Anuncio

Colapsar
No hay ningún anuncio todavía.

Presiones absolutas negativas? o relativas menores a -1?

Colapsar
X
 
  • Filtro
  • Hora
  • Mostrar
Borrar todo
nuevos mensajes

  • Presiones absolutas negativas? o relativas menores a -1?

    Buenas noches. No tengo una preparación en física específicamente, sólo los cursos básicos regulares para la carrera de ingeniería Civil. Por lo que pueden imaginar que independientemente del interés que despertó en mí la física, la idea era terminar cuanto antes de rendir las materias para poder seguir con la carrera.

    Pero bueno, ese interés no ha sido nunca olvidado, y hay algunas cosas que me quedaron en el tintero , y por eso recurro a ustedes, a ver si alguien puede colaborar con este tema.

    Específicamente, presiones negativas.

    Si yo, estando a nivel del mar, realizo el vacío absoluto en un recipiente, con metodos mecánicos (bomba de vacío), la mínima presión que voy a obtener (idealmente) es el vacío absoluto del espacio, es decir -1atm, o si hablamos en escala absoluta, 0atm. Hasta ahí está todo claro, y se entiende, luego de mascullar un poco, la obviedad del caso.

    Ahora.... y es la pregunta que me quedó en el tintero, y la ilustro con un ejemplo:
    Sopongamos que tengo un cilindro con un pistón (ambos de acero de MUY alta resistencia), de 5cm2 exactos, con un rozamiento mínimo por un pulido de muy alta calidad, unido a anillos de teflón que aseguran la estanqueidad del conjunto.
    El cilindro tiene un extremo taponado, con un tapón de 10cm de espesor (para asegurar su confiabilidad) y no hay posibilidad de entrada de aire ni de ningún fluido.

    Dejo en el interior de la cámara, un espacio de 0.01mm con aire a 1 atmósfera.

    El conjunto de pistón - cilindro tienen una carrera lo suficientemente importante para que el pistón no corra riesgo de escapar del cilindro, y está asegurada la impermeabilidad del mismo.
    Supongamos ahora que yo fijo este cilindro a un conjunto de barras de acero con la rigidez suficiente, (y todo el conjunto empotrado en un bloque de hormigón importante) como para soportar una carga de 50000kg (50tn).
    Pongo también fijado a este bloque, un sistema hidráulico lo suficientemente potente como para generar una fuerza de 20tn, y con el recorrido para desplazar el pistón todo lo necesario)
    La estructura está armada de modo que estructuralmente, y hasta una carga puntual de 50tn no va a haber fallas.
    Llevo el sistema hidráulico a ejercer una fuerza de 20tn de extracción sobre el pistón de acero y lo mantengo cuando la prensa llega a ese valor.
    La duda entonces es (siempre suponiendo que el sistema no falla en lo absoluto, que tanto el pistón como los aros de sello y el cilindro no fallan ni se rompen, en fin, que todo se mantiene intacto) cuál va a ser la presión dentro de ese cilindro, que tenía 0.01mm de aire a presión atmosférica?
    No es una disquisición acerca del absolutismo del vacío, la separación molecular de los gases ni nada por el estilo, es sólo una simple duda matemática.
    Esta presión no sería -20000/5 = -4000atm (o aproximado a esto)? En el peor de los casos, no sería menor a -1atm, que es el límite teórico del vacío relativo?
    O quizás no tenemos elementos para medirla? (El tubo bourdon seguro que no...).

    O quizás esté equivocado, y una vez superada cierta distancia entre las moleculas del gas contenido, el valor de presión no varía (y en razón de esto influye directamente la separación molecular)?

    Disculpen si es una pregunta demasiado ignorante, pero es algo que me cuesta entender, quizás porque nunca hice un experimento del tipo.
    Desde ya, muchas gracias por su comprensión y por su ayuda.

    Orlando

  • #2
    Recuerda el significado físico de la presión: no es más que la transmisión de momento que ocurre cuando las moléculas de gas chocan contra una superficie inmersa en el fluido. Dicho de otra forma, si tu tienes una superficie expuesta a un fluido, las moléculas chocarán contra ella y la empujaran. La acumulación de colisiones a un ritmo más o menos constante hace que aparezca una fuerza efectiva; la presión no es más que esa fuerza dividida por la extensión de la superficie.

