Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

GANOT, ADOLPHE: Curso elemental de Física experimental: Segunda edición. París 1871.

Laboratorio de Física del I.E.S. Ibáñez Martín

APARATO DE HALDAT

COLECCIÓN

Mecánica de fluidos

FUNDAMENTO La presión es la resultante del ejercicio de una fuerza sobre una superficie (P=F/S). Como consecuencia una misma fuerza puede producir diferentes presiones si es ejercida sobre superficies diferentes, (o viceversa).
FUNDAMENTO PRINCIPIO DE PASCAL El principio de Pascal indica que un líquido ejerce en todas direcciones la presión que se ejerce sobre él. Asimismo, esa presión se ejerce en forma perpendicular a las superficies sobre las que se aplica. El principio de Pascal también puede expresarse enunciando que los líquidos transmiten las presiones que reciben. Por lo tanto, cuando en un sistema abierto por dos extremos - por ejemplo un tubo que contiene un líquido - se ejerce presión en uno de sus extremos, esa presión se producirá en el otro extremo. En realidad, la presión se manifiesta igualmente sobre las paredes del tubo, pero la rigidez y resistencia del mismo la neutraliza, haciendo que se transmita hacia el otro extremo.
FUNDAMENTO

COLUMNA HIDRÁULICA

Un líquido colocado en un tubo cilíndrico de gran longitud y poco diámetro, en posición vertical, determina sobre sus moléculas ubicadas en la parte inferior, que soporten el peso de todas las situadas encima de ellas. A su vez, el peso de la columna hidráulica depende de su volumen y el peso específico del líquido contenido. Por lo tanto efectuando sustituciones en las fórmulas del peso (volumen por peso específico) y de la superficie (base por altura) se obtiene: La Presión en un punto de una columna hidráulica, es igual al peso específico del líquido multiplicado por la altura de la columna. Por tal motivo, es frecuente describir la presión de una columna hidráulica mencionando solamente el líquido y su altura.

FUNDAMENTO

LEY HIDROSTÁTICA

Si en un sistema de vasos comunicantes se colocan dos líquidos de distintos pesos específicos (agua y mercurio, p.ej.) las presiones en uno y otro lado del sistema se igualarían cuando ambos lados soporten igual peso. Dado que el peso espec. del Hg es superior se requerirá un mayor volumen de agua, la cual quedará a mayor altura. Debido a la diferencia de pesos específicos, la igualdad de presiones se producirá cuando ambas columnas tengas alturas diferentes. La Ley fundamental de la Hidrostática expresa que la diferencia de presiones entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de niveles

FUNCIONAMIENTO

Sirve para demostrar que la presión que un líquido ejerce sobre el fondo horizontal del vaso que le contiene equivale al peso de una columna de líquido que tenga por base el fondo y por altura la distancia vertical desde el fondo hasta el nivel alcanzado por el líquido. Se compone de:  tres vasos intercambiables de distintas capacidades pero de igual sección de fondo, un tubo doblemente acodado que contiene mercurio y cuyo nivel se puede marcar con una virola y un soporte vertical con una varilla para fijar la altura de líquido en los vasos. Poniendo uno de los vasos, se fija la altura del mercurio con la virola y la altura de líquido con la varilla y se observa que, al intercambiar los vasos, aunque sus capacidades sean distintas, se mantienen las alturas fijadas.

