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• Torimat Cordova

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VASOS COMUNICANTES

FISICA EXPERIMENTAL II I

I. OBJETIVOS S
Demostrar lo que sucede cuando dos o más recipientes se comunican entre sí (por su parte inferior) y en uno de ellos vertimos un líquido.
La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo
Permitir, a partir de la medida de las alturas, la determinación experimental de la densidad relativa de un líquido respecto de otro y constituye, por tanto, un modo de medir densidades de líquidos no miscibles si la de uno de ellos es conocida

II. MARCO TEORICO El principio de los vasos comunicantes se usa y expresa en el campo de la química y la física, específicamente en la hidrostática, y consiste básicamente en que al tener dos recipientes comunicados y verter un líquido en uno de ellos ambos se llenarán al mismo ismo nivel. Si bien no todos conocemos este principio de manera técnica, casi todos lo hemos utilizado para tareas como la transferencia de líquido, por ejemplo combustible o agua de un acuario, de un recipiente a otro usando una manguera, posicionando los recipientes de tal manera de que uno quede más Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

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bajo que el otro; una vez que el líquido comienza a fluir, este continúa haciéndolo de manera "automática" hasta vaciar el recipiente posicionado más alto.

Para entender este principio es necesario detenerse en el área de la hidrostática. La hidrostática consiste en el estudio del comportamiento de los líquidos en cuanto a su equilibrio. Las ecuaciones o principios más usados e importantes se basan en el principio de Pascal y en el de Arquímedes. El primero expresado por el francés Blaise Pascal sostiene que todos los líquidos pesan, y al contenerlos en un recipiente las capas superiores presionan a las inferiores, por lo tanto se genera una presión dependiente de la altura del líquido en el recipiente. Esta presión es una fuerza constante que actúa perpendicularmente sobre la superficie plana. Esto significa que para un líquido con presión exterior constante, su presión interior dependerá tan sólo de su altura, entonces todos los puntos del líquido encontrados a un mismo nivel tendrán la misma presión Y en cuanto al principio de Arquímedes consiste en que los cuerpos sólidos sumergidos en un determinado líquido tienden a ser empujados hacia arriba. Arquímedes se intrigó Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

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por este fenómeno a partir de la flotación de los barcos, y fue ahí cuando el griego determinó la magnitud de este empuje.

De ahí concluyó que todo cuerpo sólido sumergido ya sea parcialmente o totalmente en un determinado, el cuerpo sólido tenderá a ser empujado verticalmente hacia arriba con una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el objeto sumergido. Además de esto, Arquímedes sostiene que para que un cuerpo sumergido en un líquido permanezca en equilibrio, la fuerza que lo empuja verticalmente hacia arriba y el peso deben ser magnitudes de valores iguales aplicadas en un mismo punto. En caso de que cuerpo sólido sumergido en el agua comienza a flotar significa que la fuerza que lo empuja verticalmente predomina sobre el peso del líquido.

En base a lo anterior se pueden deducir las principales ecuaciones de la hidrostática; el principio de los vasos comunicantes es una consecuencia directa de estas ecuaciones, en donde las presiones hidrostáticas de puntos en un mismo nivel son las mismas, por lo que la altura o nivel en los recipientes tenderá a ser la misma.

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III. MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL, NUEZ

TUBO DE GOMA

TUBO DE VIDRIO DELGADO Y ANCHO Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

VASO DE PRECIPITACIÓN

PINZA DE BURETA

TUBO DE VIDRIO ACODADO

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IV. PROCEDIMIENTO PRIMER PASO.PASO. Realiza el montaje de la figura.

SEGUNDO PASO.- Con ayuda del vaso precipitado, hecha agua en el tubo ancho hasta una altura de 10 cm; manteniendo sujeto el otro tubo delgado con la mano.

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TERCER PASO.- Procurando que se vierta el agua, inclina la varilla. Observa el nivel del líquido en los os dos tubos.

CUARTO PASO.- Tapando con el dedo extremo abierto del tubo de vidrio delgado bájalo todo lo que puedas manteniéndolo vertical. Quita rápidamente el dedo y observa lo que sucede.

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V. SITUACIONES PROBLEMATICAS 1.- ¿Qué nivel intenta alcanzar el liquido que sale del tubo de vidrio delgado cuando quitas el dedo de su extremo? Si quitamos el dedo que tapa el extremo del vidrio delgado el agua tiende a equilibrarse es decir o comienza a desplazarse en el tubo delgado hasta alcanzar el nivel que tiene el agua en el tubo de vidrio grande.

Pasado esto el agua está a un mínimo nivel con respecto a los dos tubos.

NOTA:

Este principio es utilizado frecuentemente por los albañiles para nivelar la construcción y consiste en el empleo de una manguera transparente llena de agua que se va alineando a un mismo nivel por acción del líquido que hay en su interior y brinda un sistema nivelado.

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2. Cuando viertes agua en uno de los tubos: a.

¿El nivel del agua es igual o diferente en los tubos?

Si vertimos en uno de los tubos el nivel del agua es igual en los tubos esto quiere decir que si en un tubo se aumenta el volumen del liquido añadiendo mas liquido, el volumen del otro tubo también aumenta por acción del liquido que pasa de un tubo al otro para poder nivelarse. b. El nivel de los líquidos en los vasos comunicantes es el mismo con independencia de la mayor o menor inclinación que pueden tener.

Si inclinamos un tubo con respecto al otro nivel del agua permanece igual es decir si inclinamos un tubo, este crece en volumen pero el liquido mantiene su nivel en ambos tubos. Esto quiere decir que el nivel de los líquidos en los vasos comunicantes es el mismo. Esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente, por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre la misma, sin influir su geometría ni el tipo de líquido.

3. ¿Si vertimos líquidos de diferentes densidades, que no se mezclen entre sí, el nivel de agua será igual o diferente? Explicarlo.

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Analicemos el caso de los vasos comunicantes: si en un tubo o manguera con forma de U colocamos agua, esta alcanzará en ambos brazos la misma altura cuando se establezca el equilibrio, es decir, hasta que en cada brazo las presiones sean iguales. Pero si colocamos olocamos aceite en uno de los brazos veremos que el sistema queda como se ilustra en la figura

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Supongamos que la altura (hB) de la columna de aceite es un poco mayor que 10 cm. Como la presión ejercida por el agua en el punto A debe ser la misma que ejerce el aceite en el punto B, tenemos:

PA = PB Considerando, esto implica que: DBghB = DAghA Donde DB y DA son las densidades del aceite y el agua respectivamente y hB y hA (10 cm) sus respectivas alturas. Como g, la aceleración de gravedad es la misma, y se puede simplificar*, con lo cual queda:

DBhB = DAhA * La presión atmosférica también contribuye prácticamente igual en ambas columnas, razón por la cual no la consideraremos. Por último, como la densidad del aceite es 0,98 g/cm3, podemos determinar la altura de la columna de aceite. En efecto:

Reemplazando los datos del ejemplo que hemos desarrollado encontramos que: hB =

= 10,2 cm.

Entonces nos damos cuenta que los niveles son diferentes

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