Presión

Nombre del equipo: Proyecto P
Integrantes: 
MORETA CALAPI TATIANA JASMIN
RAMOS ANRANGO JOHN EDWIN
CORONADO YANEZ JOSELIN LIZETH
Objetivo de la práctica
  • Observar y demostrar mediante la práctica experimental el comportamiento de ciertos objetos al aplicar una fuerza en una determinada área.
Fundamentación teórica

La presión se define como una fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de área P=F/A. Se habla de presión sólo cuando se trata de un gas o un líquido. La contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal. Puesto que la presión se define como fuerza por unidad de área, tiene la unidad de newtons por metro cuadrado (N/m^2), la cual se llama pascal (Pa); es decir, 1 Pa = 1 N/m^2


La unidad de presión pascal es demasiado pequeña para las presiones que se encuentran en la práctica; por lo tanto, son de uso común sus múltiplos kilopascal (1 KPa = 10^3 Pa) y el megapascal (1 MPa = 10^6 Pa). Otras unidades de presión de uso general en la práctica, son el bar, la atmósfera estándar y el kilogramo fuerza por centímetro cuadrado:

1 bar = 10^5 Pa = 0.1 MPa = 100 KPa
1 Kgf/cm^2 = 9.807x10^4 N/m^2 = 9807x10^4 Pa = 0.9807 bar = 0.9807 atm

Por lo tanto, la presión es directamente proporcional a la magnitud de la fuerza recibida e inversamente proporcional al área sobre la que actúa la fuerza.
La presión atmosférica  es la presión de la atmósfera terrestre, es decir, la presión en el fondo de este “mar” de aire en que vivimos. Esta presión varía con el estado del tiempo y con la altitud. La presión atmosférica normal al nivel del mar (valor medio) es 1atmósfera (atm), definida exactamente como 101.325 Pa

(Patm)med = 1 atm = 1.013x10^5 Pa
(Patm)med = 1.013 bar = 1013 milibares = 14.70 lb/in^2


El exceso de presión más allá de la atmosférica suele llamarse presión manométrica, y la presión total se llama presión absoluta. La presión absoluta es cuando la presión se mide en relación a un vacío perfecto, basada en una presión de referencia de cero, o ninguna presión. La presión cero sólo existe en un vacío perfecto, y el espacio exterior es el único lugar donde esto ocurre de forma natural. Por lo tanto, 

P absoluta = P atmosférica + P manométrica

Esto significa que la presión manométrica es igual a la presión absoluta menos la presión atmosférica (ambiente). Cuando la presión absoluta es mayor que la presión atmosférica, la condición se denomina sobrepresión positiva; cuando la presión absoluta es menor que la presión atmosférica, se denomina sobrepresión negativa.

P manométrica = P absoluta - P atmosférica

Experimento de la Lata Implosiva
Materiales:
  • Una lata de aluminio.
  • Un mechero.
  • Pinzas
  • Un recipiente con agua helada.
Introducción:
Los términos evaporación o vaporización se aplican al paso del estado líquido al estado gaseoso. Cuando el fenómeno se produce únicamente en la superficie de la masa líquida se designa como evaporación. Cuando un líquido llena parcialmente un recipiente cerrado, las moléculas que abandonan el estado líquido ocupan el espacio libre hasta saturar el recinto, produciendo una presión determinada que se denomina presión de vapor. Cada líquido tiene una presión de vapor característica que depende de la temperatura. 


Desarrollo.
Para realizar la siguiente actividad experimental puedes pedir ayuda a una persona adulta tanto para colocar la lata en evaporación como para colocarlo en el agua helada (recuerda que debes utilizar pinzas). Luego vamos a seguir los siguientes pasos:

1. Colocar el agua fría en la lata. 
2. En un mechero o en la cocina de nuestros hogares calentamos la lata que contiene el agua.
3. Mantener la lata con agua en el fuego hasta que llegue a su punto de evaporación.
4. Luego de este proceso se debe girarla y sumergirla en el agua helada. 

Observaciones: 
  • Al realizar esta acción se observa que la lata estalla hacia adentro, debido a que al calentar el agua en la lata esta se va a evaporando (estado gaseoso) la cual va a ocupar todo el recipiente remplazando todo el aire que contenía anteriormente.
  • Por consiguiente, al colocarlo en el agua helada hay un descenso de la temperatura que provoca la condensación del vapor en la lata haciéndole volver al estado líquido y que finalmente produce un vacío dentro de la lata que resulta ser aplastada hacia dentro de la misma por la presión de la atmósfera.

