Respuestas
Establecer la relación entre la presión del aire al interior de una jeringa cerrada, la fuerza al empujar el émbolo y el área transversal de su tapón. Se comparan dos casos de jeringas de diferentes volúmenes. Finalmente, los resultados de las pruebas experimentales se compararán con las medidas de las dimensione de la jeringa.
Si en un auto o bicicleta se tiene una llanta desinflada, esta se deforma por el peso del vehículo, no puede rodar fácilmente y no favorece el desplazamiento del vehículo; para corregir esta situación será necesario introducirles más aire. Al inflar la llanta, el aire en su interior se comprime y se aprecia visiblemente que la llanta se va inflando poco a poco y se puede sentir la resistencia cada vez mayor al bombear. ¿Cómo está relacionada la fuerza de empuje con la presión del aire interior?
Material:
Interfaz LESA con sensores de fuerza y presión
2 Jeringas diferentes, pueden ser de 60 y 20 ml
Prisionero de 3 mm de diámetro con cuerda de paso de 0.5 por 16 mm de largo
Regla graduada en milímetros o calibrador vernier
2 Abrazaderas de pared adecuadas a las jeringas con dos tiras de foami para fijar las jeringas
Prensa de banco
Cuestiones para motivar
- Una llanta desinflada se siente suave y fácil de apretar, cuando se ha inflado ya no se puede apretar o se requeriría una fuerza mayor para hacerlo. ¿Por qué ocurre esto?
- ¿Por qué se tiene que aplicar cada vez más fuerza conforme se comprime el aire dentro de una jeringa sellada?
- Dos jeringas selladas, una de 20 ml y la otra de 60 ml, tienen el émbolo en la posición de 20 ml y el aire de su interior en condiciones normales a la atmosférica, como se muestra en la figura 1. Si en ambas jeringas se comprime el aire hasta un volumen de 10 ml ¿Las fuerzas aplicadas en ellas serán iguales o diferentes? Si fueran diferentes ¿A cuál jeringa se le aplica mayor fuerza? ¿Por qué?
- ¿Qué le pasa al aire en ambos casos? ¿Pasa lo mismo en ambas?
La actividad consiste en comprimir el aire de una jeringa para establecer la relación entre la presión del aire con la fuerza aplicada al comprimirlo, finalmente este resultado se compara con el área del émbolo o de la sección transversal de la jeringa.
Para realizar el experimento, el sensor de presión se conecta en la salida de una de las jeringas, teniendo cuidado de que su émbolo esté en la posición de mayor volumen antes de conectarlo. La jeringa se fija a la orilla de la mesa con la abrazadera y la prensa, como se muestra en la figura 2. Para no dañar la jeringa y ajustar su sujeción, dentro de la abrazadera se coloca un cojín de foami rodeando y asegurando la jeringa.
En estas condiciones, el sensor de fuerza hace contacto con el émbolo para introducirlo a la jeringa. Para esto, al sensor de fuerza se le ha reemplazado el gancho por el prisionero, dejándole la tuerca de seguridad con su cara más ancha afuera, para tener más área de contacto y apoyo sobre el émbolo, como se muestra en la figura 3.
El experimento se configura para medir con los dos sensores simultáneamente, de manera que se registre la presión en el eje X y la fuerza en el eje Y. Ambas magnitudes pueden calibrarse a cero, si no se hace así la presión inicial que se mida puede ser la de la atmósfera, aunque no se haya empezado a empujar. El tiempo de la prueba puede ser corto, entre 20 y 30 s, y el tiempo de muestreo de 20, 50 o 100 milisegundos (de 50, 20 o 10 muestras por segundo respectivamente) puede ser adecuado.
Finalmente, para confirmar si el resultado del experimento es adecuado, se compara el resultado de la relación entre la fuerza aplicada y la presión del aire con el área del émbolo o la sección transversal de la jeringa. Para calcular esta área se mide el diámetro del émbolo o la longitud de las marcas de volumen de la jeringa.
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Desarrollo
La actividad se realiza en dos partes, una para cada jeringa. En cada caso se saca el émbolo al mayor volumen marcado, y se miden tanto la fuerza con que se empuja el émbolo y la presión del aire interno cuando se va oprimiendo.
Parte 1. Primera jeringa
Al iniciar la toma de datos, la primera medida puede ser de fuerza cero y la presión atmosférica si no se calibró a cero. Al terminar la corrida de toma de datos se obtiene una gráfica como la de la figura 4, en este caso, la fuerza se calibró en cero. Si se desea se pueden revisar la manera de calibrar los sensores. Cuando empieza el empuje, primero se tiene que vencer la fuerza de fricción entre el émbolo y el cuerpo de la jeringa antes de comprimir el aire y variar su presión; después ya varían ambas magnitudes hasta que la fuerza aplicad llega a - 50 N.
Respuesta:
Explicación:
❄️El volumen es el que varía❄️