambin

metlico, que tapa la cubeta, hay una punta de marfil cuyo extremo corresponde al cero de la

escala trazada en el tubo de acero.

Para usar este instrumento se le suspende verticalmente y, dando vueltas al tornillo, se hace

coincidir la superficie del mercurio con el extremo inferior de la punta; entonces se lee el nivel del

mercurio en el tubo, valindose de una escala dividida en milmetros y de un nonius. Terminada

la observacin y para transportar el instrumento, se hace girar el tornillo hasta que el lquido llene

por completo el tubo y la cubeta: despus se invierte y se guarda en un estuche de cuero.

DESCRIPCIN:

En los laboratorios de Fsica, donde se requiere gran precisin en las observaciones

baromtricas, se empleaba el llamado barmetro normal, ideado por Regnault. Un barmetro de

este tipo, con ligeras modificaciones, es el mostrado en la fotografa. Consta de una cubeta de

vidrio, fija a una tabla, y en la que se sumerge el extremo inferior de un largo tubo baromtrico,

que debe llenarse de mercurio, con la precaucin de lograr el vaci en el espacio que queda

entre la superficie libre del mercurio y el extremo superior cerrado del tubo baromtrico. Una

escala graduada sobre la tabla, permite leer directamente el valor de la presin atmosfrica

mediante el enrase de la superficie libre del mercurio.



Dimensiones: 12.7 cm x 3.5 cm x 104.8 cm

Materiales: Acero, ocumen


Inventor: H.V. Regnault (1810 - 1878)

Productor: Insts de Chimie et de physique G. Fontaine (Pars)



Materiales: Plomo, bronce, acero

Datacin: ltimo cuarto del siglo XIX

Inventor: Otto von Guericke (1602 - 1686)


DESCRIPCIN:

El baroscopio sirve para ejemplificar el Principio de Arqumedes para los cuerpos

sumergidos en gases, al igual que la balanza hidrosttica lo hace para los cuerpos sumergidos

en lquidos. Como sabemos, el Principio de Arqumedes afirma que " todo cuerpo parcial o

totalmente sumergido en un fluido experimenta un empuje ascensional igual al peso del fluido

desplazado ".



El baroscopio consiste en una palanca de primer gnero en cuyos extremos se equilibran

en el aire una esfera hueca y otra maciza, mas pequea. Colocado el instrumento sobre la base

que conecta con la bomba de vaco, y cubierto con la campana de cristal, se observa que, al

hacer el vaco, se inclina la palanca del lado de la esfera hueca, lo cual prueba que en el aire

reciba de abajo arriba un empuje mayor que la esfera pequea (consecuencia de haber

desplazado un volumen mayor de aire)


Dimensiones: 54.8 cm x 16 cm x 8.3 cm




DESCRIPCIN:

La bomba de difusin es un instrumento que sirve para practicar un vaco muy avanzado

(0.001 mm Hg) en un recipiente. Para su funcionamiento se requiere mercurio vaporizado (que

se logra calentndolo convenientemente) y agua, lo que exige tomar las mximas precauciones

para su uso.

La bomba de difusin fue de uso muy frecuente en el pasado, no slo en laboratorios

especializados, sino, incluso, en determinadas industrias.

Otro instrumento de la coleccin que se utiliza tambin para practicar el vaco es la trompa

de agua.

DESCRIPCIN:

Los aermetros son cuerpos flotantes destinados a determinar la densidad especfica a

cierta temperatura. Los aermetros se dividen en tres grupos: a) de volumen constante y peso

variable, b) de volumen variable y peso constante, y c) de volumen y peso variables. Los primeros

se sumergen siempre hasta un mismo punto, desalojando un volumen constante de lquido;

entre ellos estn el de Nicholson y el de Fahrenheit. Los segundos, se sumergen a distintas

profundidades segn la densidad del lquido, desalojando volmenes variables y su peso es el



del aparato; son los ms numerosos (Baum, Cartier, etc.). Por ltimo, los de peso y volumen

variables, renen las condiciones de los dos anteriores, desalojando cantidades de lquido

diferentes y variando de peso segn los cuerpos cuya densidad se determina; los ms usados

entre ellos fueron los de Rousseau y Paquet.

