Presión
03 dic, 2012
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PRESENTACIÓN: Al hacer el vacío parcial con la bomba manual en la botella el globo u otro material expandible se agranda debido a que la presión interna que la rodea es menor que la presión dentro del globo.
- The Physics of the Imploding Can Experiment, Pirooz Mohazzabi, Phys. Teach. 48, 289 (2010)
- Experiments with Helium‐Filled Balloons, Anthony C. Zable, Phys. Teach. 48, 582 (2010)
37 responses to "Presión"
Al disminuir la presión que rodea el globo, la presión interna es mayor y para conseguir un estado de equilibrio de presiones, ha de aumentar su volumen, de ahí que se agrande.
En el enlace siguiente, se ve el mismo efecto pero con un globo.
A continuación se muestra el experimento pero hecho con golosinas, que puede ser más atractivo para todos.
Adjunto propongo otro vídeo que, con toda probabilidad, animará al alumnado a experimentar con la presión.
Esta ley o fundamento fue explicada por el científico irlandés Robert Boyle (1627-1691) que parte de los estudios de Torricelli (1608-1647). El experimento inicial de Boyle consistía en introducir en un tubo en forma de «U», cerrado en uno de sus extremos y abierto en el otro la cantidad suficiente de mercurio, como para igualar el espacio que queda sin mercurio en el extremo cerrado, con el del extremo abierto. Boyle comprobó que para conseguir reducir a la mitad el espacio de aire comprimido por el mercurio en el extremo cerrado necesitaba el doble de presión atmosférica. Por lo que dedujo que, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta.
Una de las principales aplicaciones consecuencia de este fundamento es calcular la presión que tienen los gases a una presión determinada … muy útil para los buceadores.
No noso corpo tamén podemos experimentar a diferencia de presión entre dos compartimentos tal como sucede a un lado e outro do tímpano (oído externo e oído medio). Para que esta membrana transmita a enerxía das ondas sonoras a presión a ambos lados debe ser a mesma, pero cando buceamos ou viaxamos en avión a presión exterior varía empurrando cara adentro ou cara afora o tímpano causando dor e molestias. Para solucionar este problema temos a Trompa de Eustaquio que conectando o oído medio coa rinofarinxe e polo tanto co exterior igualando así ambas presións. No caso de que a presión exterior sexa moi alta tamén podemos facilitar a función da Trompa de Eustaquio realizando a maniobra de Valsalva, consistente en pechar a boca e o nariz cos dedos e exhalar con forza, para igualar as presións.
Esto también se puede observar cuando llenamos el lavabo de casa y tenemos que tirar fuerte del tapón debido a la presión que ejerce el agua.
El producto químico está dispuesto de tal manera que hay muchas bolsas de aire atrapadas en el interior de la crema de afeitar. Las bolsas de aire en la crema se expandirán en el vacío. A medida que la presión disminuye , gradualmente el volumen de la crema de afeitar se expande más y finalmente, llena todo el espacio . Este es un ejemplo de la ley de Boyle, que muestra una relación indirecta entre la presión y el volumen. dicha ley (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica:
En otras palabras: Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
El vídeo muestra un experimento sencillo mediante el cual se puede entender de forma simple la «ley de Boyle-Mariotte» la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Si la presión aumenta, el volumen disminuye y si la presión disminuye, el volumen aumenta. Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Las aplicaciones de esta ley son diversas, en el metabolismo del cuerpo humano como el buzo que debe expulsar el aire de sus pulmones al ascender porque este se expande al disminuir la presión y le causaría daño al tejido pulmonar, al inflar un globo, al tocar una trompeta…también se aplica en las máquinas de vapor y en las bombas de aire. En el siguiente enlace se pueden ver más demostraciones sobre la ley de Boyle-Mariotte.
En este experimento podemos poner de manifiesto la existencia de una magnitud en la que no reparamos pero que experimentamos todos los días, la presión atmosférica. Si en lugar de espuma de afeitar pusiéramos un globo inflado éste también se encogería. También y como ha comentado más gente podemos experimentar en nuestro propio cuerpo sus efectos ya que la presión determina la cantidad de oxígeno que por ejemplo va disuelto en nuestra sangre. Si sometiésemos nuestro cuerpo a una brusca diferencia de presión, nuestra sangre podría portar menos oxígeno disuelto y esto provocaría la formación de burbujas en nuestros vasos sanguíneos. Este es el motivo por el que los submarinistas que descienden a altas presiones al ascender deben realizar paradas periódicas. Con esto se consigue darle tiempo al organismo a eliminar todo el gas que lleva disuelto a mayores sin que se formen burbujas en sistema circulatorio que puedan provocar una embolia gaseosa.
En este enlace podemos encontrar el diseño de una practica de laboratorio interesante para conocer y comprender la Ley Boyle-Mariotte.
