Iniciación a la hidráulica: Diversas experiencias.

Material experimental

• Frasco de plástico.
• Tubos de plástico.
• Tapón de corcho.
• Tapón con orificio.
• Agua.

Introducción teórica

La hidráulica es una parte de la física que se encarga de estudiar y deducir las propiedades de los líquidos y su movimiento. A este nivel puede resumirse en dos leyes sencillas y diferentes, que permiten explicar multitud de propiedades distintas debido a su carácter general. Estas leyes son la ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad de los líquidos.

El objetivo de esta práctica es descubrir estas ecuaciones o, al menos, presentar una serie de hechos para que después el alumno busque e investigue información sobre estos fenómenos, de tal forma que sea capaz al final de explicarlos usando estas ecuaciones, y además entender dichas expresiones.

Realización práctica

1. Toma la botella y llénala de agua. Verás que el agua se escapa por el tubo de la parte de abajo. Prueba a levantar el tubo. Hay una altura a la cual el agua no escapa. A medida que el agua sube por la botella verás que la altura del tubo también debe aumentar, o si no el agua se escapará. Es muy fácil darse cuenta de cual debe ser esta altura.
2. Investiga el llamado principio de los vasos comunicantes. Para hacer esto vierte sólo un poco de agua en la botella. Después levanta el tubo y, haciéndolo un bucle, pon su extremo final por debajo del nivel del agua de la botella. Intenta que el bucle se llene de agua y asegúrate de que la parte más alta del recorrido del tubo está por encima del nivel del agua: verás algo sorprendente.
3. Llena el frasco de agua a diferentes altura y tapónalo herméticamente con el tapón de corcho. Deja después que salga el agua por el tubo de abajo. ¿Qué sucede?. ¿Por qué?.

Hasta aquí hemos investigado algunos hechos elementales que se producen en la conducción del agua. Veamos ahora otro hecho que puede explicarse mediante la ley de Torricelli.

1. Llena el frasco con agua hasta arriba.
2. Observa la velocidad con la que sale el agua por el pitorro de abajo. ¿Es constante esta velocidad?. ¿Sale el agua siempre con la misma velocidad o varía con algún factor?.

Una vez que hemos observado este fenómeno, fácilmente explicable mediante la ley de Torricelli, comprobemos ahora qué sucede si hacemos un frasco de Mariotte como el de la figura 24.1.

1. Llena el frasco con agua hasta arriba.
2. Pon el tapón agujerado en el frasco. Pasa un tubo de plástico por el tapón (asegúrate de que encaje bien). Baja el tubo hasta cierta altura, de forma que se introduzca por el extremo de abajo en el agua del frasco, pero que por el de arriba siga estando fuera del frasco.
3. Deja escapar ahora el agua por el extremo inferior de la botella.
4. Observa atentamente cómo sale ahora el agua. ¿Sale igual de veloz que antes?. ¿Varía ahora la velocidad del agua que sale?. ¿Sucede algo especial cuando el agua deja de llegar al nivel del tubo que atraviesa el frasco desde el tapón de arriba?. ¿Y antes?.

Objetivo de la práctica

Una vez observados todos estos fenómenos deberás hacer una labor de investigación para aclarar que está sucediendo, así como haber observado atentamente y con ``espíritu científico'' todo lo que se te pedía, para poder contestar correctamente las preguntas arriba formuladas. Como pista final, si no sabes por donde empezar prueba a buscar en un diccionario enciclopédico, o en algún libro de física, las palabras así escritas.

Una vez que hayas encontrado la explicación a estos fenómenos prueba a hallar una explicación a este hecho: cuando se abre un grifo de agua un poco, de forma que el chorro de agua se vea transparente, el diámetro del chorro cerca de la boca del grifo siempre es mayor que más abajo, lejos de la boca del grifo. ¿Por qué?.