Concepto de presión. Presión en los sólidos:
1. Actividad de observación: El profesor coloca un ladrillo sobre la balanza digital. Esta señala lo mismo cualquiera que sea la cara del ladrillo que apoye en el platillo.
Ahora toma el ladrillo y lo coloca sobre un rectángulo amplio de goma espuma. Anota cuánto se hunde (cuánto se deforma) si el profesor lo apoya sobre una cara u otra.
Anota qué ocurre con la deformación si, manteniendo siempre la misma superficie de apoyo, se colocan pesas encima del ladrillo.
Saca tus propias conclusiones.

2. Justifica que:
* Los osos polares tengan las patas de mucha superficie por la base
* Los carniceros estén tan pendientes del afilado de sus cuchillos
* Resulte más duro un banco de madera que un sofá
* En las naves cósmicas los cosmonautas tienen asientos con la forma exacta de sus cuerpos
* Las agujas pinchan.

3. Actividad de investigación. Haz una estimación de la presión que una persona ejerce sobre el suelo cuando
a) está apoyada en los pies
b) si lleva zapatos
c) si se apoya en unos zancos
d) si lleva esquís

4. Calcula la presión que ejerce sobre la superficie de apoyo un cilindro de 0,5 kg y cuya base tiene 2,5 cm de diámetro.

5. Una persona de 70 kg está sentada en una silla. La silla pesa 5 kp. Si la base de cada pata tiene una superficie de 6 cm2, ¿qué presión ejerce el conjunto sobre el suelo?

6. Calcula la presión que un ladrillo de 2,5 kg y de dimensiones 10 x 5 x 24 cm ejerce sobre el suelo apoyado en cada una de sus caras. Dibuja.

7. Un pequeño esquimal se ha hundido a través de una delgada capa de hielo. Para salvarle, su padre acude a gatas y se extiende sobre el suelo cuando se acerca a su hijo. Da una explicación de ese comportamiento.

8. Las personas postradas en cama son menos propensas a desarrollar llagas en su cuerpo si usan una cama con colchón de aire o de agua y no con colchón ordinario. ¿Cuál es la razón de esto?

9. El filo de un cincel tiene un área de 0,75 cm2. Cuando se golpea con un martillo, el cincel ejerce una fuerza momentánea de 90 N sobre un ladrillo. ¿Cuál es presión ejercida directamente debajo del filo del cincel?
Dibuja la forma en que se transmite la fuerza desde el cincel al ladrillo.

Presión en líquidos

10. Considera un líquido en reposo contenido en un recipiente. Justifica, a partir de este estado de equilibrio, que el líquido ejerza fuerza, y por lo tanto presión, sobre las paredes y el fondo del recipiente.

11. Experiencia para casa: Consigue una garrafa de plástico de 5 litros, como las de agua o de vino. Haz dos agujeros limpios e iguales en dos caras opuestas de la garrafa..¿Cómo sale el agua? Explica empleando la palabra presión.
Ahora, en una de las caras, haz otros tres orificios, en la misma vertical pero a distinta altura. ¿Qué observas? Explica empleando la palabra presión.
Y por último, toma una lata de refresco y hazle con un clavo varios orificios. Luego aplástala con la mano ligeramente y llénala de agua. ¿Cómo sale en agua?. Explica empleando la palabra dirección.

12. Demostración del profesor: Te enseñará un manómetro construido con un tubo en forma de U con agua coloreada, un tubo de goma, un embudo pequeño cerrado por su parte ancha con un trozo de globo o papel de celofán.
Al introducir el embudo con su tape de globo en un líquido, verás qué ocurre con la diferencia de alturas en el líquido del tubo en U.
Observa si hay relación entre la profundidad a la que se introduce el embudo y la diferencia de alturas en el líquido del manómetro.

13. Actividad de observación. Demostración del profesor: Con un tubo cilíndrico de vidrio y una chapa circular metálica que tapa la parte inferior mientras se le sujeta mediante una cuerda que hacemos pasar por el interior del tubo.
Observa que si se introduce verticalmente, en un recipiente que contiene agua no se despega la chapa, tampoco en cualquier otra dirección. ¿Conclusión?
Comprueba que la chapa se despega si introducimos en el tubo suavemente el agua necesaria para igualar los niveles interior y exterior.

