Experimento del principio de Bernoulli

Introducción

Pregunta de investigación:	¿Cómo afecta la velocidad a la presión?
Años:	Secundaria y superior
Preocupaciones de seguridad:	Ninguna
Hora:	30 minutos
Variable independiente: Velocidad Variable dependiente: Movimiento del papel	Variables de control: tamaño de papel

Mientras se sienta en la pista esperando el despegue, comienza a sudar un poco. Te tiemblan las manos. Siempre has estado nervioso por volar. Afortunadamente, vas a salir con tu amigo, que es una estrella de la física. ¡Ella te asegura que el principio de Bernoulli te mantendrá a salvo! Este principio explica la relación entre la velocidad del aire y la presión que permite que el avión se mantenga en el aire.

Hoy, no volaremos un avión, pero aprenderemos sobre el principio de Bernoulli. Para hacer esto, estudiaremos la velocidad del flujo de aire debajo de una hoja de papel doblada para observar los cambios de presión. Antes de comenzar, ¿cómo cree que afectará la velocidad a la presión? ¿Qué tiene esto que ver con el vuelo?

Materiales

• Una hoja de papel blanco normal para impresora
• Una pajita (no es necesaria, pero se recomienda)
• Una tabla de datos, como esta:

El movimiento del aire	Observaciones

Pasos

1. Primero, doble el papel por la mitad horizontalmente en una carpa.

2. Coloque su papel, con el lado puntiagudo de la tienda hacia arriba, sobre una superficie plana, como una mesa.

3. Antes de comenzar, registre cualquier observación sobre la carpa que vea al principio.

4. Sople tan fuerte como pueda a través de la paja debajo de la tienda, de modo que su respiración pase directamente a través de la tienda. Registre sus observaciones.

Solución de problemas

Si no le pasa nada a su tienda, intente soplar un poco más fuerte. Acérquese a la tienda de campaña para que su respiración realmente cambie el flujo de aire debajo del papel.

Preguntas de discusión

¿Qué pasó cuando soplaste en la tienda? ¿Es ésto lo que esperabas?

¿Por qué cree que pasó?

Cómo funciona

Como habrás notado, cuando soplas debajo de la tienda, se derrumba. Según el principio de Bernoulli , a medida que aumenta la velocidad de un fluido, la presión disminuye. Entonces, cuando sopló debajo de la tienda, aumentó la velocidad del aire. Este aumento de velocidad condujo a una disminución de la presión, lo que significa que había menos moléculas de aire en ese espacio que antes.

Entonces, ¿cómo hace esto que la carpa colapse? Todo en el mundo natural quiere estar en equilibrio , o en equilibrio. Cuando hay un área de baja presión de aire, el aire de una región de mayor presión quiere fluir allí para hacer que la presión del aire vuelva a ser igual. En nuestro caso, el aire en la parte superior de la tienda tenía una mayor presión cuando soplamos debajo de la tienda. El aire empujó hacia abajo en la tienda, queriendo igualar la presión, y la tienda se derrumbó.

La velocidad disminuye la presión, lo que hace que la tienda se colapse debido al aire a alta presión que se encuentra sobre ella.

Pero, ¿por qué el aumento de la velocidad disminuiría la presión? La respuesta está en un concepto llamado conservación de energía , lo que significa que la energía de cualquier sistema nunca se crea ni se destruye; solo se transfiere entre formularios. Hay muchas formas de energía, pero para este experimento, consideraremos la energía cinética o energía de movimiento y la energía debida a la presión.

Cada sistema tiene una cantidad total de energía, y esto nunca cambia, aunque ese total puede dividirse en diferentes formas. Piense en la energía total como una pizza. Puede tener algunas rodajas de pepperoni y algunas de champiñones, pero siempre puede tener solo ocho rodajas. En nuestro experimento, asumiremos que los únicos dos tipos de energía son la energía cinética y la energía debida a la presión. Cuando soplamos debajo de la tienda, la energía cinética del aire aumentó, porque la velocidad aumentó y la energía cinética es energía debida al movimiento. Para hacer esto, parte de la energía debida a la presión se convirtió en energía cinética. Entonces, con menos energía debido a la presión, la presión del aire disminuyó debajo de la carpa y la carpa colapsó cuando el aire de mayor presión sobre la carpa se movió.

Cuando aumenta la velocidad, la energía cinética también aumenta, lo que provoca una disminución de la energía debido a la presión.

Volviendo a nuestra aventura en la introducción, los principios que acabamos de discutir son parcialmente responsables de mantener los aviones en el aire. Durante el vuelo, el aire se dirige sobre las alas y, debido a la forma de las alas, el aire en la parte superior se acelera. Esto crea un área de baja presión. El aire de mayor presión debajo de las alas empuja hacia arriba, queriendo igualar la presión. Esto crea sustentación, lo que ayuda a impulsar el avión hacia arriba. Aunque el principio de Bernoulli no es la única razón por la que los aviones pueden volar, ciertamente contribuye a nuestra seguridad durante los viajes aéreos.