Proyecto Burbuja Subiendo Por Un Tubo

Burbuja subiendo por un tubo

Bubble up through a tube

Chuquizm Julian1, Llain Neil1 , Martinez Helen1

1Grupo01 , Ingenieria civill, Universidad de la Salle.

Fecha entrega de informe 05/03/2013

Resumen

El objetivo general de este experimento es probar a qué ángulo de inclinación una burbuja sube con mayor velocidad por un tubo de vidrio con un diámetro de quince milímetros y una longuitud de ciento treinta centímetros, se hizo la prueba con tres líquidos con diferendes densidades y ángulos a cada cinco grados hasta llegar a noventa grados, repitiendo este proceso tres veces para obtener el error en la toma del tiempo de llegada de la burbuja. Teniendo en cuenta la densidad de cada líquido, la fuerza de gravedad y en el ángulo de inclinación se observa que la burbuja sube con mayor rapidez en el rango de treinta y cinco grados (35°) y cuarenta y cinco grados (45°)

Palabras claves: densidad de liquidos, angulo de inclinacion, tiempo.

Abstract

The overall objective of this experiment is to test what angle a bubble rises faster by a glass tube with a diameter of fifteen millimeters and a hundred and thirty centimeters longuitud, was tested with three liquids with densities and angles diferendes every five degrees up to ninety degrees, repeating this process three times to get the error in mak-ing the arrival time of the bubble. Given the density of each fluid, gravity and the inclination angle of the bubble is observed that rises more rapidly in the range of thirty five degrees (35 °) to forty-five degrees (45 °)

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1. Introducción

En la actualidad, se ha ido enriqueciendo la actividad científica desde diversos ángulos, la experimentación sigue adquiriendo importancia trascendental, por cuanto mediante ella se pueden utilizar mecanismos que posibiliten aislar el fenómeno estudiado, reprodu-cir muchas veces el curso del proceso en condiciones fijadas y sometidas a control y finalmente de forma planificada, variar, buscar diferentes combinaciones con el objetivo de obtener el resultado buscado.

Para la realización de este experimento, es necesario conocer diversos temas respecto a las leyes y com-portamientos de la física, tales como la densidad de los materiales que permiten que la velocidad de la burbuja sea más rápida, también podemos hacer la relación entre qué sucede cuando es más mayor el ángulo y cuando el ángulo es menor.

Finalmente, con este experimento pudimos concluir que el desplazamiento de la burbuja forma una pará-bola respecto al ángulo de inclinación teniendo su pico más alto en 45°.

2. Marco teórico

Ley de Poiseuille

Vamos a considerar el movimiento de un fluido a través de un tubo cilíndrico en un referencial fijo en el tubo. Cuando todos los elementos de volumen del fluido que pasan por un punto cualquiera dentro del tubo lo hacen siempre con la misma velocidad, el flujo se llama fijo o permanente

En puntos diferentes, las velocidades de los elementos de volumen pueden ser diferentes. Un flujo estacionario puede ser logrado si el fluido se traslada con velocidad de módulo relativamente pequeño.

Consideremos entonces un fluido viscoso en un flujo esta-cionario y laminar a través de un tubo cilíndrico. De esa forma, el fluido se divide en capas cilíndricas coaxiales, que se mueven con velocidades de módulos diferentes.

La capa mas externa, llamada como capa límite, adhiere a la pared del tubo y tiene velocidad nula en el referencial considerado

Por muy evidente que nos parezca, por muy intuitivo que pretendamos que sea, la reafirmación del modelo (puede ser) MRU, debe ser descubierto de manera experimental .

El estudio del movimiento de una burbuja de aire atrapada por una columna de agua en el interior de un tubo plástico, rígido, transparente de unos 2 m, resulta muy práctico y enriquecedor

Sobre una mesa se coloca el tubo tapado por ambos lados de modo que quede una burbuja de aire en su interior. Se establecen marcas a lo largo del tubo cada 10 cm o 15 cm con celo o gomas o pinzas para sujetar ropa. Para una altura h = 30 cm se mide la base b (para luego relacionar h/b con el ángulo) y se miden los tiempos que demora la burbuja en pasar por las marcas. Se repite dos o tres veces para la altura determinada y se lleva a una tabla L vs t.

Es conveniente marcar la posición del tubo sobre la mesa a los efectos de mantener constante esa referencia cuando midamos h y b. Me ha dado buen resultado colgar del ex-tremo del tubo un hilo con esferitas de plastilina de diversos colores, fijadas a 50 cm, 75 cm y 90 cm. De esa manera aseguro la verticalidad y la constancia de la altura durante el ascenso de la burbuja. De igual modo (con plastilina) marco el punto de contacto del tubo en su extremo de contacto con la mesa. Es conveniente también para que los estudiantes trabajen organizar bien las tareas: uno mide distancias y anota el tiempo, otro las alturas y sostiene el tubo y avisa cuando la burbuja pasa por las referencias y cualquiera de los otros dos mide el tiempo. Los estudiantes tienen muy buenos cronómetros en los relojes, teléfonos. En tríos se trabaja bien.

Se repite la experiencia para diferentes alturas: 50 cm, 75 cm y 90 cm (por ejemplo). En un mismo diagrama L vs t se dibujan las gráficas y los estudiantes “descubren” la lineali-dad que le permitimos evidenciar con la ecuación de la recta: y = y0 + ax. Establecemos las homologaciones corres-pondientes y deducimos la ecuación: s = s0 + v.t.

No acepto líneas rectas “perfectas”, sino la mejor de las representaciones y además ni siquiera insinúo que el resul-tado es una recta. Es necesario dejarlos “descubrir” la repre-sentación y ayudarlos a encontrar la ecuación.

Es necesario que destaquemos, mediante preguntas:

• ¿Cuál es el tipo de curva que más se aproxima a cada representación del movimiento de la burbuja?

•¿Qué es común a cada curva (recta)?

•¿Qué diferencia a una recta de la otra ?

• Calculemos el valor de la pendiente para diferentes inter-valos (L;t) de una misma altura y para la longitud total y tiempo total de movimiento de la burbuja. Para cada incli-nación.

Una pregunta interesante: ¿Y si en lugar de tomar intervalos de distancia recorrida de 10 cm, hubiésemos tomado 20 cm, 30 cm, 45 cm u otro valor? ¿La recta variaría?

Galileo precisó la definición de MRU: "un

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