14. ¿Cuál es la presión sobre un buzo situado 10 m por debajo de la superficie de un lago?
¿ Y para un buzo que estuviese en agua de mar?
Densidad del agua de mar: 1025 kg/m3

15. El cuadro que sigue corresponde a presión ejercida por un líquido en varios puntos situados en el seno del mismo, en función de la profundidad. Completa el cuadro y determina la densidad del líquido

Presión (Pa) 22000 50000 82000
Profundidad (m) 2 3 3,5

16. Has llenado el lavabo de agua y está cerrado con el tapón. En esas condiciones la altura de agua es de 25 cm. El tapón es circular y su radio es de 3 cm. ¿Cuánta fuerza necesitas para levantar el tapón?

17. Un cofre pirata se encuentra en el fondo del océano a 3000 m de profundidad. En ese lugar la densidad del agua es de 1,02 g/cm3. Determina la presión que soporta el cofre.

18. ¿Qué fuerza soportará la escotilla de un submarino a 100 m de profundidad?
Área de la escotilla 1 m2. Densidad del agua de mar 1,025 .103kg/m3.

19. Actividad de investigación. Haz una estimación de la fuerza que soporta cada cm2 del suelo de una piscina.

20. ¿Qué recipiente crees que soporta más presión sobre el fondo?

21. ¿Qué recipiente crees que soporta más presión sobre el fondo?

¿En qué recipiente el líquido ejerce una fuerza mayor sobre el fondo?

22. En el laboratorio. Observa el montaje que ha preparado el profesor con dos tubos de vidrio, media botella de plástico transparente, tapones de goma, pequeños tubos de vidrio y goma látex.
El profesor modifica las alturas a las que se encuentran los vasos comunicantes.
Interpreta lo que allí ocurre mediante la ecuación de la presión hidrostática.
¿Qué aplicaciones, de este hecho, se te ocurren?

23. Si se abren completamente las llaves de agua de un primer piso y de la planta baja de una casa, ¿saldrá más agua por segundo de arriba o de abajo?

24. Observa el montaje del profesor. Se trata de un tubo en forma de U que contiene agua. Naturalmente la altura de agua es la misma en las dos ramas.
Ahora, por una de las ramas, el profesor deja caer tolueno (teñido con yodo). Observa la diferencia de altura en las dos ramas.
a) ¿Qué líquido tiene mayor densidad?
b) ¿Cómo se podría deducir la densidad del tolueno?

25. Un tubo con forma de U abierto contiene en una de sus ramas agua hasta una altura de 5 cm y en la otra un aceite hasta una altura de 5,5 cm. Determina la densidad del aceite.

26. Actividad para casa. Observa la * alcachofa* de tu ducha. El agua del grifo no te hace daño en la cabeza aún cuando lo abras totalmente. La que sale por la alcachofa, en esas condiciones * te pincha* . ¿Por qué?
El agua que sale de la alcachofa no lo hace en una sola dirección porque la presión se transmite en todas las direcciones en el seno de un líquido.
Para comprobarlo toma una garrafa de plástico, hazle agujeros todos iguales en distintas posiciones pero a la misma altura. Cierra los agujeros con corchos y también el de la boca de la garrafa. Golpea este último corcho con el puño. ¿Qué ocurre?

27. Demostración del profesor con dos jeringuillas, sin agujas, de distinta capacidad, unidas por sus salidas mediante un tubo de goma.Comprueba que basta una pequeña pesa sobre el émbolo de la jeringuilla menor para levantar una pesa mayor en la otra. Piensa en la utilidad de esta experiencia.
Aplica este principio al siguiente ejercicio: Para elevar un coche de 1000 kg con un elevador hidráulico, ejerciendo una fuerza de 10 N, ¿cómo será la superficie del émbolo menor si la del mayor es 0,5 m2?

28. En el montaje hidráulico de la figura, el émbolo grande tiene un área 50 veces mayor que la del pequeño. El sargento Conejero espera ejercer la suficiente fuerza sobre el émbolo grande como para elevar los 10 kg que descansan en el émbolo pequeño.
¿Conseguirá el sargento Conejero su propósito?