En cuanto a los aermetros de volumen variable y peso constante se subdividen en , segn la

manera de graduarlos, en aermetros de escala arbitraria (Baum, Cartier, etc), de escala

especial (alcohmetro centesimal de Gay-Lussac) y de escala cientfica (volmetros y

densmetros). Centrndonos ya en los aermetros de escala arbitraria, debemos indicar que no

dan a conocer las

densidades de los lquidos, sino lo que se llaman grados de concentracin, por lo que es

necesario, en un segundo momento, utilizar la frmula de conversin para obtener la densidad

correspondiente.

El aermetro Baum es distinto segn se destine a los lquidos ms o menos densos que el agua.

Los primeros, a su vez reciben nombres especiales como pesa cidos,pesa jarabes, pesa sales,

etc, segn el nmero de grados a que alcancen; as, los pesa cidos comprenden de 0 a 70

(disponemos en nuestra coleccin de 4 piezas de este tipo y de otra de gran precisin), los pesa

jarabes de 0 a 40, los pesa sales de 0 a 45 y los pesa leches de 0 a 15. Por otro lado, el

aermetro Baum destinado a lquidos menos densos que el agua recibe el nombre de pesa

teres.

A continuacin presentamos las denominadas frmulas aeromtricas para los aermetros

Baum, que permiten convertir una lectura de n grados de concentracin en una densidad d en

g/cc.

I) Lquidos ms densos que el agua.


Materiales: Vidrio, plomo


Inventores: A. Baum (1728 - 1804) F. Cartier (1770 - 1835)

Autor catalogacin: J.A. Marot



d = 144 / (144 - n)

II) Lquidos menos densos que el agua.

d = 146 / (136 + n)

El aermetro Cartier no tiene utilidad ms que para alcoholes y su graduacin es

completamente arbitraria; en el agua destilada marca 10, como el de Baum, y en alcohol

absoluto 44 (47 el de Baum). Disponemos de un alcohmetro de este tipo en nuestra

coleccin.

Dimensiones: 30 cm x 21.8 cm x 41 cm

Materiales: Acero, bronce, ocumen


Inventor: J.S.E. Pellat (1850 - 1909)

Productor: Insts de Chimie et de physique G. Fontaine (Pars)


DESCRIPCIN:

Este instrumento consta de diversos vasos de vidrio de igual fondo y distinta capacidad que

pueden atornillarse sucesivamente en un anillo terminado por una membrana elstica, cuyos

desplazamientos se indicarn mediante una punta por un sistema de palancas sobre un arco

(membrana, punta medidora, sistema de palancas y arco ausentes en la fotografa). Una

segunda punta sirve para marcar el nivel del agua en cada experiencia y una llave (tambin

ausente) para vaciar el agua del vaso empleado. Anotada la indicacin en el arco por la varilla

medidora, se ve que ofrece el mismo valor para el mismo nivel en todos los vasos, lo que

evidencia que la presin en el seno de un lquido depende slo de la profundidad.

Otros aparatos de esta coleccin cuya construccin se basa en esta propiedad sobre la

presin ejercida en el seno de un lquido son el aparato de Haldat y los vasos





Materiales: Hierro fundido, bronce



DESCRIPCIN:

consta de un gran vaso de vidrio que conecta en su parte inferior con un tubo horizontal, provisto de llave, al cual pueden acomodarse un tubo recto, otro sinuoso y otro oblicuo. estos vasos comunicantes se utilizan para mostrar lo que se conoce como paradoja hidrosttica. Llenos los vasos con agua coloreada se aprecia que el nivel de agua es el mismo en todos los recipientes con independencia de su forma. A priori, se podra pensar que la presin en el recipiente mayor es ms elevada y que, como consecuencia de esta presin, el agua debera alcanzar mayor altura en los recipientes ms pequeos. Sin embargo, la presin depende slo de la profundidad y, por tanto, el lquido se encuentra a la misma altura en todas las partes del recipiente, como se confirma experimentalmente.

Esta propiedad sobre la presin ejercida en el seno de un lquido es evidenciada tanto por el aparato de Haldat como por el dinammetro hidrosttico de Pellat.