En el siguiente vídeo se explica en que consiste la ley de Boyle-Mariotte de los gases con tres esquemas, donde también resuelven algún ejercicio aplicado.
Al aumentar la altitud disminuye la presión atmosférica y con ello la presión parcial de oxígeno. Cuando la altura alcanzada es demasiado alta, puede suponer un problema para el cuerpo humano ya que al ascender, la saturación de la hemoglobina va descendiendo, pudiendo dar lugar a una hipoxia arterial.
Las consecuencias y aplicaciones del vacío y las presiones, y cómo afectan a la solubilidad de los gases son solamente algunos ejemplos, aunque puede resultar complicado dar una explicación clara a un grupo de alumnos jóvenes. Éste vídeo, sin embargo lo vuelve muy sencillo y visual: el agua asciende en contra de la gravedad debido al gas, dentro de la botella, que se está enfriando (y por tanto, comprimiéndose), generando una presión negativa (vacío).
Son experimentos muy sencillos y muy gráficos par visualizar las leyes de los gases-. Yo utilicé globos y botellas de plástico, con muy buenos resultados de interpretación por los alumnos.
En terceiro da ESO cando explico a unidade dos gases e as súas leis, fago uso da seguinte web, en concreto das simulacións interactivas das leis. Agardo que vos sirva de axuda.
É un bo exemplo para demostrar que as moleculas invisibles da atmosfera danlle unha forma e tamaño ás cousas e a sùa ausencia fai trocos nestas caracterìsticas
En este experimento se ilustra muy bien la Ley de Boyle-Mariotte, la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional a la presión: si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta. En el aula, y de forma muy sencilla, se puede realizar una experiencia empleando una jeringa y nubes de gominola (también conocidas como marshmallows o malvaviscos), tal y como se muestra en el siguiente vídeo.
La explicación de lo que ocurre sería la siguiente: Las nubes, marshmallows o malvaviscos son unos dulces muy esponjosos y flexibles hechos principalmente de azúcar, gelatina y montones de minúsculas burbujas de aire atrapadas entre estos ingredientes. El aire del interior se encuentra a la presión atmosférica del lugar en el que se confeccionaron. Lo que le ocurriría a una de estas burbujas en cada una de estas situaciones sería lo siguiente:
– Cuando la presión del aire del exterior es mayor que la presión del aire atrapado en el interior: la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de la burbuja es mayor que la que ejerce el aire desde el interior. La gelatina y el azúcar de las nubes son flexibles y por tanto la nube se colapsa.
– Cuando la presión del aire del exterior es menor que la del aire del interior: esta vez la nube se expande porque la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de la burbuja es menor que la que ejerce el aire del interior.
La Ley de Boyle-Mariotte dice que a temperatura constante y para un gas confinado en un recipiente, el producto de la presión por el volumen se mantiene invariable. Lo que significa que si aumentase el volumen la presión descendería proporcionalmente al aumento de volumen, y si el volumen decreciese se produciría un aumento proporcional de la presión.
En la respiración humana se produce un hecho muy similar al del experimento. Ésta se puede realizar de forma automática, a través del tronco del encéfalo (esto nos permite respirar cuando dormimos o en cualquier momento del día de forma inconsciente, sin ahogarnos). También podemos tomar el control de la respiración de forma consciente a través de la corteza cerebral, por ejemplo, cuando forzamos la respiración porque necesitamos un aporte extra de oxígeno. Los músculos de la caja torácica y los del diafragma, se pueden contraer para agrandar el volumen que ocupan los pulmones. Al expandirse los pulmones se produce un vacío en su interior y debido a la presión atmosférica, éstos se llenan de aire (con oxígeno). Los pulmones funcionan de ésta forma cómo una bomba de vacío.
Cuando el cerebro se «duerme» debido a la falta de azúcar u oxígeno, necesarios para las reacciones de combustión que se producen en el cerebro, éste manda una orden a los músculos que rodean los pulmones para que expandan los pulmones y tomen una dosis rápida y extra de aire; esto se conoce vulgarmente como «bostezo». Un vídeo de interés, en el que se explica de forma sencilla, que ocurriría si dejase de funcionar esta «bomba de aire humana».
Alguien me da alguna explicación?
Claro amigo, mira es muy facil. solo tienes que acordarte que en la Ley de boyle , la temperatura es Constante. Aqui en esta pagina te explica bien la Ley de boyle y Mariotte , con sus graficas y formulas.
Como consigues que la presión que hay dentro del recipiente disminuya?
Con una bomba de vacío manual como esta.