29. Alrededor de 1646 Pascal llevó a cabo el experimento que se muestra en la figura. Conectó un tubo muy largo, cuya sección tenía un área de 3.10-5 m2, a un barril de vino que tenía una tapa de área 0,12 m2. Primero se llenó el barril de agua y a continuación se añadió agua al tubo hasta que el barril reventara. Esto sucedió cuando la columna de agua era de 12 m de alta. Justo antes de que el barril reventara:
a) ¿Cuál era el peso del agua contenida en el tubo?
b) ¿Cuál era la presión del agua sobre la tapa del barril?
c) ¿Cuál era la fuerza neta ejercida sobre la tapa?

30. Experiencia para casa. Necesitarás un bote de conserva de kg con tape hermético, además, una pera de goma de un cuentagotas y alambre preferiblemente de aluminio.
A la pera de goma le arrollamos varias vueltas de alambre, en la parte baja, para lastrarlo.
Llenamos, de agua, el frasco a ras del borde. Introducimos la pera lastrada ligeramente apretada para que, al dejarla flotando, no quede en ella más cantidad de aire que la necesaria para impedir que se hunda. Habrá que tantear varias veces y una vez logrado cerramos el frasco.
Empujando el tape se observará que la pera se hunde, volviendo a la superficie al cesar la presión.
La pera, es conocida como diablillo de Descartes o ludión. Emite una hipótesis sobre lo sucedido para discutirlo en clase.

31. Opcional. Consigue cuatro botellas de plástico transparente de dos tamaños diferentes, únelas entre sí, a través de sus tapones, por tubos transparentes de goma.
Coloca en cada una un diablillo en las condiciones de la experiencia anterior. Al apretar con la mano una de las botellas, no importa cuál, los cuatro ludiones bajan al mismo tiempo obedeciendo al principio de Pascal.

Presión en gases. Presión atmosférica

32. Recuerda cuáles eran las características de los gases.¿Cómo las mostrarías con globos o jeringuillas? ¿Cómo justificamos este comportamiento desde la teoría cinético-molecular?

33. Demostración del profesor para comprobar que los gases, además de por su peso, ejercen una presión por su tendencia a la expansión.
En un frasco provisto de un tapón con dos tubos de vidrio, uno recto y otro acodado puede medirse la presión de un gas a través de la altura de agua equivalente con el montaje de la figura.
Calcula.
Dibujo

34. Si hinchamos un neumático, ¿qué presión en atm soporta el aire del interior si el manómetro señala 2 kp/cm2?

35. Demostraciones del profesor acerca de la existencia de la presión atmosférica. (Ver Anexo 1)

36. Observación y /ó interpretación (en términos de diferencia de presiones) de otros fenómenos:
* Beber un refresco con pajita
* ¿Por qué no es posible en este caso?
* Funcionamiento de la trompa de agua
* Llenado de una botella mediante un embudo que ajusta herméticamente con el cuello de la botella (con plastilina o silicona)
* Funcionamiento de la pipeta
* Salida de agua en el botijo
* Funcionamiento del sifón para trasvasar líquidos
* La bomba aspirante de agua
* Funcionamiento del frasco de Herón
* Funcionamiento del frasco de Mariotte

* Efecto ventosa

37. Demostración del profesor: Experiencia de Torricelli para hallar la presión atmosférica y barómetro.(Ver Anexo 2)

38. Determina cuál debería ser la altura mínima que debe tener un tubo para poder realizar con agua la experiencia de Torricelli.

39. Si se hiciese el experimento de Torricelli con alcohol, de densidad 780 kg/m3, ¿qué altura tendría el tubo?

40. ¿Por qué se utiliza el mm de mercurio como unidad de presión? ¿A cuántos mm de mercurio equivale una presión de 112000 Pa?

41. Un manómetro de mercurio está conectado a una vasija del modo que indica la figura. La otra rama está abierta al aire. Al medir la presión del gas encerrado en el recipiente se observa que la diferencia de altura que alcanza el mercurio en las ramas es de 20 cm.

Determinar la presión del gas sabiendo que la densidad del mercurio es de 13,6 g/cm3 y que un barómetro próximo marca 75 cm de Hg.

42. Estima la superficie de la boina del sargento Conejero de paracaidistas y determina la fuerza que actúa sobre ella debido a la presión atmosférica. ¿Cómo es que lo soporta el sargento Conejero?

43. Un día en el que la presión atmosférica a nivel del mar es 1 atm, determina la presión atmosférica en una localidad situada a 1000 m de altura sobre el nivel del mar y en otra situada a 2000 m. Expresa esas cantidades en atmósferas y considera que la densidad del aire, 1,293 kg/m3, permanece constante según se asciende.

