Aplicaciones del principio de Bernoulli

En nuestra maravillosa naturaleza, el principio de Bernoulli nos ayuda a comprender algunos procesos necesarios en la agricultura, también otra aplicación es el funcionamiento del atomizador o rociador.

¿Por qué se pueden elevar los aviones?

Este fenómeno es un tanto complejo pero visto de manera simplificada e intuitiva, podemos explicarlo así:

En el diseño de las alas de los aviones se aplica el principio de Bernoulli pues están construidas de tal forma que las líneas de aire que vienen en contra, cuando el avión se desplaza, conocidas como líneas de flujo, se juntan más en la parte superior del ala, porque ahí la velocidad del aire es mayor, y con ello disminuye la presión de esta área, dando como resultado una fuerza de empuje hacia arriba en la parte inferior de las alas. 

Principio de Bernoulli

Cuando un fluido viaja por un tubo a través de una sección angosta, su rapidez se incrementa. Esto se aprecia con claridad en el aumento de rapidez del flujo de agua en las partes estrechas de un arroyo. El fluido debe aumentar su rapidez en la región angosta para que el flujo sea constante.

¿Cómo adquiere el fluido esta velocidad extra? Bernoulli pensó que esta velocidad extra se adquiría a expensas de un descenso de la presión del fluido.

Cuando se desplaza un fluido la energía está presente en distintas formas, si la tubería o ducto es horizontal, su energía potencial gravitacional no cambia una parte se almacena en la presión de un fluido y otra parte como energía cinética en el movimiento de éste.

Si la rapidez dentro del tubo se incrementa súbitamente habrá más energía cinética que antes, para que esto sea posible la presión en el interior del fluido debe descender súbitamente de manera que la energía total permanezca inalterada.

Aplicando la conservación de energía a los fluidos Bernoulli estableció:

En un fluido al que no se agrega ni extrae energía, la totalidad de ésta es constante e igual a la suma de la energía cinética (debido a la velocidad) más la energía potencial (debido a la presión) más la energía potencial gravitacional (determinada por la elevación).

experimento

EXPERIMENTO LEY DE BOYLE-MARIOTTE

 

Se necesita:

• un globo
• una jeringa

¿Qué se hace?
Infla el globo de una manera que pueda entrar en la  jeringa y colócalo adentro.

¿En qué consiste?
Al poner el dedo en la punta de la jeringa y al mover el émbolo de la jeringa, el globo se inflará...

¿A qué se debe?
La presión disminuye, el volumen aumenta y el movimiento de las partículas es más lento; por lo contrario, cuando uno presiona el émbolo la presión aumenta y el volumen del globo disminuye y el movimiento de las partículas es más rápido.

¿Qué ley aplicamos?
Ley de Boyle- Mariotte

Las variables que se presentan son:

• independiente: presión porque no se puede manipular aumentandola o disminuyendola.
• dependiente: volumen porque al aumentar la presión del globo disminuye su tamaño y las partículas se mueven más rápido, al disminuir la presión, el volumen del globo aumenta, por lo tanto, el movimiento de las particulas es más calmado.
• constante: temperatura y masa porque se mantienen iguales desde principio a fin.

POR LO TANTO...

Cuando la presión aumenta, el volumen disminuye y visceversa.

Fórmula matemática:

P/V = K  (presión entre volumen= constante) ya que la presión y el volumen son inversamente proporcionales.

 

En este experimento trataremos de ejemplificar la ley de Boyle-Mariotte:

 

Relación entre presión y volumen. Ley de Boyle.

Si se reduce la presión en un globo, este se expande. Esta es la razón por la que los globos meteorológicos se expanden a medida que se elevan en la atmosfera. Por otro lado, cuando un volumen de gas se comprime, la presión del gas aumenta. 

El químico británico Robert Boyle fue el primero en investigar la relación entre la presión de un gas y su volumen. Para realizar sus experimentos con gases, Boyle utilizo un tubo con forma de J, una cantidad de gas queda atrapada en el tubo detrás de una columna de mercurio. Boyle cambio la presión a la que estaba sometido el gas agregando mercurio al tubo, y observo que el volumen del gas disminuía al aumentar la presión.