    Una presión absoluta negativa significaría que al chocar contra la superficie, la estiran en vez de empujarla, la cual cosa no tiene mucho sentido.

    La presión relativa es una diferencia de presiones en ambos lados de la superficie. Como la presión absoluta más pequeña posible es cero (si no hay moléculas de aire que colisionen contra un lado del piston), la presión relativa más negativa posible será igual a menos la presión fuera del pistón. Si quieres medir una presión más negativa que -1atm, tu única posibilidad es presurizar el exterior del piston. Si haces el experimento en una habitación presurizada a 15atm, entonces puedes llegar a -15atm.

    Por otro lado, en tu experimento te las has ingeniado para poner un sistema hidráulico que estira del pistón con una fuerza enorme. Ten en cuenta que, entonces, lo que pasará es que simplemente quitarás la tapa, ya que nunca se llegará a una situación de equilibrio. Para que el pistón quede quieto en cierta posición, lo que tienes que hacer es aportar la fuerza justa para compensar la fuerza del aire exterior. Justamente esa: más fuerza y el pistón se moverá hacia arriba (quitarás la tapa), no importa como de largo sea el recorrido, tarde o temprano llegará al final; menos fuerza de la debida y el pistón volverá a caer.
    La única alternativo a ser Físico era ser etéreo.
    @lwdFisica

    Comentario


    • #3
      Hola a tod@s.

      Caramba, osposto, no se me había ocurrido nunca plantear este caso práctico con el enfoque que tú le has dado. Supongo que habrás llegado al valor de la presión interior así:

      ,

      ,

      .

      Lamentablemente, como no existen presiones absolutas por debajo de , el cálculo no es válido, aunque interesante.

      Suponiendo que se pudiese llegar al vacío perfecto () en la cámara del cilindro, la fuerza necesaria para iniciar el desplazamiento del pistón sería:

      .

      Te indico este enlace https://es.wikipedia.org/wiki/Hemisferios_de_Magdeburgo, por si no lo conocías.

      Saludos cordiales,
      JCB.
      Última edición por JCB; 19/01/2020, 19:58:40. Motivo: Ortografía.
      “Lo consiguieron porque no sabían que era imposible”, autor: Jean Cocteau.

      Comentario


      • #4
        Hola a tod@s.

        Por cierto, acabo de ver que en la página de Wikipedia que he indicado, hay un error en el apartado de “Cálculo elemental”. Sobra el 4 en la expresión “”. La expresión correcta sería .

        Entonces, en lugar de , debería indicar .

        Si alguien sabe cómo reportar errores a Wikipedia, sería conveniente advertirles de ello.

        Saludos cordiales,
        JCB.
        “Lo consiguieron porque no sabían que era imposible”, autor: Jean Cocteau.

        Comentario


        • #5
          Escrito por osposto Ver mensaje
          Si yo, estando a nivel del mar,...
          Supongamos que tengo un cilindro con un pistón (ambos de acero de MUY alta resistencia), de 5cm2 exactos, con un rozamiento mínimo por un pulido de muy alta calidad, unido a anillos de teflón que aseguran la estanqueidad del conjunto.
          El cilindro tiene un extremo taponado, con un tapón de 10cm de espesor
          Dejo en el interior de la cámara, un espacio de 0.01mm con aire a 1 atmósfera.
          Supongamos ahora que yo fijo este cilindro ... como para soportar una carga de 50000kg (50tn).
          Pongo también fijado a este bloque, un sistema hidráulico lo suficientemente potente como para generar una fuerza de 20tn, ...
          Llevo el sistema hidráulico a ejercer una fuerza de 20tn de extracción sobre el pistón de acero y lo mantengo cuando la prensa llega a ese valor.
          Hola osposto...Orlando Bienvenido al foro!!!! como nuevo miembro te será útil leer consejos para recibir ayuda de forma efectiva y Consejos de conducta

