Demostraciones prácticas de la ley de Bernoulli

Dibujo20090807_first_demostration_bernoulli_law_Airstream_Past_Two_Bowling_Balls

Una demostración ideal para una clase de física de la Ley de Bernoulli utiliza dos bolas de las usadas en el juego de los bolos (bowling), colgadas en forma de péndulo, separadas por cierta distancia, y un secador de pelo. Al encendender el secador dirigiendo el aire entre la separación de las dos bolas, muchos alumnos pensarán que estas deberían separarse, sin embargo, se acercarán, debido a que la presión entre las bolas se reduce cuando el aire se mueve rápidamente (la famosa ley de Bernoulli). La distancia entre las bolas depende de la velocidad que el secador imprima al aire, con un poco de práctica se determina fácilmente la distancia máxima que garantiza que se acerquen (lo que dota de más espectacularidad al experimento). Nos lo cuentan Harold Cohen, David Horvath, “Two Large-Scale Devices for Demonstrating a Bernoulli Effect,” The Physics Teacher 41: 9-11, January 2003 (disponible gratis aquí, .uba.ar).

Este tipo de demostraciones son espectaculares pero tienen un problema: los alumnos deben saber cuándo es aplicable la ley de Bernoulli y que no siempre es cierto que un flujo de aire rápido viene acompañado de una bajada de la presión. La diferencia de presión en la ley de Bernouilli debe ser tangencial al flujo de aire, siguiendo las líneas de corriente del flujo, nunca transversal. Un experimento sencillo que lo ilustra aparece en Martin Kamela, “Thinking About Bernoulli,” The Physics Teacher 45: 379-381, September 2007.

Un manómetro y un tubo de plástico conectado a un tapón de goma al que adherimos parcialmente un pedazo de cinta adhesiva (para observar que el aire fluye). El manómetro medirá la diferencia de presión en el extremo del tubo respecto a la presión atmosférica. Con una fuente constante de aire obtenemos un flujo que pasará sobre la superior del tapón de goma, que ofrecerá una superficie plana que canalice las líneas de corriente. Ver la figura siguiente. Cuando el tubo no sobresale del tapón, como el flujo de aire es tangencial a la apertura del tubo, estaremos midiendo la presión (estática) del aire transversal al flujo, que para una corriente de aire es la misma que la presión atmosférica (como se ve en la parte izquierda de la figura siguiente). Cuando el tubo sobresale sobre el tapón, observamos que la presión dentro del tubo es ahora más baja que la presión atmosférica. ¿Estamos midiendo la diferencia de presión a lo largo del flujo de aire? Obviamente, no.

Dibujo20090807_second_demostration_bernoulli_law_not_applicable_for_transversal_Airstream_flow

En el primer caso (figura izquierda) está claro que estamos midiendo la presión transversal al flujo y la ley de Bernoulli no es aplicable. ¿Se puede aplicar la ley de Bernoulli en el segundo caso (figura derecha)? Aunque obtenemos el mismo efecto que esperaríamos de la ley de Bernoulli, en este caso, dicha ley tampoco es aplicable. Los estudiantes deben entender que en este caso también estamos midiendo la presión transversal al flujo de aire. ¿Por qué se reduce la presión en el segundo caso? Por que las líneas de corriente del aire que han de superar el obstáculo del trocito de tubo en su camino deben ascender y luego descender, formando líneas de corriente curvadas (semicirculares) que requieren la existencia de una fuerza centrífuga hacia arriba, fuerza que tira del aire en el tubito de plástico, provocando la diferencia de presión observada en el manómetro.

Eres estudiante o profesor de física, este experimento es ideal para comentar… ¿te atreves?

7 Comentarios

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PolarogramaPolarograma

Esto sería una demostración práctica del efecto Venturi más bien, ¿no crees?
Un saludo

ezeqdb

Polarograma:

No necesariamente.. el efecto Venturi es el hecho de que en una corriente de fluido disminuye la presión si aumenta la velocidad, y es explicado matemática y físicamente por el principio de Bernoulli.

Es algo que se sabe, y no se si tiene sentido discutir..

FelixFelix

En efecto, el efecto venturi no es más que un caso particular del Principio de Bernouilli…
Gracias por el post.

ForestalForestal

En el primer ejemplo (Las bolas colgando) Yo veo un poco de efecto Coanda tambien.

KalendasKalendas

Una pregunta, que tengo los fluidos un poco olvidados ya. ¿La velocidad del aire en el experimento 1 se supone que es más bien pequeña (flujo incompresible),no?

pablo garciapablo garcia

graxx muxisimas graxx tomo encuenta el primer experomento y lo alalizare ya q esto de lafisica no se meda mucho pero mil graxx

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