Aplicaciones Didcticas:

Con la llave cerrada, se llenan los vasos comunicantes con agua coloreada. Una vez observado el fenmeno se abre la llave desalojando el lquido.



Cdigo de

catalogacin: F19



Datacin: ltimo cuarto del siglo XIX


DESCRIPCIN:

Esta pieza de la coleccin, actualmente incompleta, consta de un tubo de vidrio en forma de U (originalmente eran dos), con una muy rama estrecha, formando un capilar y otra ancha, que hace las veces de recipiente. El tubo apoya sobre una base de madera en la que hay marcada una escala graduada en mm. Este instrumento sirve para mostrar el fenmeno de la accin capilar o capilaridad.

Debemos recordar que las fuerzas atractivas entre una de las molculas de un lquido y todas las dems se denominan fuerzas de cohesin, mientras que las fuerzas que se ejercen entre una molcula de un lquido y la superficie de alguna otra sustancia, como las paredes de un tubo delgado, se denominan fuerzas adhesivas. Cuando las fuerzas adhesivas son grandes con respecto a las fuerzas de cohesin, como sucede en el caso del agua y de la superficie del vidrio, se dice que el lquido moja la superficie de la otra sustancia. En este caso, la superficie de una columna de lquido en el interior de un tubo es cncava hacia arriba, de manera que la tensin superficial en la pared del tubo tiene una componente hacia arriba que provoca la ascensin del lquido en el tubo hasta que esta fuerza sea equilibrada por el peso del propio lquido. En el caso contrario, es decir, cuando las fuerzas de cohesin son grandes con respecto a las fuerzas adhesivas, como sucede en el caso del mercurio y de la superficie del vidrio, se produce un descenso del mercurio en el capilar, quedando a un nivel inferior respecto a la superficie libre del mercurio en el recipiente. Pues bien, se denomina capilaridad a este fenmeno de ascenso o descenso de un lquido a travs de un capilar. Aplicaciones didcticas: Al disponer de un solo tubo capilar, la experiencia se realiza en dos pasos: a) en un primer momento se vierte agua coloreada en el tubo por su parte ms ancha, observando que el nivel de la superficie libre del agua coloreada queda por encima en el tubo capilar; b) en un segundo momento, se retira el agua coloreada del tubo y se



deja secar. A continuacin se vierte mercurio con cuidado y se advierte que el nivel de la superficie libre del mercurio queda por encima en la rama ms ancha del tubo en U.

Dimensiones: 21.8 cm x 6.5 cm x 2 cm

Materiales: Vidrio

Datacin: Mediados siglo XX


DESCRIPCIN: La trompa de agua es un instrumento que sirve para practicar el vaco en un recipiente. Consiste en un tubo de vidrio abierto al exterior por donde se realiza la alimentacin con agua desde el exterior (parte inferior derecha en la fotografa), el cual se va estrechando, de manera que en su parte ms estrecha termina bruscamente aunque comunica con otro que, penetrando en su interior, deja un cierto hueco por el que se producir la extraccin de aire. Tal extraccin se lleva a cabo a travs de una seccin de tubo (izquierda y arriba en la fotografa) que habr de comunicarse con el recipiente en el que se desea practicar el vaco. Por otra parte, la segunda seccin de tubo que ajustaba casi perfectamente con la primera en el estrechamiento, se abre al exterior a travs de una tercera abertura (izquierda) que comunica con el exterior, permitiendo con ello el vaciado del agua. Para terminar con la descripcin de este instrumento, apuntemos que la trompa trabaja en posicin vertical para permitir la circulacin del agua mediante la simple accin de la gravedad.

El funcionamiento de la trompa de agua se puede entender en funcin de las leyes que gobiernan la dinmica de fluidos en estado estacionario, es decir, la ecuacin de Bernoulli, que se puede expresar de la forma:

P + 1/2dv2 + dgh = cte

y la ecuacin de continuidad: Av =cte

donde P es la presin, d la densidad, v la velocidad y h la altura de un elemento de fluido, g la aceleracin de la gravedad y A es la seccin de la tubera donde se encuentra el elemento de fluido que se desplaza.