44. Cuándo se rompe el tubo de rayos catódicos de un televisor, ¿implota o explota? Explica.

45. ¿Cuál será el valor que alcanzará un barómetro de mercurio un día en el que la presión atmosférica es de 1008 mb?
Expresa la presión anterior en Pa, kp/cm2 y atmósferas.

Fuerzas sobre cuerpos sumergidos en fluidos

46. Tienes dos cubos de aluminio, el cubo A de 1 cm de lado y el cubo B de 2 cm de lado. Podemos afirmar que:
a) La masa de A es la mitad de la de B, pero sus densidades son iguales
b) La masa de B es 8 veces la de A y la densidad de B es 8 veces la de A
c) La masa de B es 8 veces la masa de A y las densidades son iguales
d) La masa de B es el triple que la de A y las densidades son iguales.

47.
a) Los cuerpos que llamaremos 1, 2, 3, 4, tienen las características que se indican en la tabla

Si sumergimos totalmente estos cuerpos en agua, ¿cuál de ellos desalojará más agua?
b) Los cuerpos que llamaremos 5, 6, 7, 8, tienen las características que se indican en la tabla

Si sumergimos totalmente esos cuerpos en agua, ¿Cuál desalojará más agua?
c) Los cuerpos que llamaremos 9,10, 11, 12, tienen las características que se indican en la tabla

Si sumergimos totalmente esos cuerpos en agua, ¿cuál desalojará más agua?
d) Los cuerpos que llamaremos 13,14, 15, 16, tienen las características que se indican en la tabla

Si sumergimos totalmente esos cuerpos en agua, ¿cuál de ellos desalojará más agua?

48. Los siguientes líquidos tienen las características que se indican:
* El mercurio es mucho más denso que el agua de mar
* El agua de mar es más densa que el agua pura
* El agua pura es más densa que el alcohol
* El alcohol es más denso que la gasolina
Si sumergimos totalmente en cada uno de esos líquidos un cuerpo de 25 cm 3 de volumen, ¿en qué líquido desalojará más volumen el cuerpo?

49. Práctica de laboratorio. Introduce un cuerpo metálico colgando de un dinamómetro en una probeta con agua.
Observa las indicaciones del dinamómetro antes y después de introducir el objeto.
Comprueba así el principio de Arquímedes.

50. Compara cualitativamente la fuerza necesaria para introducir completamente en el agua un pequeño balón de plástico con la que hay que hacer para introducir un gran balón de playa. ¿En qué caso es mayor el empuje? ¿Quién lo realiza? ¿De qué crees que depende?

51. Cuando una persona está de pie dentro de agua en una playa pedregosa, ¿por qué las piedras le hieren menos los pies cuando el agua es profunda?

52. La densidad de una roca no cambia cuando se le sumerge en agua, pero la de una persona sí cambia cuando ésta se sumerge totalmente. ¿por qué?

53. ¿Por qué es inexacto decir que los cuerpos pesados se hunden?

54. Calcula la fuerza de empuje sobre un cuerpo de 2 dm3 de volumen cuando está completamente sumergido en un líquido de densidad 5 g/cm3.

55. Estudia las posibilidades que pueden darse para un cuerpo sumergido en un líquido: que se hunda, que flote o que se mantenga en el seno del líquido en equilibrio.
Expresa esas condiciones en función de las densidades.

56. Experiencia para casa: coloca un huevo en el fondo de un vaso y llena éste de agua del grifo, el huevo se queda en el fondo.
Pero si introduces el huevo en una disolución de sal de cocina, el huevo flota.

57. Observa el tubo de ensayo que te enseña el profesor. Contiene lo siguiente

58. Una pieza de madera flota sumergida totalmente en agua. Cuando se le coloca en alcohol ( densidad menor) ocurrirá que:
a) se hundirá
b) flotará sobresaliendo más
c) quedará como antes
d) flotará, pero más sumergida
e) se hundirá un momento y luego flotará

59. Justifica la flotación de los barcos construidos con materiales de mayor densidad que el agua.
Toma un frasco vidrio cerrado (dvidrio = 2500 kg/m3) y deposítalo en el agua. Comenta.
Toma una bola de plastilina lo más grande puedas. Colócala en un recipiente grande con agua ( en la bañera por ej.) , se hunde. Dale forma de barca e incluso sienta pasajeros (monedas, tornillos ...) y después colócala de nuevo en el agua. Comenta.