Por ejemplo si se aumentaba al doble la presión, el volumen del gas se reducía a la mitad de su valor original.

La Ley de Boyle, que resume estas observaciones, dice que el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión. Cuando las mediciones son inversamente proporcionales, una disminuye cuando la otra aumenta.  

En el siguiente video se complementa la explicación de los postulados

Presiona este link

Historia

 

Historia

La teoría cinética empezó con la deducción en 1738 por Daniel Bernoulli de la ley de Boyle usando las leyes de Newton del movimiento aplicadas a las moléculas. El trabajo de Bernoulli fue ignorado durante más de cien años.

En 1845 John Waterston presentó un artículo ante la Real Sociedad de Inglaterra en el que desarrollaba correctamente muchos de los conceptos de la teoría cinética. El artículo de Waterston fue rechazado por "absurdo". Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron que las ideas de la teoría cinética parecieran plausibles, y en el período de 1848 a 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinética. Los ataques a la teoría cinética de los gases llevaron a Boltzmann a escribir en su libro en 1898: "Soy consciente de ser sólo un individuo luchando débilmente contra el paso del tiempo. Pero aún queda en mi poder contribuir de tal manera, que cuando la teoría de los gases renazca otra vez, poco más tendrá que ser redescubierto”. (Lectures on Gas Theoty, trans. S.G. Brush, University of California Press, 1964).

 

Algunos han atribuido el suicidio de Boltzmann en 1906 a la depresión resultante de los ataques a la teoría cinética. En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña suspendida en un fluido (Sec. 3.7). Las ecuaciones teóricas de Einstein fueron confirmadas por los experimentos de Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases utiliza una descripción molecular para derivar las propiedades macroscópicas de la materia, por lo que constituye una rama de la mecánica estadística.

¿Te preguntarás cosas como...?

¿Por qué los gases ejercen presión sobre las paredes de los recipientes? * ¿Por qué la presión aumenta si  metemos más gas o elevamos su temperatura?

Según la teoría cinética, la presión de un gas es debida a los continuos choques de las partículas que lo forman contra las paredes del recipiente. Así entendemos que si metemos más gas en el recipiente la presión aumenta (más choques) y si sacamos gas la presión disminuye (menos choques). 

Si elevamos la temperatura, las partículas se moverán más rápidamente, lo que provocará un aumento de los choques. Si enfriamos, se moverán más lentamente, menos choques.

Al calentar las moléculas del gas se moverán más rápido. En consecuencia, los impactos contra las paredes serán más violentos y frecuentes con lo que aumentará la presión. 

POR EJEMPLO...

Un neumático tiene mayor presión en su interior cuando el automóvil ha rodado varios kilómetros y su temperatura aumenta debido al rozamiento con la carretera. 

Bibliografias 

  •         Química. Theodore L. Brown, ‎H. Eugene LeMay, Jr., ‎Bruce E. Burste. Ed. Ghandi. Pág. 371

. 

Física. Miguel Núñez. Ed, Ghandi. Pág 77. 

http://www.joomag.com/magazine/quimica_prueba/62112/p3

http://es.scribd.com/doc/188335817/Gases

Conocimientos fundamentales de física. María Luisa Marquina Fábrega, Jorge D. Marroquín de la Rosa, Marco Antonio Martínez Negrete, Raúl Esejel Morales, J.C. Miguel Núñez Cabrera. Ed Pearson.

Química 1. Fundamentos Lacreu, Aramendia, Aldabe. Ed. Ediciones Colihue SRL . Pág. 132.

http://nyp.org/espanol/library/nontrauma/vital.html

http://www.educaplus.org/gases/tcm.html

Termodinámica, teoría cinética y termodinámica estadística. Francis Weston Sears, Gerhard L. Salinger. Ed. Reverte. Pág. 288

http://pilarcarnicero.files.wordpress.com/2010/02/teoria-cinetica.pdf

http://ponce.inter.edu/html/cammc/ciencias/TermodinamicaICAMMC24-10-09.pdf

G/Prof. Principios Basicos Química. Gray, Haight. Ed Reverte.