A partir de la ecuacin de continuidad se entiende que cuando la seccin disminuye, la velocidad del lquido aumenta. Apliquemos este resultado a nuestro caso: aunque es cierto que el agua desciende en su movimiento (h disminuye), la disminucin del trmino dgh de la ecuacin de Bernoulli se ve ms que compensada por el brusco aumento de



velocidad en el estrechamiento, es decir, por el aumento del trmino 1/2dv2. En consecuencia, para mantener constante el trmino izquierdo de esta ecuacin, debemos aceptar que se produce una disminucin de la presin P en el estrechamiento. Esta depresin es la que explica la extraccin de aire si se comunica la trompa con un recipiente por medio de un tubo de goma.

Un inconveniente de la trompa de agua es que, pese a permitir un vaci relativamente elevado (de hasta slo una centsima de atmsfera), deja cierta humedad en el recipiente, por la gran cantidad de agua que se evapora a tan baja presin.

Otro aparato de la coleccin que sirve para lograr un vaco ms avanzado es

la bomba de difusin.

Cdigo de catalogacin:

F22 Dimensiones:

13.1 cm x 13.1 cm x 16.4 cm Materiales:

Pino, vidrio Datacin:

Primer cuarto del siglo XX Autor catalogacin:

J. de Dios

DESCRIPCIN:

Con este nombre y tambin con el el de vaso de Tntalo se designa un pequeo instrumento

que consiste en una copa de vidrio, a travs de cuyo fondo pasa la rama exterior de un sifn; si

en la copa cae un delgado chorro de agua, el sifn se llena poco a poco, y al llegar el lquido a

cubrirle por completo, comienza a funcionar saliendo el lquido por la extremidad inferior. Si el

dimetro del sifn es tal que la cantidad de lquido que sale es mayor que la que entra, el nivel

baja en la copa hasta descubrir el orificio interior de dicho sifn, en cuyo caso cesa la salida, para

reproducirse de nuevo cuando se vuelve a llenar la copa.

El sifn intermitente explica los fenmenos que se presentan en ciertos manantiales que

corren tambin con intermitencia, por cuya razn se les llama fuentes intermitentes naturales.


Realizando la experiencia anteriormente descrita regulando con un grifo el caudal de agua

de manera que el agua entrante sea menor que la saliente a travs del sifn.



Dimensiones:

39 cm x 14.9 cm x 31.1 cm

Materiales: Bronce, hierro fundido, acero

Datacin: Primer o segundo cuarto del siglo XX

Inventores: Ducretet y Lejeune

Autor catalogacin: J.A. Maroto y J. de Dios

DESCRIPCIN: Este instrumento supone una aplicacin del principio de Pascal, que afirma que la presin

aplicada a un lquido encerrado dentro de un recipiente se transmite por igual a todos los puntos

del fluido y a las propias paredes del mismo.

La prensa hidrulica mostrada en la fotografa, modelo de demostracin diseado por

Ducretet y Lejeune a finales del siglo XIX, consta esencialmente de dos cuerpos de bomba de

distinto dimetro (en gris en la fotografa) unidos por un tubo; comunicado el cuerpo de la

izquierda con un depsito de agua mediante un tubo de goma conectado en su extremo inferior,

el agua es aspirada, lanzada y comprimida en el cuerpo de la derecha al maniobrar con la

palanca; en se instante el cuerpo de la derecha eleva un pistn macizo que termina en la

plataforma de madera que lo cubre. Entre esta plataforma de madera y otra idntica fijada a

cierta altura sobre ella, se sitan los objetos que se desean prensar o elevar.

Desde el punto de vista fsico, aplicando la igualdad de presiones en los dos cuerpos que

componen la prensa hidrulica, se entiende que con una pequea fuerza Fi se puede elevar un

cuerpo de mayor peso Fd.

Efectivamente: sea Fi la fuerza ejercida por la palanca en el cuerpo izquierdo, siendo Ri el

radio del mbolo de este cuerpo; por otro lado, sea Fd la fuerza ejercida por la palanca en el

cuerpo derecho y Rd el radio del mbolo de este cuerpo. Aplicando que Pi = Pd (principio de

Pascal) y recordando que P = F/A, donde A es el rea del mbolo, queda que:

Fi = (Ri / Rd)2 Fd

por lo que, como Ri < Rd entonces Fi < Fd.