Con este experimento se demuestra una de las leyes de los gases, concretamente la Ley de Charles. Este Ley establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura. Se utiliza espuma de afeitar porque tiene una estructura porosa, lo que hace que contenga una gran cantidad de aire en su interior. Las burbujas de aire que están atrapadas en el interior de la espuma de afeitar se encuentran a la presión atmosférica de la zona en la que se dispenso la espuma. Cuando se aplica calor al recipiente en el que se introduce la espuma, la temperatura del interior del recipiente aumenta y como consecuencia el volumen de la espuma aumenta, tal y como establece la Ley de Charles. Aquí os dejo otra actividad manipulativa que muestra esta ley. Es una actividad realizada por los propios alumnos con otros materiales: una botella, un globo, papel y un mechero.
Para ampliar el conocimiento acerca la ley de los gases os dejo un experimento que permite demostrar la Ley de Boyle-Mariotte, que establece que a temperatura constate la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen. Asimismo, os dejo una actividad manipulativa que permite demostrar la Ley de Gay-Lussac, que establece que a volumen contante la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura.
Con todo esto ya hemos logrado demostrar las tres leyes de los gases. Espero que os sea de utilidad.
Este experimento resulta muy útil para entender de forma efectiva todas las leyes agrupadas en torno a la ley de gases ideales que se trabaja en el bloque 2 (aspectos cuantitativos de la química) de física y química de 1º de bachiller. Si bien el experimento pone de manifiesto la ley de Boyle-Mariotte, este da pie a explicar también la ley de Charles y la ley de Avogadro pues todas estas están relacionadas con la ley de gases ideales. La ley de Boyle-Mariotte determina que una cantidad dada de un gas (n) a temperatura constante (T) cambiará su volumen inversamente proporcional a su presión (P). Por lo tanto PV=k. Esta expresión deriva de la expresión de la ley de gases ideales tomando los moles y la temperatura como constantes: PV=nRT. Para explicar la ley de Charles puede emplearse el mismo experimento manteniendo constante la presión (P) y el número de moles (n) y variando la temperatura (T), Así la expresión de la ley de Charles será: V/T= k.
Dicha experiencia resulta de muy fácil aplicación. Esta se puede aplicar en varias asignaturas de todos los cursos de la ESO y en Bachillerato. Dicha experiencia permitiría también, la introducción de contenidos que permitan a los alumnos establecer relaciones entre conceptos de varias asignaturas, como física y química y biología, ya que los gases también se encuentran dentro de nuestro cuerpo, y nos podemos ver afectados por la presión, ya que no es lo mismo estar en un avión a 10.000 metros de altura que buceando a 30 metros de profundidad. Con esta experiencia los alumnos podrían comprender de una forma más práctica las relaciones que se dan entre el estado de un gas, las presiones, etc., lo que les permitiría comprender de una mejor forma el comportamiento de los gases y las leyes que derivan de estos, ya que muchas veces estos contenidos pueden resultar de difícil comprensión al tratarse de conceptos bastante abstractos. En estos enlaces, se muestran dos experiencias relacionadas con la presión de fácil aplicación para con los alumnos.
En el vídeo se ve que la espuma recubre por completo el volumen interno de la campana de cristal, y eso me ha hecho preguntarme: ¿alguien sabe explicar cuánto más se expandiría la espuma de utilizar una campana de cristal con un volumen mucho mayor?
Este experimento es muy ilustrativo y permite apreciar la ley de Boyle-Mariotte con claridad. Creo que además de explicar esta ley sería interesante incorporar la de Charles y la de Gay-Lussac, ya que cuando se explica este tema se trabaja con las 3 leyes. Os dejo vídeo en el que se ejemplifican las 3 leyes de forma muy simple.
Perfecto ensayo, asequible y muy visual para que los alumnos de secundaria puedan conocer de un modo más práctico la Ley de Boyle que establece que en un recipiente cerrado y a temperatura constante la presión de un gas encerrado en el recipiente es inversamente proporcional al volumen de tal forma que si la presión aumenta disminuye el volumen y viceversa. Por otro lado, es posible trabajar con la Ley de Gay-Lussac establece que en un recipiente cerrado a volumen constante la presión del gas atrapado en el recipiente es directamente proporcional a la temperatura. Ambas Leyes pueden verse en la práctica a través de este vídeo.
Este experimento ejemplifica la ley de Boyle-Mariotte, que explica que, a temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a su presión. En el ejemplo, al crear el vacío dentro de la campana, la presión disminuye y el gas dentro de la espuma de afeitar se expande hasta ocupar todo su interior. El hecho de utilizar espuma de afeitar genera un efecto muy visual en el que se observa perfectamente la magnitud de esta expansión. La ley de Boyle-Mariotte es una de las leyes que explican el comportamiento de los gases ideales, y que se dan en procesos tan cotidianos como la respiración.
