ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UNA BURBUJA DE AIRE MIDIENDO DESPLAZAMIENTOS Y TIEMPOS

ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DE UNA BURBUJA DE AIRE MIDIENDO DESPLAZAMIENTOS Y TIEMPOS

J, Aguirre B1, R. Méndez A2, M. Fernández I.3

Escuela de Ingeniería Civil1,2,3. Universidad Nacional de Trujillo.

jaguirreb@hotmail.com, robertoma@hotmail.com, marielafi@yahoo.es.

RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue estudiar el movimiento de una burbuja de aire dentro de un tubo de vidrio con agua a partir de la ecuación que relaciona los desplazamientos y tiempos de su movimiento. Se registró los tiempos que tardó la burbuja al moverse a lo largo del tubo de vidrio para seis desplazamientos diferentes. Haciendo uso del método gráfico se construyó la ecuación empírica que relaciona el desplazamiento y el tiempo, la cual resultó ser, t = 0,055 x, esto muestra que hay una relación directa y lineal entre el tiempo y su desplazamiento, es decir, la burbuja realizo un movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.), con una velocidad, v = 1,81 cm/s.

        Palabras clave: Enseñanza de la física, burbuja de aire, Movimiento rectilíneo uniforme.

1. INTRODUCCIÓN

El movimiento ha sido motivo de estudio desde la antigüedad, se sabe que, todos los objetos del mundo físico están en movimiento, desde las enormes galaxias del universo hasta las más diminutas partículas elementales dentro del átomo. Para poder entender el comportamiento de los objetos y controlarlos debemos estudiar su movimiento. Todos los movimientos incontrolados o erráticos como los de un río que causa una inundación, un huracán o un automóvil fuera de control pueden provocar situaciones de peligro, pero el movimiento controlado sirve a nuestras conveniencias. Es precisamente trabajo del físico analizar el movimiento y representarlo en términos de relaciones fundamentales.

En el estudio del movimiento de los cuerpos hay que reconocer los invaluables aportes dados por Galileo Galilei (1605) a la física mecánica y principalmente a la cinemática, aportes que son hoy día leyes del movimiento de los cuerpos; podríamos afirmar que Galileo fue el padre de la cinemática; ya que fue el primero en definir y demostrar las relaciones del movimiento, sin importar las causas del mismo, a través de relaciones matemáticas. Según Galileo los movimientos se pueden clasificar de acuerdo con las características de su velocidad (F. Sears, M. Zemansky, H. Young, R. Freedman).

BURBUJA DE AIRE EN AGUA es una pequeña cantidad de aire atrapada dentro de un recipiente que contiene agua y que tiene la forma esférica debido al equilibrio entre las fuerzas de tensión superficial presentes en la superficie líquida y que tratan de minimizar la superficie líquida que encierra al aire y la fuerza de presión del aire encerrado que tiende a expandirla. Una burbuja de aire dentro de agua realiza un movimiento de ascenso con movimiento rectilíneo uniforme tratando de alcanzar la superficie del líquido, debido al equilibrio de las fuerzas que actúan sobre la burbuja; las fuerzas de presión que ejerce el líquido sobre la burbuja, el peso de la burbuja y la fuerza de viscosidad entre el agua y la burbuja (P. A. Tipler y G. Mosca)

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORME (M.R.U.)

El movimiento es rectilíneo y uniforme cuando en todo instante el vector velocidad (módulo, dirección y sentido) permanece constante. Al no haber variación en la velocidad, la aceleración no existe (a = 0), y la partícula recorre distancias iguales en tiempos iguales (Raymond A. Serway).

La velocidad se determina a partir de la siguiente relación:        

v  = x / t                                                        

Donde, x es el desplazamiento y t el tiempo.

Luego, t = (1/v) x

La gráfica del tiempo en función del desplazamiento se muestra en la figura 1.

[pic 1][pic 2][pic 3]

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El objetivo de ésta práctica fue estudiar el movimiento de una burbuja de aire atrapada dentro de un tubo de vidrio cerrado y lleno de agua, con el propósito de construir la ecuación empírica de la relación entre el tiempo y el desplazamiento de su movimiento.

1. MATERIAL Y MÉTODOS

1. Objeto de estudio:

Para este estudio se formó una burbuja de aire de aproximadamente 1 cm de diámetro dentro de un tubo de vidrio cerrado lleno de agua.

El tubo cilíndrico de vidrio inicialmente cerrado solo en un extremo fue de 1 m de longitud (L = 1m) y 4 cm de diámetro, el cual se llenó de agua y luego se cerró herméticamente con una tapa de jebe y cinta aisladora.

1. Instrumentación:

Se usó un cronómetro digital Q&Q (J.M.E.) para el registro del tiempo (u = 0,01 s) y una cinta métrica Stanley GA519 (u = 1 mm), para la medición de los desplazamientos.

1. Métodos y técnicas

Se ubica el tubo de vidrio con la burbuja en posición horizontal sobre la mesa de trabajo.

Al levantar uno de los extremos del tubo, la burbuja se ubica en el extremo más alto.

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