LA EXPERIENCIA DE HALDAT

La presión es independiente de la forma de la vasija.   La presión sobre el fondo de las vasijas es independiente de su forma. Este aparato se compone de un tubo acodillado ABC, terminado en A por una llave de cobre, en cuyo tubo se pueden atornillar sucesivamente dos vasijas M y P, de igual altura, pero de forma y de capacidad diferentes, pues la primera es cónica y la segunda casi cilíndrica. Para hacer el experimento, se principia por echar mercurio en el tubo ABC, de manera que su nivel no llegue enteramente a la llave A. Se atornilla entonces en el tubo la vasija M, que se llena de agua, y ésta, por su peso, oprime al mercurio y le eleva en el tubo C, en el cual se marca su nivel, por medio de una virola a, que puede correr a lo largo del tubo. Se señala al mismo tiempo el nivel del agua en la vasija M con una varilla móvil o situada encima. Hecho esto, se vacía la vasija M abriendo la espita A; se la desatornilla y reemplaza por la vasija P. Echando por fin, agua en ésta, se ve que el mercurio, que había recobrado su primer nivel en las dos ramas del tubo ABC, sube de nuevo en el C, y luego que en la vasija P llega el agua a la misma altura que tenía en la M, lo cual se reconoce por medio de la varilla o, adquiere el mercurio en el tubo C el mismo nivel que en el primer caso, según lo indica la virola a. Se deduce de esto, que en ambos casos es idéntica la presión trasmitida al mercurio en la dirección ABC. Esta presión es, pues, independiente de la forma del vaso, y por lo tanto de la cantidad del líquido. En cuanto al fondo del vaso, es evidentemente el mismo en los dos casos, o sea la superficie del mercurio en el interior del tubo A.

LA EXPERIENCIA HOY

Aparato de haldat.  Un soporte s mantiene fijo un cilindro M al cual se adapta por encima un vaso 1 (AB), ajustado en el cilindro, por debajo tiene un disco O. El disco está suspendido al brazo de una balanza. El vaso 1 (AB) puede ser sustituido por otros de formas diferentes y alturas iguales. (2) y (3). Cada vaso instalado es llenado completamente con agua. La carga o pesa que hay en la balanza es la menor que equilibra el disco O.  Se constata que el empuje del agua sobre el disco O (medido por el peso m.g) no depende de la forma del vaso. Ver imagen

EXPERIMENTOS DE COMPROBACIÓN

Péndulo de reacción: si se abre el grifo del péndulo de reacción la presión que se ejercía sobre la pared ausente cesa de equilibrar la ejercida en una pared de igual superficie y diametralmente opuesta. A la producción del chorro de líquido acompaña, pues, un impulso, producido en sentido contrario, que vuelve a alzar el péndulo.

Recipiente de reacción o flotador hidráulico, cuyo retroceso se explica de igual modo.

En el torniquete hidráulico la rotación se produce de igual manera.

En el experimento del tonel rebosante el empuje ejercido ejercido sobre una duela es igual al peso de una columna cilíndrica de agua que tuviera la superficie de esa duela por base y por altura la distancia del centro de gravedad de la duela al nivel del líquido del tubo. En cada dm2 de la porción media de las duelas se ejerce un empuje que será, para una altura de líquido de 5 metros, de 50 kg

APLICACIONES EN LA TRANSMISIÓN DE PRESIONES

Es fácil calcular las presiones que actúan sobre el fondo de los mares. En efecto, la presión de una atmósfera equivale a la de una columna de agua de diez metros; Si el fondo del mar en un punto tiene 4.000 metros, resiste una presión de 400 atmósferas.

El principio de Pascal dice que todo empuje ejercido sobre una superficie s tomada ya sea en la pared del recipiente o bien en el interior del líquido, se transmite íntegramente a toda superficie igual, cualquiera que sea su orientación y su posición en la masa líquida. Se puede dar una demostración experimental de este principio utilizando una esfera hueca de metal adaptada a un tubo T (Fig 162), provisto de un émbolo P. Los agujeros t son iguales. Se llena de agua la esfera y el tubo T y se dispone el círculo perforado según un plano horizontal. Si empujamos el émbolo, se observa que los chorros son de igual amplitud

Prensa hidráulica: si se establece en dos cuerpos de bomba A y A', de sección diferente, S=100 s, por ejemplo, que contengan agua y formen un sistema de vasos comunicantes, dos émbolos P y P' de pesos respectivamente proporcionales a S y s, todo empuje ejercido por P' requerirá, para que se mantenga el equilibrio, un empuje del céntuplo del ejercido sobre P. Se observa que cuando el émbolo P' penetre 1 cm, el émbolo P se elevará una altura 100 veces menor.

ENLACES  No dejad de visitar este interesante museo de la Universidad Complutense de Madrid www.ucm.es/info/diciex/proyectos/pie_2002-42/ct.edu.0030.html

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, MªANGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS, La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.
FELIU Y PÉREZ, B: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. 6ºed.. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.

TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931

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