GLOBO AEROSTÁTICO

Actividad 3:

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:

En esta actividad se aplica el principio de Arquímedes para lograr la fuerza de sustentación que eleve un globo

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Física. Ley física formulada por Arquímedes y que regula el equilibrio de los cuerpos sumergidos en los líquidos. Se enuncia generalmente de este modo: Todo cuerpo sumergido en un líquido desaloja un volumen de éste igual al suyo y pierde de su peso tanto como pesa el volumen líquido desalojado.

Este principio es de una importancia científica y de una aplicación práctica inmensas.

La teoría de los cuerpos flotantes, la de los areómetros y de la determinación de los pesos específicos se fundan en esta ley. Muchos problemas de la navegación y todos los referentes al metacentro descansan igualmente en el principio de Arquímedes.

El principio de Arquímedes se demuestra experimentalmente por medio de la balanza hidrostática. Esta balanza se diferencia de la ordinaria en que tiene un pequeño gancho en la parte inferior de uno de los platillos del que se suspenden dos cilindros de metal, el inferior macizo y el superior hueco, cuya capacidad es igual al volumen exterior del cilindro macizo. Establecido el equilibrio, colocando peso en el platillo opuesto, se sumerge el cilindro inferior en el agua. El equilibrio se altera inmediatamente, y para restablecerle basta llenar de agua el cilindro superior, lo cual prueba que la pérdida de peso del otro cilindro es igual al peso del agua contenida en el cilindro hueco, cuyo volumen es igual exactamente al del cilindro sumergido. Este principio se demuestra también por el raciocinio. En efecto, considérese una masa líquida en equilibrio y que una parte de ella se solidifique tomando una forma regular o irregular, pero sin que aumente ni disminuya su volumen; entonces las presiones horizontales que sufre esa masa en tal estado deben destruirse mutuamente, y las presiones verticales producirán el equilibrio del cuerpo por obrar de abajo a arriba un empuje igual al peso de la masa; si se supone reemplazado el fluido solidificado por un cuerpo sólido de igual forma y dimensiones, éste sufrirá las mismas presiones, puesto que únicamente dependen de la extensión de las superficies y de su posición en la masa fluida, reduciéndose todas aquellas presiones a una fuerza que obra de abajo a arriba o a un empuje igual al peso del líquido desalojado. Si el peso del cuerpo excede al empuje, desciende en el líquido y la fuerza que le solicita a descender estará representada por la diferencia entre el peso del cuerpo y el del líquido desalojado, bastando para sostenerle una fuerza igual a dicha diferencia.

Por medio del principio de Arquímedes se puede fácilmente obtener el volumen de un cuerpo que no se disuelva en el agua. Para esto se le suspende por medio de un hilo fino de un gancho de la balanza hidrostática, pesándole primero en el aire y después en el agua destilada a 4º. La diferencia de peso expresa el peso del agua desalojada, y como de este peso se deduce el volumen líquido desalojado, es evidente que también éste será el volumen del cuerpo sumergido.

Este principio puede igualmente aplicarse al caso en que los cuerpos se sumerjan en los gases, y entonces puede enunciarse de este modo, que es como resulta de aplicación más general: Todo cuerpo sumergido en un fluido desaloja un volumen de éste igual al suyo y pierde de su peso tanto como pesa el volumen del fluido desalojado.

Se demuestra el principio de Arquímedes en este caso por medio del dasímetro obaroscopio (V. BAROSCOPIO), explicándose así el ascenso en la atmósfera de todos los cuerpos de menos densidad que el aire, tales como el humo, los vapores, las nubes, los globos aerostáticos, etc. La aerostación está, pues, fundada en el principio de Arquímedes referido a los gases, y todos los problemas de equilibrio que a aquélla se refieran tienen su fundamento y aplicación en dicho principio.

Una vez visto los fundamentos teóricos se procede a la construcción del objeto, para lo cual se utilizan elementos de fácil acceso

·         Papel de barrilete

·         Pegamento

·         Alambre maleable

·         Algodón

·         Alcohol

·         Tijera

Construcción:

Realizamos un globo con formato de prisma. Para lo cual tomamos 3 hojas de papel y las pegamos una al lado de la otra por la cara más corta, obteniendo una hoja rectangular de mayor tamaño, una vez obtenido el rectángulo se realiza un dobles a 45°, se remarca el dobles y se cortan los triángulos obtenidos, de ambos lados esta operación se realiza cuatro (4) veces (Las cuatro caras del prisma)

A continuación se pegan una al lado de la otra formando el cuerpo del prisma, se pliega por la mitad cada lado para facilitar el pegado de los extremos, uno queda sellado herméticamente y el otro se le realiza un curto perpendicular al largo del prisma de modo de dejar una boca de ingreso del motor de propulsión.

Con el alambre se arma un cuadrado cuyo lado debe coincidir con la abertura de la boca del globo en se colocara el armazón en la boca de ingreso, adhiriéndolo con cinta de papel, con lo cual queda finalizada la estructura del globo.

La propulsión se obtendrá gracias a un algodón embebido en alcohol el cual se le aplicara una llama. El algodón se coloca en el centro de la boca gracias a un alambre fino que cruza de un extremo a otro, con lo cual ya está listo para operar el globo.

Para realizar la prueba, debido a la combustibilidad de los elementos se realiza en un lugar cerrado y de materiales no inflamables; la operación se prueba consiste en extender el globo dándole la forma entre los integrantes del grupo y uno de ellos enciende el motor (El algodón con alcohol) esta fuente de calor calienta el aire dentro del globo, el cual tiende a expandirse mientras observamos que el globo se infla, al continuar el proceso de calentamiento llega un momento en que el globo queda suspendido en el aire hasta que transcurrido unos minutos comienza a ascender, hasta que toca el techo del edificio, si estuviésemos al aire libre, el mismo seguiría ascendiendo hasta perderlo de vista o hasta que se le acabe el combustible del motor, en cuyo caso al perder la fuente de calor, el aire interior del globo pierde temperatura con lo que aumenta la presión y tiende a igualarse con el ambiente por lo que comienza a descender. Esta funcionamiento ideal depende de la ausencias de corrientes de aires ya que si bien lo pueden impulsar más rápido pueden generar la inclinación de la llama del motor y debido a al combustibilidad de las paredes del globo el mismo tiende a incendiarse, con lo que se destruye inmediatamente.