          también te será útil leer Cómo introducir ecuaciones en los mensajes

          No hay mucho para agregar sobre la experiencia que pretendes.
          si al volumen inicial aplicas una fuerza de compresión de 20tn supongo que validaras sean tn fuerza convirtiéndolas a Newtons en nuestro sistema métrico aplicar'ias como lo aplicas en una superficie de la presión extra al cilindro es de unas , bien como fuera del cilindro tienes a la presión atmosférica luego tienes absolutas que pdrias aplicar y dentro tienes
          Cuando aplicas la fuerza el embolo comprimiría el aire interior hasta que la presión del gas alcance las , el volumen del gas se reduce de acuarto a ley de Boyle -Mariotte https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Boyle-Mariotte quedando una separacion entre cabeza de piston y tapa de





          Pero entiendo que por este lado no viene tu pregunta, pero sigue aplicándose la misma base teórica...

          Si expandes el volumen del gas interior, aplicando esas de fuerza, lo que harás es arrancar el pistón por el extremo del cilindro por donde tiras, la máxima resistencia que puede oponer el gas a la expansión es la diferencia entre y este valor, es fuerza extra que solo acelera el émbolo de acuerdo a la segunda ley de Newton.
          Así que con poca fuerza puedes ir incrementando el volumen en el interior disminuyendo la presión del gas, Puedes entonces hacer el volumen que contenga al gas tan grande como quieras, o desplazar tan largo el pistón como te plazca, pero aún así la presión en el interior no llegara a 0 absoluto o a presión relativa con la atmosférica -1. sobrepasar por debajo ese valor es imposible.

          Supongamos que estiras el volumen hasta tener una longitud de cilindro de 10 m

          la presión en el interior del cilindro será





          y la presión relativa es nunca alcanzará -1 y menos podrá llegar por debajo.



          Escrito por JCB Ver mensaje
          Hola a tod@s.
          Si alguien sabe cómo reportar errores a Wikipedia, sería conveniente advertirles de ello.
          .
          Cualquiera puede , incluso hasta cambiarlo como quieras, la wikipedia usa un formato de texto y comandos similares a Latex.

          Pero fijate que no hay "error", es solo que relatan en "cierta" forma la base teórica de ese momento, si bien lo que tu indicas es correcto, surge de aplicar el cálculo integral ya que la fuerza que interesa es la que sus componentes tienen dirección perpendicular al plano de separación de las semicircunferencias. Y si te fijas ,dicho cálculo diferencial está en la sección posterior arribando a lo que propones.
          Última edición por Richard R Richard; 19/01/2020, 14:20:56.

          Comentario


          • #6
            Hola a tod@s.

            Pues yo sí que creo que se trata de un error de la página de Wikipedia, Richard. Primero, porque no hace falta emplear el cálculo diferencial para llegar a la conclusión de que la fuerza es igual a la presión por la superficie proyectada (una componente se anula por simetría esférica). Simplemente se llegaría a esta conclusión mediante inspección visual, como diría Al2000. Y segundo, porque un cálculo elemental, por muy elemental que sea, no puede contener un error del .

            Saludos cordiales,
            JCB.
            “Lo consiguieron porque no sabían que era imposible”, autor: Jean Cocteau.

            Comentario


            • #7
              Muchas gracias por sus respuestas. O sea, como lo imaginé, es una cuestión de separación molecular... una vez superada la separación "máxima entre moléculas" (-1atm), el aumento del volumen no genera cambios en la presión interna.
              Claro, mi evaluación inicial es muy simplista, p= P/A, considerada en un fluido incompresible, y no en gases.
              Nuevamente, muchas gracias por quitarme esta duda... que más que duda resulta ser falta de atención...
              Última edición por osposto; Hoy, 14:07:26.

              Comentario


              • #8
                Buenas tardes nuevamente (para saludarles correctamente). Con respecto a las sugerencias de corrección en Wikipedia, es necesario registrarse, para sugerir la corrección. Esto se hace en la pestaña de "Discusión" en la parte superior de la pantalla.
                Voy a sugerir esta corrección.
                Saludos.

                Comentario

                Contenido relacionado

                Colapsar

                Trabajando...
                X