En este vídeo se explica la relación entre los cambios de presión dentro de la caja torácica y su efecto en el aire que respiramos. Durante la inspiración, el diafragma y los músculos intercostales se contraen, expandiendo la caja torácica. Esto hace que aumente el volumen pulmonar y por tanto disminuya la presión. Esta disminución de la presión hace que el aire se mueva a favor de los pulmones, fluyendo hacia su interior. Durante la espiración, por el contrario, estos músculos se relajan y el espacio dentro de la caja torácica disminuye contrayendo los pulmones. Esto genera un aumento de presión que hace que el aire sea expulsado fuera.
Otro ejemplo de aplicación de la Ley de Boyle-Mariotte en nuestro día a día la encontramos en los airbags de los coches. Este dispositivo está formado por una bolsa que se infla rápidamente en el momento de un golpe. Cuando se produce un impacto de, como mínimo, 15 kilómetros/hora, se activa un sensor, que genera una chispa. Esto provoca la descomposición de un compuesto químico de acida sódica que vuelve a su forma más estable, que es el nitrógeno en forma de gas. Este gas inerte hincha la bolsa, la cual tarda 25 milésimas de segundo en inflarse por completo. La razón consiste en la diferencia de presión. En el interior de la bolsa, la presión es mucho más elevada que la presión del coche. La presión tiende a igualarse, de esta manera, al salir disparado el gas, la presión de la bolsa disminuye así aumentando el volumen de dicha bolsa y la presión del coche. Un segundo después, el gas que ha rellenado el airbag se va escapando, gracias a un montón de agujeros minúsculos que hay en la bolsa. Más info.
Al respecto de la ley de Charles mencionada también en varios de los comentarios anteriores, dejo aquí el enlace de un sencillo experimento para demostrarla. Se detalla como abrir una lata de refresco sin usar la argolla, simplemente frotando un palillo chino contra el borde de la abertura.
Este vídeo me parece muy práctico para mostrarle a los alumnos de eso la Ley de Boyle-Mariotte, pero incluso me parece mejor el vídeo de las golosinas que proponen Susana y Adrián porque van a atraer más la atención de los alumnos.
Otro experimento que podemos llevar a cabo en el aula es la práctica titulada «Demostración práctica de la ley de Boyle-Mariotte» que proponen en la revista de la Universidad Nacional Autónoma de México. Aquí os dejo el enlace.
Experimento sinxelo que demostra o efecto da presión. Recórdame o que acontece na atmosfera cando unha masa de aire ascende. A medida que ascendemos na atmosfera a presión disminúe, polo tanto a masa de aire, de forma similar ó que sucede no experimento ca escuma, expándese. Por outra banda, outro parámetro clave na atmosfera é a temperatura que disminúe a medida que ascendemos. Desta forma, o vapor de auga que contén a masa de aire condensa (o aire frío admite menos vapor de auga que o aire cálido) e forma unha nube.
Aquí dejo varios experimentos con una bomba de vacío casera. La llama de la vela se apaga por la falta de oxígeno.
Como forofo do pádel penso que coa realización deste experimento quedaría moi ben facer referencia á conservación das pelotas de tenis e pádel. Estas véndense en botes herméticos cunha presión elevada para evitar o fenómeno que se amosa no vídeo, pois en certa forma iso é o que pasa unha vez se abre o bote. Como a presión atmosférica é inferior á presión do interior de cada pelota, tenden a expanderse e ablandarse.
Quizáis sexa un tanto máis tétrico, pero este exemplo con sangue é sin duda moi visual para explicar o efecto da presión no baleiro.
Un experimento similar es el de la construcción de un modelo de caja torácica con una botella de plástico. Para ello se utiliza la mitad superior de una botella grande. Posteriormente se conectan dos pajitas a dos globos rojos a los que se les ha cortado el extremo previamente. Los extremos libres de estas dos pajitas se fusionan con una tercera pajita que se comunica con el exterior a través de un orificio realizado en la tapa de la botella. Además, la parte inferior de la botella se tapará con un globo azul, de manera que quede sellada herméticamente por ambos lados (tapa y base cortada). Este modelo representa a la perfección la ventilación pulmonar. Cuando tiramos del globo azul (diafragma) hacia abajo, aumenta el volumen de aire en el interior de la botella reduciendo la presión. Esto permite que el aire atmosférico entre en la botella a través de la pajita (tráquea) e infle los dos globos rojos (pulmones). Cuando empujamos hacia arriba el globo azul, el volumen de la botella se reduce, provocando un incremento de presión que hace que el aire vuelva a salir al exterior.
Un experimento también muy visual y sencillo para hacer en educación secundaria es el de las «golosinas que cambian de tamaño». Su descripción en este blog de experimentos caseros de física y química. Para hacerlo sólo necesitamos una jeringa, unas nubes( también llamados malaviscos) y un poco de cinta aislante.