Se conecta un tubo de goma en el extremo inferior del cuerpo de la izquierda, mientras el

otro extremo del tubo se sumerge en un recipiente con agua, situado, a ser posible, al mismo

nivel de la prensa. Se sita una pesa de plomo sobre la plataforma de madera que cubre el

cuerpo de la derecha y, antes de accionar la palanca, se tiene la precaucin de cerrar la llave

situada en el extremo inferior del mismo. Se acciona la palanca sucesivas veces hasta que se

aprecia la elevacin de la pesa de plomo con un mnimo esfuerzo. Una vez finalizada la

experiencia se abre la llave, permitiendo as la salida del lquido.

Dimensiones: 45.3 cm x 17.8 cm x 10.9 cm

Materiales: Cobre, acero, hierro fundido, castao


Inventor: Otto von Guericke (1620 - 1684)

Productor: Eimler - Basanta - Haase (S.L.) (Madrid)


DESCRIPCIN:

La mquina neumtica fue construida hacia el ao 1650, aunque desde luego el modelo original era muy distinto al mostrado en la fotografa. En ella, no obstante, se aprecian sus dos partes esenciales, a saber, el cuerpo de bomba y la platina. El cuerpo de bomba es un cilindro hueco dispuesto horizontalmente, que se encuentra abierto por su parte derecha, donde ajusta perfectamente un mbolo unido a una barra que termina en un mango de madera, con el fin de que pueda ser accionada con la mano. En el otro extremo del cilindro hay una vlvula que se abre de izquierda a derecha y que se cierra en sentido contrario; en esta vlvula ajusta un tubo en forma de T que se abre al exterior a travs de una rosca situada en el centro de una plataforma horizontal de forma circular llamada platina. La rosca tiene por objeto el que se puedan atornillar distintos aparatos de inters como, por ejemplo, el globo de vidrio. Sobre la platina se coloca una campana de vidrio (ausente en la fotografa) para permitir el enrarecimiento del aire, operacin que se logra accionando sucesivas veces el mango de madera hacia dentro y hacia fuera.

Un modelo ms avanzado de mquina neumtica es la de Bianchi.



Dimensiones:

33 cm x 36 cm x 50 cm Materiales:

Hierro fundido, acero Datacin:

ltimo cuarto siglo XIX Inventor:

B.U. Bianchi (1821 - ?) Productor:

Pulsometer EngG CO LTD Reading


DESCRIPCIN: La mquina neumtica fue modificada con el fin de optimizar su rendimiento. Una mejora importante lleg con el diseo de la mquina neumtica de dos cuerpos de bomba, en la que, los mbolos de los dos cuerpos se mueven en sentidos contrarios por la accin de un pin; con esta disposicin, la presin atmosfrica se equilibra al actuar sobre los mbolos que se mueven en sentidos contrarios, y no hay que vencer, a parte de los rozamientos, ms que la diferencia de presin entre el interior de los dos cuerpos de bomba. Un segundo perfeccionamiento se tradujo en la construccin de la Mquina de Bianchi, una de cuyas piezas se muestra en la fotografa. En sta desaparecen los dos cuerpos de bomba, habiendo dos juegos de vlvulas y un slo cilindro, de modo que en l se producen a la vez la aspiracin y la expulsin del aire. El manubrio de un gran volante transmite el movimiento, por medio de una articulacin mecnica, al vstago del pistn oscilante.

DESCRIPCIN:

El manmetro de vaco est destinado a medir presiones absolutas inferiores a la

atmosfrica. En concreto, este dispositivo se utiliza para medir presiones absolutas

muy bajas, de tan slo 10 o 15 mm de mercurio, por lo que es muy til para cuantificar

el vaco que se logra en el interior de un recipiente. Consta de de un tubo de vidrio

cerrado por un extremo y doblado en forma de S, de forma que el otro extremo

conecta con un tubo horizontal destinado a tomar el gas cuya presin se desea medir.

