¿ Cuál brilla más ?

Tres estanques de ensayo con iguales dimensiones, mismo diámetro y altura, son ubicados verticalmente dentro de un contenedor, ambos con una misma altura de agua. Cada uno de ellos posee un agujero en la parte inferior, de distinto diámetro cada uno, por donde saldrá un chorro de agua el cual pondrá en acción a una turbina. Cada una de estas turbinas estará conectada a un dínamo el cual generará energía suficiente para encender una pequeña ampolleta eléctrica. Se pretende demostrar la diferencia entre velocidades de salida del agua en cada uno de los estanques, a través de la luminosidad de cada ampolleta.

Fenómenos asociados:
- Relación entre el diámetro y la velocidad de salida bajo una misma presión.
- Generación de Energía Hidroeléctrica.

Especificaciones:
- 3 estanques cilíndricos de 1.5 mts de altura x 20 cms de diámetro, agujerados en la parte inferior, cada orificio de distinto diámetro (a definir durante los ensayos).
- 3 dínamos pequeños
- 3 turbinas de aspas cóncavas
- 3 ampolletas de potencia a definir mediante los ensayos

Viabilidad:
Creemos que idea es muy viable, y al mismo tiempo bastante interesante para el público infantil. Los materiales son relativamente baratos y por sobre todo, accesibles. Además, la construcción del artefacto tampoco representa un desafío imposible. De manera que este diseño también tiene posibilidades de ser el escogido por el grupo para desarrollarlo como proyecto definitivo.

Balancín Hidraulico

Se pretende demostrar didácticamente la conservación de la presión en un sistema cerrado compuesto por dos vasos o émbolos comunicantes, en otras palabras, una prensa hidráulica. Para esto, se construirá un "balancín", que en realidad corresponde a dos émbolos, uno de diámetro considerablemente grande y el otro más bien pequeño, en cuyas superficies se pararán los participantes. Entonces, la idea es demostrar este fenómeno haciendo que un niño levante a un adulto; para esto, el adulto debe ubicarse sobre el émbolo grande, y luego el niño de subirse al émbolo pequeño. Se espera que el niño sea capaz de levantar al adulto, a pesar de la gran diferencia entre sus pesos corporales.

Fenómenos asociados:

- Relación de fuerzas y conservación de la presión en una prensa hidráulica.

Especificaciones:

- Pistón de acero de diámetro pequeño (aproximadamente 30 cm.).

- Pistón de acero de un diámetro considerablemente grande (aproximadamente 1 mt.)

- Mangueras o tuberías comunicadoras.

Viabilidad:
A pesar de que este diseño sería de gran interés para el público, también creemos que es poco viable por varias razones: primero, la construcción es demasiado compleja y requiere de especialistas en dispositivos metálicos, hidráulicos, etc. Además los materiales son considerablemente caros. Sin embargo, conservaremos este diseño como alternativa hasta que tomemos una decisión final.

Cola de Tigre

El objetivo es demostrar como los líquidos de distintas densidades flotan uno sobre otro, formando capas. Para esto se dispondrá de un estanque transparente en el que se introducirán líquidos de distintas densidades (previamente colorados para poder apreciar el fenómeno de mejor manera), como por ejemplo, agua, alcohol, aceite, glicerina, miel, etc. La idea es que los asistentes además de observar las capas tengan la posibilidad de realizar ciertas actividades en el estanque, tales como revolver los fluidos y observar como éstos vuelven a formar las capas, o introducir objetos con densidades diversas y observar como éstos quedan flotando en las distintas capas.

Fenómenos asociados:
- Densidad de los fluidos.
- Relación entre la densidad de un objeto y la de un fluido (flota o se hunde).



Especificaciones:
- Estanque transparente, aproximadamente de 50 cm. de largo y 20 cm. de diámetro.
- Líquidos de distintas densidades: Miel, glicerina, agua, aceite alcohol, etc.
- Objetos de distintas densidades que se encuentren en los intervalos de diferencia de las densidades de los líquidos.
- Colorantes.

Viabilidad:
Los materiales se pueden obtener fácilmente y por un bajo precio. La confección es más bien sencilla y el diseño posee un gran atractivo visual. Sin embargo aún se pueden hacer mejoras, por ejemplo, mejorar la interacción del usuario con el dispositivo para que sea más entretenido, etc. Es por todo esto que creemos que esta alternativa tiene muchas posibilidades de convertirse en el diseño definitivo.

Principio de Bernoulli

Algo más de teoría:


Teorema de Bernoulli:

El estudio de la dinámica de los fluidos fue bautizado hidrodinámica por el físico suizo Daniel Bernoulli, quien en 1738 encontró la relación fundamental entre la presión, la altura y la velocidad de un fluido ideal. El teorema de Bernoulli demuestra que estas variables no pueden modificarse independientemente una de la otra, sino que están determinadas por la energía mecánica del sistema.


