MECANICA DE FLUIDOS

 MECÁNICA DE FLUIDOS; TEOREMA DE PASCAL.

1. PROBLEMATIZA:

En la vida diaria vemos máquinas como frenos, gatos hidráulicos, prensas o elevadores que levantan objetos muy pesados con muy poco esfuerzo. Sin embargo, muchas veces no entendemos cuál es el principio físico que permite que esto ocurra. Mi pregunta es:

¿Cómo demostrar de manera sencilla que la presión aplicada sobre un fluido se transmite completamente a todos los puntos, permitiendo multiplicar la fuerza, como lo explica el Teorema de Pascal?

2. FUNDAMENTACIÓN:

El Teorema de Pascal es uno de los principios más importantes de la mecánica de fluidos. Este establece que:

“La presión ejercida sobre un fluido confinado se transmite por igual en todas las direcciones.”

Esto quiere decir que cuando aplicamos fuerza sobre una jeringa llena de agua, la presión no se queda en un solo punto, sino que viaja por todo el líquido y llega a la otra jeringa.

Si esa jeringa tiene un pistón más grande, entonces la fuerza aumenta.

Este fenómeno es la base de sistemas hidráulicos utilizados en:

Gatos de carro

Frenos hidráulicos

Elevadores

Prensas industriales

La fórmula clave es:

F2= F1×A2/A1

Lo que muestra que el fluido permite multiplicar la fuerza cambiando el área de los pistones. Esta fundamentación permite explicar el experimento que realizamos.

3. MATERIALES:

• 1 jeringa grande.
• 1 jeringa pequeña.
• 1 tubo plástico flexible.
• Agua (con colorante opcional).
• Cinta o silicona para sellar.
• Un pequeño peso.
• Regla para medir desplazamientos.

4. DISEÑO:

El diseño consiste en un sistema hidráulico compuesto por:

1. Una jeringa que funciona como pistón de entrada (F1).

2. Un tubo lleno de agua que transmite la presión.

3. Una jeringa más grande que actúa como pistón de salida (F2) y sobre la cual colocamos el peso.

Al presionar la jeringa pequeña, la fuerza se transmite a la jeringa grande, demostrando que la presión del fluido es la misma en todos los puntos, lo cual genera una fuerza mayor en el pistón más ancho.

5. PLANEACIÓN:

Nuestro grupo definió tareas específicas para organizarnos mejor:

Junior Ruiz Días: Investigación del Teorema de Pascal y de los principios de mecánica de fluidos necesarios para el proyecto.

Diego Palencia: Recolección de materiales y verificación de que las jeringas y la manguera encajaran correctamente.

Yeferson Tellez: Diseño del modelo hidráulico y apoyo en el montaje estructural.

Nikoll Rodríguez: Encargada del armado del sistema, sellado de uniones y llenado del circuito sin burbujas, elaboración del protocolo experimental, redacción del informe final y registro de resultados.

6. CONSTRUCCIÓN:

1. Llenamos la manguera y las jeringas completamente con agua para evitar que quedara aire dentro del sistema.
2. Conectamos la jeringa pequeña a un extremo de la manguera y la grande al otro extremo, sellando bien con cinta o silicona para evitar fugas.
3. Colocamos la jeringa grande sobre un soporte y pusimos un objeto pequeño sobre su émbolo.
4. Apretamos lentamente la jeringa pequeña y observamos cómo el agua transmitía la presión hasta empujar la jeringa grande.
5. Repetimos el procedimiento varias veces para confirmar que la presión se comportaba igual en todos los ensayos.
6. Probamos aplicar diferentes fuerzas para ver cómo variaba el movimiento del objeto.

7. EVALUACIÓN:

Durante el experimento comprobamos que el sistema funcionó correctamente: al oprimir la jeringa pequeña, la jeringa grande subía sin importar la velocidad del empuje. Esto demuestra que la presión fue transmitida de manera uniforme por el agua, tal como lo explica el Teorema de Pascal.

El mecanismo logró levantar un objeto usando muy poca fuerza inicial, lo que confirma que la diferencia de áreas entre las jeringas permite multiplicar la fuerza aplicada. Además, el sistema fue estable, no presentó fugas y los resultados fueron repetibles.