El mercurio se ha introducido en el manmetro con la precaucin de que descanse

sobre el extremo cerrado del tubo, lo que asegura que la superficie libre de mercurio

que apoya en l se encuentra siempre a presin cero. Una llave situada en la parte



central del tubo se mantiene habitualmente cerrada para evitar la prdida del mercurio

y slo se abre en el momento de la medida.



Materiales: Acero, vidrio, mercurio, haya

Datacin: Primer o segundo cuarto siglo XX


Para medir, se tapa uno de los extremos del tubo horizontal de vidrio, mientras que

el otro extremo se conecta al gas objeto de estudio; finalmente, se abre la llave. La

diferencia de niveles de las dos superficies libres del mercurio, leda sobre una escala

graduada en milmetros, nos da la presin absoluta del gas.


Primeramente, se lubrica la llave de paso con vaselina para evitar la entrada de

aire en el tubo, con el consiguiente riesgo de expulsin de mercurio hacia la bomba de

vaco. A continuacin, se tapa uno de los extremos del tubo horizontal de vidrio, mientras

que el otro extremo se conecta mediante un tubo de goma a una bomba de vaco;

seguidamente, se abre la llave. Se aprecia el movimiento del mercurio en el tubo de

vidrio hasta que alcanza una posicin estacionaria. La diferencia de niveles de las dos

superficies libres del mercurio, leda sobre una escala graduada en milmetros, es el

valor del vaco logrado por la bomba.




Materiales: Vidrio, fresno



DESCRIPCIN:

El manmetro de tubo abierto consta de un tubo de vidrio doblado en forma de U, con una de las ramas (la izquierda en la fotografa) muy larga y abierta al exterior, mientras que la otra, mas corta, se ensancha formando un receptculo y luego se dobla en ngulo recto, quedando tambin abierta al exterior. El tubo apoya en una tabla de madera en la que hay marcada una escala graduada en centmetros. Antes de medir es necesario introducir suficiente cantidad de mercurio en el manmetro, que quedar almacenado en su mayora en el receptculo.

El manmetro de tubo abierto se utiliza para medir la presin manomtrica del gas contenido en un recipiente. Para ello (ver esquema de la figura inferior) la rama izquierda se conecta al recipiente que contiene el gas que se halla a una presin absoluta P desconocida. Tras la conexin, y siempre que la presin P sea superior a la atmosfrica, se producir el ascenso de mercurio por la rama izquierda hasta



alcanzar una posicin de equilibrio. En se momento podemos afirmar que la presin es la misma en las dos ramas del tubo manomtrico al nivel marcado por el punto A. La presin a ese nivel, analizando la rama izquierda es: P(izq) = Patm + d(Hg)gh donde Patm es la presin atmosfrica, d(Hg) es la densidad del mercurio a la temperatura de trabajo y h es la altura de la columna de mercurio que se halla por encima de ese punto. Analizando ahora la rama derecha, es evidente que: P(der) = P Como ya hemos indicado P(izq) = P(der), al estar al mismo nivel, por lo que: P = Patm + d(Hg)gh lo que nos permite conocer la presin absoluta P siempre que se conozca la presin atmosfrica (ver el barmetro normal de cubeta y el barmetro de Fortin), y ms directamente el valor de la presin manomtrica, P - Patm, cuyo valor es d(Hg)gh, y que se determina fcilmente a partir de la lectura de la altura h.

DESCRIPCIN:

El manmetro de Bourdon consta de un fino tubo metlico de paredes delgadas, de seccin elptica muy aplastada y arrollado en forma de circunferencia. Este tubo (que se aprecia en la fotografa) est cerrado por un extremo que se une a una aguja mvil sobre un arco graduado. El extremo libre, comunica con una guarnicin (parte superior de la fotografa) que se conectar al recipiente que contiene el gas comprimido. Cuando la presin crece en el interior del tubo, ste tiende a aumentar de volumen y a rectificarse, lo que pone en movimiento la aguja.



Materiales: Bronce, acero


Inventor: E. Bourdon (1808 - 1884)






Materiales: Bronce, vidrio



DESCRIPCIN: El globo de vidrio fue utilizado para evidenciar, desde el punto de vista cualitativo,

la pesantez del aire, y, desde el punto de vista cuantitativo, para determinar su densidad.

