práctica 1 presión atmosférica

Practica No. 1 Medicion de la presion atmosferica

JESUS FRANCISCO RAMIREZ CRUZ

FCFM BUAP; 18 Sur y Av. San Claudio, Col. San Manuel, Puebla, Pue. C.P: 72570

Fısica Experimental IV

OBJETIVO

El objetivo fundamental de esta practica es determinar el valor de la presion atmosferica en la ciudad dePuebla utilizando tres metodos. El primero y el tercero de ellos se basan en el experimento de EvangelistaTorricelli, donde en el primero se utilizo una manguera de aproximadamente 10 metros y agua en lugarde mercurio, mientras que en el tercero se uso mercurio y una manguera mucho mas corta. En elsegundo metodo se utilizo una jeringa y la relacion de la presion atmosferica con el peso del objeto yel area transversal de la jeringa, comparando ası estos valores con los de la presion atmosferica a niveldel mar y demostrando que la presion atmosferica depende de la altitud del lugar en que se mida.

I. TEORIA

La atmosfera es una mezcla de gases que rodeanla Tierra y que por lo tanto, ejercen una presionsobre su superficie. De esta manera, se define lapresion atmosferica como la fuerza por unidad dearea que ejerce el aire sobre la superficie terrestre.La ecuacion que nos dice esta relacion es:

P =F

A

El primer experimento que demuestra la exis-tencia de la presion atmosferica y que ademas per-mite medirla, lo realizo Evangelista Torricelli en1643. Lleno de mercurio un tubo fino de vidrio deaproximadamente 1m de longitud y 1cm2 de sec-cion transversal, cerrado por uno de sus extremos.Cerro el orificio libre con el dedo y lo introdujocabeza abajo en una cubeta llena tambien de mer-curio. Cuando retiro el dedo, el nivel del mercuriodel tubo bajo hasta quedar a una altura de 76cmpor arriba de la superficie del mercurio en la cube-ta. El extremo superior del tubo quedo vacıo.

La presion atmosferica se manifiesta sobre la su-perficie libre del mercurio, de esta manera, el nivelsiempre llega a la misma altura. Esta actua sobreel mercurio de la cubeta y sostiene la columna con-tenida dentro del tubo impidiendo que baje mas.

.

Figura 1 Diagrama que muestra el experimento de Torricelli

La presion ejercida por una columna de mer-curio de 760mm de altura es denominada presionatmosferica normal y para medirla se utiliza laatmosfera (atm), que se define como la presion quea 0C ejercerıa el peso de una columna de mercu-rio de 76cm de altura y 1cm2 de area de secciontransversal, y es una unidad que equivale a:

1atm = 760mmHg = 1,013 ∗ 105Pa

Para el experimento que se realizo en estapractica se considero una columna cilındrica delıquido de altura h que ejerce una fuerza F sobreun area determinada, que en este caso por ser uncilindro esta area corresponde a A = 4πr2, y F esel peso de la columna de lquido. Ademas:

1

P =F

A=mg

πr2

Y m = ρV = ρAh = ρπr2h , por lo que:

P = ρgh

II. MATERIAL

Parte 1. Experimento de Torricelli conagua

Manguera de aprox. 10 m de longitud

Agua

Flexometro

Marcador

Masking tape

Cubeta

Parte 2. Experimento con jeringa

500 gr. de arena

Jeringa

Masking tape

Balanza

Juego de pesas

Parte 3. Experimento de Torricelli conmercurio

Manguera de mercurio

Soporte universal

Pinzas de nuez

Flexometro

Recipiente

Masking tape

III. PROCEDIMIENTO


1. Llenar la cubeta con agua.

2. Colocar la manguera en posicion vertical.

3. Tapar de manera provisional el extremo inferiorde la manguera.

4. Posteriormente tapar el extremo superior y a lavez destapar el extremo inferior y sumergirlo en lacubeta con agua.

5. Senalar con masking y marcador la altura delagua para determinar el valor de la presion at-mosferica.

Parte 2. Experimento con jeringa

1. Sacar el aire de la jeringa empujando el embolo.

2. Sellar el area transversal de la jeringa.

3. Llenar arena en una bolsa.

4. Colgar la bolsa de arena en la parte del embolode la jeringa tratando de que este llegue a la mitadde la jeringa.

5. Sacudir suavamente la jeringa de manera ascen-dente y descendente.

6. Agregar o quitar arena segun sea necesario pa-ra que embolo de la mitad llegue a la mitad de lajeringa.

7. Pesar la bolsa en la balanza.


1. Colocar las pinzas en el soporte universal.

2. Asegurar los extremos de la manguera a las pin-zas para colocar la manguera en forma de U.

3. Colocar el recipiente debajo de la manguera paraevitar que se derrame el mercurio.

4. Asegurarse de que uno de los extremos de lamanguera se encuentre sellado.

5. Medir la diferencia de alturas del mercurio va-riando la altura de uno de los extremos con lavalvula para permitir la entrada de aire. La valvu-la permanece abierta en las mediciones y cerradaen los demas casos.

IV. RESULTADOS


2

En esta parte se realizaron 3 mediciones enla altura del nivel de agua y utilizando la ecua-cion P = ρgh, se obtuvieron los siguientes valo-res para la presion atmosferica considerando queρagua = 1000 kg

m3 :

Altura (m) Presion (Pa)

7.905 77548.058.82 86524.27.94 77891.4

Tabla 1 Valores obtenidos para la presion atmosferica en la parte 1

Con estos valores se obtuvo un valor pro-medio para la presion atmosferica de: P prom =80657,82Pa.

Parte 2. Experimento con jeringaEn esta parte se hicieron 3 mediciones con la

balanza de la masa de la bolsa con arena, y enbase a ello se obtuvieron 3 valores distintos parala presion atmosferica utilizando la definicion dela presion atmosferica como fuerza por unidad dearea, es decir:

P =F

A=mg

πr2

Donde al medir el area transversal de la jerin-ga se obtuvo un valor de: A = π(0,00655m) =1,34782 ∗ 10−4m2. Y los valores obtenidos para lapresion fueron:

Masa (kg) Presion (Pa)

1.099 80056.791.113 81039.381.105 80496.41


Y tomando un promedio de estas mediciones setiene: P prom = 80530,86Pa.

Ahora considerando el caso en que se encuentrenfuerzas de friccion, se analizo el caso promedio delas masas obtenidas, es decir, mprom = 1,106kg, yse le resto la masa de friccion, que se define comola masa que vence la fuerza gravitacional y permiteque el embolo baje cuando la jeringa no esta selladay se obtuvo un valor de de mf = 0,137kg.

Ası mprom−mf = 1,092kg y tomando en cuentaesta masa se obtuvo un valor de P = 79533,47Pa.


Para esta parte se tomaron 5 mediciones de ladiferencia de alturas del mercurio. Los datos obte-nidos para la presion en este caso son:

Col. de aire (m) Dif. de alturas (m) Presion (Pa)

0.05 0.586 78181.7760.1 0.598 79782.7680.15 0.592 78982.2720.2 0.583 77781.5280.25 0.589 78582.024


Para esta parte el valor promedio que se obtuvode la presion atmosferica fue de:

P prom = 78662,0736Pa.

V. CONCLUSION

De acuerdo a los datos que se obtuvieron en ca-da una de las mediciones y al analisis de los mis-mos, se puede determinar que los valores que seobtuvieron para la presion atmosferica son cerca-nos a los que se tiene oficialmente para la ciudadde Puebla. Como se sabe, la presion atmosfericadisminuye conforme la altitud del lugar en la quese mide y de acuerdo a esto podemos decir que losdatos de la tercera parte son los que se acercan alos que se esperaban, ya que este experimento serealizo con una precision un poco mayor que en lasotras dos partes.

