Repblica Bolivariana de Venezuela.Ministerio del Poder Popular para la Educacin.Unidad Educativa Colegio Santa Teresita.Curso: 4 ao seccin AAsignatura: Fsica.

LA FUENTE DE HERN

Profesor: Integrantes:Fergusson, Aimaro. lbornett, FerlianaDeliso, RicardoRamrez, JosRojas, StephanySerpa, MariannySurez, Carlos

Puerto la cruz, febrero de 2015.IntroduccinHern de Alejandra fue un ingeniero y matemtico helenstico que destac en Alejandra (en la provincia romana de Egipto), segn varios escritos, present muchos modelos de fuentes utilizando flotadores, palancas y poleas para mover estatuas y aire comprimido para producir un sonido silbante.Los historiadores estn casi seguros de que Hern (entre 10 d.C. y 70 d.C.) ense en la gran universidad de Alejandra, Egipto, y utiliz muchos de sus inventos como auxiliares de enseanza.Este proyecto muestra cmo la energa potencial puede producir energa utilizando el agua y la gravedad por un lado, y el aire y la compresin por el otro. Estos son los aspectos fundamentales de la neumtica y la hidrulica.Observar como es la presin hidrosttica del agua y el recorrido que realiza el agua sobre 3 tubos que conectan a 3 botellas, dando un recorrido circular (similar al ciclo del agua) y si este recorrido llega o no a finalizar. Explicar detalladamente el Teorema de Bernoulli.

Bases tericasAntecedentesHern(oHero)de Alejandra(engriego: , siglo I d. C.) fue uningenieroymatemtico helensticoque destac enAlejandra(en laprovincia romana de Egipto); ejerci de ingeniero en su ciudad natal, Alejandra. Estegriegoes considerado uno de los cientficos e inventores ms grandes de la antigedad1y su trabajo es representativo de la tradicin cientfica helenista.Su mayor logro fue la invencin de la primera mquina de vapor, conocida como eolpila. Describi, aunque de forma arcaica, la ley de accin y reaccin de Isaac Newton, experimentando con vapor de agua. Generaliz el principio de la palanca de Arqumedes. Adems, realiz una descripcin detallada del hdraulis de Ctesibio (un rgano que funcionaba con agua).Es autor de numerosos tratados demecnica, comoLa neumtica() en la que estudia lahidrulica, yLos autmatas: el primer libro derobticade la historia.EnLa dioptra() describe el funcionamiento deeste aparato, similar al actualteodolito, usado en observaciones terrestres y astronmicas durante siglos. Tambin en este libro describe elodmetro, utilizado para medir distancias recorridas por un viandante (o un vehculo).Describi, aunque de forma arcaica, laley de accin y reaccindeIsaac Newton, experimentando con vapor de agua. Generaliz el principio de lapalancadeArqumedes. Adems, realiz una descripcin detallada delhdraulisdeCtesibio(unrganoque funcionaba con agua).Enptica, propuso en suCatptrico() que laluzviaja siguiendo el camino geomtricamente ms corto.Su logro ms destacado en el campo de la geometra es la denominadafrmula de Hern, en la que se establece la relacin entre el rea de untringuloy la longitud de sus lados:En un tringulo de ladosa,b,c, ysemipermetros=(a+b+c)/2, su rea es igual a la raz cuadrada de s(s-a)(s-b)(s-c).Hern estudi la presin del aire y del vapor, defini las bases del primer motor de vapor y construy artefactos que impulsaban chorros de agua. Escribi la neumtica, un tratado que inclua descripciones de sifones, vlvulas, bombas y una rudimentaria mquina de vapor. Uno de estos ingenios era una fuente que funcionaba a presin sin ninguna fuente energtica suplementaria, a esta fuente se le llamara la Fuente de Hern, Definicin de la fuente de Hernes unamquina hidrulicainventada por el fsico, matemtico e ingeniero delsiglo IHern de Alejandra.Hoy en da se emplean numerosas versiones de la fuente de Hern en clases de fsica, como demostraciones de los principios de hidrulica y neumtica.

Figura 1. Esquema de la fuente de Hern.

Principios o fenmenos fsicos en el proyecto. Movimiento perpetuoElmovimiento o mvil perpetuose refiere a una mquina hipottica que sera capaz de continuar funcionando eternamente, despus de un impulso inicial, sin necesidad de energa externa adicional. Se basa en la idea de la conservacin de la energa. Su existencia violara tericamente lasegunda ley de la termodinmica, por lo que se considera unobjeto imposible, el hecho de impulsar un mvil, sin energa externa, es imposible, debido a que la energa se disipa en muchos medios, principalmente en calor, que producira la mquina al estar en movimiento.Dado que los principios de la termodinmica son algunos de los ms comprobados y estables a lo largo de siglos de la fsica, las propuestas de movimiento perpetuo serias son siempre desdeadas. Con frecuencia, este tipo de mquinas son utilizadas por los fsicos como una forma de poner a prueba sus conocimientos, demostrando, sin utilizar la termodinmica, que no puede funcionar. Adems, es frecuente la aparicin de "paradojas", al imaginarseexperimentos mentalesque parecen mostrar mviles perpetuos; invariablemente se trata de errores de comprensin de lasleyes de la Fsica, por lo que resultan muy instructivas. Principios de pascalEnfsica, elprincipio de Pascaloley de Pascal, es una ley enunciada por el fsico y matemtico francsBlaise Pascal(16231662) que se resume en la frase:lapresinejercida sobre unfluidopoco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando unaesferahueca, perforada en diferentes lugares y provista de un mbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presin sobre ella mediante el mbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presin.Tambin podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en lasprensas hidrulicas, en los elevadores hidrulicos, en los frenos hidrulicos y en los puentes hidrulicos.