Noten que, como los puntos 1 y 2 son puntos cualesquiera dentro de la tubería, Bernoulli pudo demostrar que la presión, la velocidad y la altura de un fluido que circula varían siempre manteniendo una cierta cantidad constante, dada por:


Ecuación importante para observar el comportamiento de un chorro a diferentes alturas de un tanque.


Además sabemos que en un fluido ideal se cumple que el volumen que pasa por dos puntos es igual (conservación del caudal), por esto se produce una relación entre el área por donde pasa el fluido y su velocidad, claramente en un área mayor la velocidad es menor para que pase el mismo caudal o volumen que en un punto con menor área. (Efecto Venturi)



Por esto es posible que al variar las áreas de los agujeros en el fondo del tanque, los chorros tengan distinta velocidad.

Principio de Pascal

Un poco de teoría:

Principio de Pascal:

Un fluido en reposo en contacto con la superficie de un sólido ejerce fuerza sobre todos los puntos de dicha superficie. Pero en el estudio de fluidos se requiere saber como es y cómo se distribuye la fuerza, por eso la trataremos en base a la presión.
Siendo la presión el cociente entre el módulo de la fuerza ejercida per­pendicularmente a una superficie y el área de ésta.

La característica estructural de los fluidos hace que en ellos se transmitan presiones, a diferencia de lo que ocurre en los sólidos, que transmiten fuerzas. Este comportamiento fue descubierto por el físico francés Blaise Pascal (1623-1662), quien estableció el siguiente principio:

“Un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen”.

El principio de Pascal fundamenta el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas: la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la grúa, entre otras.

Por ejemplo la prensa hidráulica:

Por principio de Pascal la presión es igual en las dos secciones por lo que la fuerza en un pistón partida su área, es igual a la fuerza en el otro pistón dividida por su área. En base a esto la fuerza producida en el pistón de mayor área por causa de presionar el pistón pequeño, es igual a la fuerza ejercida por la relación de las áreas. Ósea podemos hacer fuerzas mayores gracias al principio de Pascal.

Es por esto que podrá ser posible que un niño logre levantar a su padre, siendo que su peso es considerablemente menor al de su padre.

Metodología de Trabajo

Con el objetivo de garantizar el éxito del proyecto, como grupo hemos puesto especial atención en la definición de las tareas de cada integrante y en la metodología a aplicar, elementos clave para su correcto desarrollo.

- En un principio debemos elegir las distintas experiencias, estás deben tener un elemento didáctico y lúdico, con el fin de desarrollar un dispositivo con el perfil del MIM. Para esto necesitamos un importante tiempo de investigación, actividad que será realizada por cada uno de los integrantes para abarcar una mayor cantidad de temas. Luego de un “Brainstorming” podremos tener una cantidad de ideas.


- Debemos clasificar las ideas en términos del el beneficio que traen para los objetivos del proyecto, debemos poner atención en condiciones como la viabilidad, la dificultad de construcción y otros aspectos característicos de cada idea.

- En base a la investigación sobre los posibles dispositivos a construir, debemos definir los posibles materiales a ocupar, y en base a esto, y a las ventajas y desventajas obtenidas anteriormente de cada idea, elegiremos una idea final a desarrollar, tomando en cuenta tanto la restricción de presupuesto como la de tiempo.

- Una vez elegida la idea, nos preocuparemos de diseñar el dispositivo, tomando en cuenta el objetivo final, obtener un dispositivo didáctico y a la vez lúdico para así llamar la atención del público objetivo del MIM (principalmente escolares). Nos preocuparemos de especificar los tamaños y formas de las partes del dispositivo.

- A continuación cotizaremos y compraremos los materiales a utilizar, debemos dividir al grupo para esta tarea, ya que, como es razonable no podremos encontrar todos los materiales en el mismo lugar y debemos minimizar el tiempo.

- El siguiente paso y final, es uno de los más importantes, es la construcción del dispositivo, en el cual será vital la participación de todo el grupo, luego de la construcción deberemos hacer una serie de pruebas para asegurar el funcionamiento de correcto, además de lograr que el dispositivo cumpla con los objetivos del proyecto. Es importante la etapa de las mejoras ya que podremos asegurar que el dispositivo demuestra todo lo que el grupo esperaba el proyecto, y pueda ser un dispositivo incluible a la exposición del MIM, siempre recordando que nosotros solo construiremos un prototipo, por lo que es importante que demuestre correctamente el funcionamiento, para poder en un futuro aplicarlo a una escala real.

Programación de nuestro trabajo

Aca les dejamos la planificación de las actividades principales a realizar por el grupo en el desarrollo del proyecto.

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