Taller para afianzar el aprendizaje del principio demostrado

Defina con sus propias palabras el significado de evaporación y coloque algunos ejemplos de evaporación en su entorno diario.


¿Qué tipo de fenómeno ocurrió dentro de la lata al ser colocado en el recipiente con agua helada? Explique.


De acuerdo a lo estudiado, ¿Qué mide la presión y cómo se calcula?


¿Cuál es la presión que interviene en el aire?


Reflexione: Existe la presencia de la presión manométrica en este experimento. Sí, no ¿por qué?


Realice el mismo experimento, pero con la lata que no contenga agua y observe ¿qué sucede con la presión del aire al introducirlo en el agua helada?


Relacione el primer experimento que se realizó con el segundo experimento y mencione ¿Por qué en el primer experimento existe una implosión y en el segundo experimento no?


¿Podría afirmar que existe una presión absoluta en el experimento? Sí, no ¿por qué?


Coloque fotografía del experimento realizado










Problemas propuestos para su resolución
  • Un chico de 45 kg de masa se encuentra de pie sobre la nieve. Calcula la presión sobre esta sí: a) Se apoya sobre unas botas, cuyas superficies suman 400 cm^2. b) Se apoya sobre unos esquís de 15x22 cm cada uno. ¿Sabrías decir en qué situación se hundirá menos en la nieve?
Datos:
m = 45 Kg
Superficie (S) = 400 cm² / 10000 = 0.04 m²
g = 9.8 m/s²
a. Fórmula:
P = F / S
P = (m x g) / s

a) Se apoya sobre unas botas, cuyas superficies suman 400 cm²
P = (45 Kg x 9.8 m/s²) / 0.04 m²
P = 11025 Pa

b) Se apoya sobre unos esquís de 150 × 22 cm cada uno.
calcular la nueva presión
S = 150 cm × 22 cm (1 esquí)
S = (1.5 m x 0.22 m) 0.33 m2
para 2 esquís:
S = 0.33 m x 2 = 0.66 m2

el chico con sus botas ejerce más presión sobre la nieve, se hundirá más que si lo hace con los esquís. 
P = (45 Kg x 9.8 m/s2) / 0.66 m2
P = 668.18 Pa
  • Un manómetro se conecta a una cámara, arrojando una medida de 24 kPa, en un lugar donde la presión atmosférica es de 92 kPa. ¿Cuál es la presión absoluta de la cámara?
Datos:
P man = 24 KPa
Patm = 92 KPa
P abs =?

Formula: 
Pabs = Pman + P atm
P abs = 92 KPa + 24 KPa
P abs = 116 KPa
  • Para la mayor parte de las aplicaciones cotidianas, como medir la presión de los neumáticos o la compresión de un motor, el nivel de referencia de presión 0 se toma como la presión atmosférica. Así que cuando el medidor de presión de un neumático arroja un valor de 32 psi, se trata de una presión relativa. ¿Cuál es la presión absoluta en el neumático en este caso?
La presión absoluta es la suma del valor arrojado por el medidor de presión y el de la presión atmosférica en el lugar. Como se dijo antes, la unidad psi es usada comúnmente en países de habla inglesa.

Tomando el valor estándar de 14.7 psi, la presión absoluta del neumático es:
Pabs = 32.0 psi + 14. 7 psi = 46.7 psi 46.7 lb/in2
  • La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1 x10⁵ Pa. ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 50 cm x 75 cm?
Datos: 
P= 1 x10⁵ Pa.
F=? 
A= 50cm x 75cm = 3750 cm² → A = 0,375 m²

Formula: 
P = F/A
F = 1*10^5*0.375
F = 37500N o F = 3.75*10^4
  • Un ladrillo de plomo de dimensiones 5cm, 10 cm y 20 cm, descansa en un piso horizontal sobro su cara más pequeña ¿Cuál es la magnitud de la presión que ejerce el ladrillo sobre el piso? (ρPb = 2.7 g/cm^3 , g = 10 m/s^2)
Formula: 
P = F/A
P = mg/A
P = ρVg/A
P = (2700*5*10*20*10^6*10)/(5*10*10^-4)
P = 5400 Pa

Referencias:

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