Principio de ArqumedesEl principio de Arqumedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.La explicacin del principio de Arqumedes consta de dos partes como se indica en la figuras:1. El estudio de las fuerzas sobre una porcin de fluido en equilibrio con el resto del fluido.2. La sustitucin de dicha porcin de fluido por un cuerpo slido de la misma forma y dimensiones.

Figura 2. Explicacin del principio de Arqumedes. Ley de la difusinLaley de Graham o ley de la difusin establece que lasvelocidadesdedifusinyefusinde losgasesson inversamente proporcionales a lasraces cuadradasde sus respectivasmasas molares.

Siendo:= velocidades= masas molares.Efusin es el flujo de partculas de gas a travs de orificios estrechos o poros. Se hace uso de este principio en el mtodo de efusin de separacin deistopos. El fenmeno de efusin est relacionado con laenerga cinticade lasmolculas. Gracias a su movimiento constante, las partculas de una sustancia, se distribuyen uniformemente en el espacio libre. Si hay una concentracin mayor de partculas en un punto habr ms choques entre s, por lo que har que se muevan hacia las regiones de menor nmero: las sustancias se efunden de una regin de mayor concentracin a una regin de menor concentracin. El principio de Bernoulli Tambin denominado ecuacin de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar movindose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinmica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado, la energa que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energa de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: Cintica: es la energa debida a la velocidad que posea el fluido. Potencial gravitacional: es la energa debido a la altitud que un fluido posea. Energa de flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que posee. La siguiente ecuacin conocida como "Ecuacin de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos trminos.

Dnde: V = velocidad del fluido en la seccin considerada. p = densidad del fluido. P = presin a lo largo de la lnea de corriente. g= aceleracin gravitatoria z = altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuacin se deben realizar los siguientes supuestos: Viscosidad (friccin interna) = 0 Es decir, se considera que la lnea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido. Caudal constante. Flujo incompresible, donde es constante.Construccin de la fuente de HernLa fuente de Hern est construida de la siguiente manera: Se parte de una pileta abierta al aire libre. Se hace pasar un tubo desde la parte inferior de la pileta a unrecipiente hermtico situado bajo esta a una distancia considerable, que ser el que aporte el aire necesario para el funcionamiento de la fuente. Desde la parte superior del recipiente del aire parte un nuevo tubo hacia un segundo recipiente hermtico que contendr agua y ser el encargado de bombearla a la pileta. Desde el fondo de este recipiente sale un tubo que alcanza un nivel ligeramente superior al del agua en la pileta y constituir la salida de agua en la fuente. Se llena la pileta con agua. El agua de la pileta fluye en direccin al recipiente que contiene el aire en la parte inferior, debido a la gravedad. A medida que el agua llene el recipiente, desplazar el aire contenido en l. El aire fluye asimismo hacia el recipiente del agua, la cual es desplazada, provocando que se bombee el lquido por encima de la pileta. El flujo se detendr cuando el nivel de agua en el segundo recipiente descienda por debajo del tubo que suministra el agua a la fuente.Funcionamiento de la fuente de HernAunque pueda parecerlo en una primera impresin, sta no es una mquina demovimiento perpetuo.1Si la tobera por la que brota el agua es estrecha, puede que el mecanismo est en funcionamiento durante varios minutos, pero al final acabar detenindose. Puede que el agua que sale del tubo ascienda por encima del nivel de cualquiera de los tres recipientes, pero el flujo neto de agua es descendente.Puede parecer menos paradjico si es considerado como unsifn, pero sin el doblado que presenta el tubo en la parte superior. En su lugar, la presin de aire entre los dos recipientes inferiores proporciona la presin positiva necesaria para elevar el agua sobre el arco. A esto se le conoce tambin como Sifn de Hern.Laenerga potencial gravitaroriadel agua que cae desde la pileta al recipiente inferior, es transferida mediante la presin neumtica (slo se mueve aire hacia arriba en esta etapa) y de esta forma se empuja el agua en el recipiente superior por encima de la pileta.La altura que alcanza el chorro que brota de la fuente (tomada desde la superficie del agua de la pileta abierta) puede ascender tan alto como la diferencia de alturas en los niveles de agua de ambos recipientes hermticos. Para maximizar el efecto, debe colocarse el recipiente superior todo lo que se pueda por encima del recipiente inferior, independientemente de donde est la pileta abierta.Tan pronto como el nivel de agua descienda por debajo del tubo, la fuente se detendr. Para conseguir que la fuente funcione de nuevo, habra que vaciar de agua el recipiente inferior (el que suministra el aire), y rellenar de agua el superior y la pileta.

Herramientas y materiales

HerramientasMateriales

Cautn Pistola de silicn Manguera (1 metro) Envases de refrescos (2) Barras de silicn Teipe Estao