Por otra parte, se pudo comprobar la relacioteorico-experimental con todos los conceptos querelacionan a la presion atmosferica, ya que pudimosnotar que la densidad del lıquido que se utilice enel experimento es muy importante, ya que de ellodependera la altura de la columna que se utilice, yen el caso de la jeringa tambien pudimos compro-bar como la fuerza de friccion afecta las medidasde la presion. Se trata ası de un experimento muycompleto en cuanto al aspecto tecnico para llevarloa cabo.

VI. CUESTIONARIO

1. ¿Cual es el valor de la presion atmosferica anivel del mar? ¿Y en Puebla?

3

A nivel del mar el valor de la presion atmosferi-ca tiene un valor de 1 atm, que es equivalente a1.013*105Pa.

En la ciudad de Puebla el valor aproximado esde 80000 Pa.

2.-¿Como logro que se deslizara facilmente elembolo de la jeringa?

Liberando todo el aire encerrado en la jeringa,de modo que se haga un vacıo entre el piston y laparte donde termina la jeringa.

3.-¿Por que se sacude suavemente la jerin-ga?.¿Que ocurrira si no se sacudiera?

Se sacude de una manera suave para evitar lapresencia de fuerzas externas que pueden afectara las mediciones. De otra manera, si no se sacude,debido a la friccion que hay entre las paredes de lajeringa y el embolo, el piston deja de deslizarse enun punto, en el cual la presion se compensa con elpeso de la bolsa de arena sobre el area transversalde la jeringa.

4.-¿A que se debe que el procedimiento reali-zado con la jeringa pide que el peso de la arenamantenga al piston aproximadamente a la mitadde la jeringa? ¿Qu se esperarıa si se pidiera man-tenerlo en una posicion mas abajo o mas arriba dela mitad?

Se pide esto para asegurar que el peso en labolsa no es muy pesado o ligero y de esta forma seve si es apropiado para calcular la presion.

5.- Si hiciera el experimento con una jeringamas grande, ¿necesitara otra cantidad de arena? S,porque la magnitud de las fuerzas que actuan en lajeringa son distintas a las que actuan en la jeringaque se utilizo originalmente, igualmente porque lapresion atmosferica depende del area de secciontransversal y en este caso es distinta.

6.- ¿Hay diferencias entre los valores P 1, P 2 y P 3

obtenidos con la jeringa? ¿A que pueden deberse?¿Es adecuado tomar su promedio como estimacion

de la Pa?Sı, puede deberse a la friccion entre las paredes

de la jeringa y el piston.

7.- ¿Como logro sellar hermeticamente un extre-mo de la manguera?

Para sellar un extremo de la manguera en elexperimento de Torricelli con agua, se coloco unpalito grueso que tuviera casi el area transversal dela jeringa, se enrolløcon masking tape, y aumen-tando el numero de vueltas conforme se recorrıa deun extremo a otro.

8.–¿Cmo logro eliminar las burbujas de aire dela columna de mercurio?

Golpeando suavemente la columna de maneraque las burbujas salgan por el extremo donde seencuentra la valvula.

9.-¿Hay diferencias entre los valores P 4, P 5, P 6,P 7 y P 8 obtenidos con el experimento de Torrice-lli?, A que pueden deberse?. Es adecuado tomar supromedio como la estimacion de la PA?

Si porque los agentes ajenos no fueron los mis-mos para todas las medidas. Es adecuado tomar elpromedio ya que los resultados obtenidos no varia-ron mucho.

10.-¿Hay diferencia entre los valores de la PAobtenidos con los metodos aquı realizados y el va-lor que se esperaba (de acuerdo con la pregunta 1)?¿A que pueden deberse?

No hay mucha diferencia, ya que se habıa es-timado un valor aproximado de 80000 Pa y losvalores que se obtuvieron en las mediciones estanen un intervalo de 77000 a 83000 Pa.

11.- ¿Tiene alguna idea o sugerencias para me-jorar esta practica?

No hay sugerencias, ya que los experimentos quese realizaron se basaron en el experimento de Torri-celli, que es un metodo muy eficaz para obtener unvalor de la presion atmosferica en cualquier lugardeterminado.

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