Consta de un globo de vidrio provisto de un cuello metlico y una llave (ausente en la

fotografa), que termina en una rosca (tambin ausente) para atornillarlo a la platina de

la mquina neumtica. Pesado el globo de vidrio lleno de aire y vaco, la diferencia de

estos dos pesos es el peso del aire encerrado; dividiendo el peso por el volumen del

globo, el cociente ofrece la densidad del aire a la temperatura de trabajo

Cdigo de

catalogacin: F21


Materiales: Vidrio


Inventor: E. Mariotte (1620 - 1684)




DESCRIPCIN:

El Frasco de Mariotte es un dispositivo destinado a conseguir una velocidad de efusin constante simultneamente para un lquido y un gas. Consta de un frasco o botella de vidrio con un orificio lateral cerca de la base en el que eventualmente puede insertarse un tubo recto horizontal, y un tubo, tambin de vidrio, que por medio de un tapn ajusta perfectamente a su garganta, quedando en posicin vertical.

Para observar su funcionamiento, se coloca un tapn de corcho en el tubo horizontal para evitar la salida de lquido y se llena frasco con agua, teniendo en cuenta que debe verterse suficiente cantidad para cubrir ampliamente el extremo inferior del tubo vertical, y que ste debe quedar siempre a una altura h por encima del nivel marcado por el tubo horizontal. En ese momento se quita el tapn de corcho y se observa la salida de agua a travs del tubo horizontal con velocidad constante, a pesar de que con el paso del tiempo desciende el nivel del agua en el frasco (siempre que se sigan cumpliendo las dos condiciones anteriormente expuestas). De esta forma, vemos que el Frasco de Mariotte logra un velocidad de efusin constante para un lquido, en este caso agua. Sin embargo, tambin se observa la entrada regular de burbujas de aire a travs del extremo inferior del tubo vertical, lo que implica una velocidad de efusin constante tambin para un gas, en este caso aire.

Histricamente, el principio del Frasco de Mariotte fue utilizado habitualmente en el siglo XIX en los quinqus y lmparas del alumbrado domstico de Argan, en los que, a pesar de tener el depsito ms alto que el nivel por donde se alimenta la llama, se impide el salto del aceite en forma de surtidor como debera hacerlo si no fuera por esta ingeniosa disposicin. Aplicaciones didcticas:

Se realiza en primer lugar la experiencia anteriormente descrita, aprecindose una velocidad de efusin constante para el agua (un chorrito de agua cuyo perfil no vara con el tiempo). En un segundo momento, se retira el tubo vertical y se repite la experiencia, aprecindose una velocidad de efusin que disminuye con el tiempo (el perfil vara y el agua tiene menor alcance).

Hemos encontrado otras aplicaciones didcticas ms elaboradas para el Frasco de Mariotte, que pueden encontrarse en el apartado de investigacin





Materiales: Vidrio, pino



DESCRIPCIN:

El endosmmetro es un sencillo instrumento que sirve para evidenciar el fenmeno de la smosis, es decir, el paso de dos lquidos a travs de un tabique poroso que los separa. El endosmmetro consta de un largo tubo recto de vidrio abierto por un su extremo superior, mientras que el inferior termina en un ensanche a modo de frasquito sin fondo, de manera que en su base se acopla (o pega) un trozo de pergamino. El tubo se apoya en una base de madera graduada en cm.

En cuanto a su funcionamiento, se llena el frasco de jarabe (vertido desde el extremo superior) y, as dispuesto, se suspende dentro de un vaso con agua teida de azul o rojo. Pasado algn tiempo se ve que a travs del pergamino han pasado los dos lquidos, pues el agua del vaso est azucarada y la del tubo teida, aunque se aprecia que es mayor la corriente hacia ste, puesto que se ha elevado en el tubo.



Consignar la apreciacin de los aparatos que se van a utilizar. Para cada una de las piezas

realizar una sola medida de las dimensiones que se indican y expresar el resultado

correctamente con las cifras necesarias y la cota de error que corresponda. Repetir las

medidas, ahora tomando varias muestras de la misma dimensin, guardar los datos y realizar

anlisis estadstico de ellos.

mecánica de fluidos

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