Sistemas de masa variable (II).
Flujo de arena
Depósito de arena que se mueve
El reloj de arena
La fuerza que ejerce la presión atmosférica
La lluvia cae en un vagón de tren
Una cuerda desliza sobre una mesa
Movimiento de una cadena (I)
Movimiento de una cadena (II)
Caída del extremo de una cadena
Caída de una cadena que cuelga
Movimiento de una gota de lluvia
En esta página, se estudia un sistema de masa variable, y se comprueba los efectos de la fuerza que ejerce la presión atmosférica.
Disponemos de un tubo de PVC de longitud L y sección A, sellado por ambos extremos, que tiene en su interior una pelota de ping-pong. El diámetro del tubo es un poco mayor que el diámetro de la pelota, de modo que ésta pueda moverse a lo largo del tubo.
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Se retira el aire en el interior del tubo, conectándolo
a una bomba de vacío. Se rompe con un objeto punzante la lámina que
sella el extremo
izquierdo, el aire penetra en el interior del tubo y empuja a la pelota,
que se mueve a lo largo del tubo, hasta que llega al otro extremo, rompe
la tapa derecha y sale a gran velocidad.
Tenemos de este modo, un cañón cuyo proyectil es impulsado por la fuerza que ejerce la presión atmosférica. La sucesión de imágenes de la figura nos permite entender como opera este dispositivo. |
Actividades
Se introduce
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La masa en gramos de la pelota de ping-pong, actuando en la barra de desplazamiento titulada Masa pelota
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La longitud del tubo, en metros, actuando en la barra de desplazamiento titulada Longitud tubo
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La densidad del aire vale ρ=1.29 kg/m3
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La el área de la sección trasversal de la pelota de ping-pong se ha fijado en A=1.13·10-3 m2
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La presión atmosférica vale p0=1.013·105 Pa
Se pulsa el botón titulado Empieza
Primero, se conecta el tubo a una bomba de vacío, y un manómetro nos señala la disminución de la presión en el tubo sellado por ambos extremos.
A continuación, se observa el movimiento del proyectil (en color rojo) a lo largo del tubo, y la columna de aire (en color amarillo) detrás.
En la parte superior del applet, se representa, la velocidad v del proyectil en función de la posición x, medida desde la parte izquierda del tubo que se toma como origen.
El proyectil alcanza una velocidad máxima al final del tubo y luego, disminuye debido al rozamiento con el aire. En esta “experiencia” anotaremos la velocidad final v0 y la relacionaremos con la masa m del proyectil y con la longitud L del tubo.