60. ¿Se hundirá o flotará el hielo (densidad 920 kg/m3) en el agua de mar (densidad 1030 kg/m3)? Razona la respuesta.

61. Un objeto tiene un peso fuera del agua de 70 N y dentro del agua de 50 N. Calcula su masa, su volumen y su densidad.

62. Lee la historia de la corona de Hierón que te proporciona el profesor. Comenta las cualidades de un buen científico.

ANEXO

(1)
* Compresión de una lata de aceite de coche vacía:
Vacía más o menos la mitad de una taza de agua en una lata metálica de aceite. Coloca la lata abierta en el fuego y calienta hasta que hierva el agua y salga vapor por la boca. Retira rápidamente la lata del fuego y cierra con su tapón de rosca.
Deja reposar la lata y observa los resultados. Se puede acelerar el efecto enfriando la lata con agua fría.

* Con una lata de coca-cola:
Calienta hasta que hierva una pequeña cantidad de agua en la lata, e inviértela rápidamente en un plato con agua fría.

* Con un bote de hojalata abierto:
Haz una perforación cerca del fondo del bote. Llénalo con agua, la cual saldrá por el agujero. Cubre la parte superior del bote firmemente con la plama de la mano y el flujo cesará. Explica.

* Con un vaso:
Coloca una cartulina sobre la boca de un vaso lleno de agua hasta el borde e inviértelo.¿Por qué no cae la cartulina?

* Con una botella de gaseosa:
Invierte la botella llena de agua. Advierte que el agua no cae fácilmente, sino que borbotea al escapar del recipiente.
Vacíala ahora haciendo que el líquido gire en el interior de la botella moviendo ésta en círculos.
Interpreta.

* Con un huevo duro:
Hierve un huevo pequeño 10 minutos, déjalo enfriar y pélalo.
Coloca el huevo en el cuello de una botella (de cuello ligeramente más estrecho que el huevo). El huevo permanecerá en su sitio, pues el aire del interior y del exterior ejercen una presión sobre él.
Pero si levantamos el huevo y dejamos caer tres cerillas encendidas en la botella, éste se escurrirá poco a poco por el cuello de la botella y caerá al fondo o quedará tan encajado que se romperá cuando tratemos de sacarlo.
Explica.

* El surtidor:
Coloca un tapón de goma, atravesado por un tubo de vidrio, a un tubo de ensayo grueso. Calienta el tubo, cogiéndolo con unas pinzas.
Invierte el tubo y sumerge el extremo del tubo en el agua de una cubeta.
Observa e interpreta.
* Con la máquina neumática:
1. Conectamos la bomba a un frasco lavador de laboratorio de los de plástico. Accionamos y veremos aplastarse la botella.
2. Conectamos la bomba a un matraz desecador, que puede servirnos de hemisferios de Magdeburgo (uno la tapadera y el otro el recipiente), comprobar la dificultad para separarlos.
El matraz a elegir debe tener en la tapadera una boca ancha y un orificio lateral fino. En la boca cerramos con un tapón de goma. La bomba se conecta al orificio.
Una vez hecho el vacío, si soltamos el tapón la tapadera se separará sin dificultad.
3. En las condiciones anteriores colocamos en el interior del matraz un globo con su extremo anudado y ligeramente hinchado. Al actuar la bomba aumenta de volumen hasta ocupar todo el recinto.
4. Dentro del matraz desecador de las experiencias anteriores colocamos un barómetro aneroide. Observar cómo la aguja gira hacia las presiones menores a medida que el vacío * crece* .

(2) Se llena completamente de mercurio puro un tubo de cristal cerrado por un extremo (de 1 metro aproximadamente), se tapa con el dedo el extremo abierto, se vuelca el tubo boca abajo y se introduce el extremo inferior en el mercurio de una cubeta, de manera que abertura y dedo queden cubiertos por el líquido: al separar el dedo se observa que el mercurio desciende algo en el tubo, pero sólo lo suficiente para que su nivel se mantenga a una altura de unos 76 cm sobre el nivel de la cubeta.
Existen tubos con llave y embudo en un extremo y abiertos por el otro que hacen más sencillo el llenado.

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