Experimentos para medir la presión y la fuerza necesaria para aplastar un objeto
Escrito por Brennan Bennett ; última actualización: February 01, 2018
La formulación de un experimento para probar la presión de la fuerza de aplastamiento o trituración de un objeto está determinada por un número de variables. ¿El objeto que se está aplastando es hueco o sólido? ¿El objeto tiene una forma geométrica regular o aleatoria? Su estructura es homogénea o no homogénea (acero o roca, por ejemplo)? ¿El material del objeto es dúctil o frágil? Los objetos sólidos dúctiles, no puede ser aplastados por fuerza o presión. Sería imposible de establecer la definición del punto de aplastamiento. Los objetos sólidos dúctiles se deforman.
La fuerza y la presión están relacionadas por la ecuación P = F / A, donde P es la presión en psi, F es la fuerza en libras y A es el área de la sección transversal del objeto en pulgadas cuadradas. Debes ser capaz de medir dos de las tres variables para calcular la tercera.
Experimento de prueba de peso muerto
La prueba de peso muerto es, lejos, el método más directo y simple de las pruebas de presión y fuerza de aplastamiento. En su nivel más básico, se requiere una báscula de baño, un pie de rey para medir el espesor de la pared y algunas pesas (para un salón de clases, los libros funcionan bien). Coloca una lata en la báscula y anota el peso. Luego, comienza a añadir peso a la parte superior de la lata. Si usas libros, coloca cuidadosamente cada libro, tratando de no cargar peso lateralmente de ninguna manera. Observa la escala y continúa apilando libros hasta que se caigan. Registra el peso de la báscula cuando esto ocurre. Resta el peso inicial y el resultado es la fuerza de aplastamiento. Para calcular la presión de aplastamiento, será necesario determinar el área de la sección transversal del objeto. Si se trata de una lata de refresco o algo similar, mide el espesor de la pared y el perímetro, y multiplícalo por dos. Esta es el área. Divide el área por la fuerza, y el resultado será la presión de aplastamiento en psi.
Experimento de prueba de presión atmosférica
La prueba de presión parcial sólo funcionará en objetos que pueden ser aplastados con 14,7 psi de presión o menos. Este experimento, de nuevo, es útil con las latas de refrescos, latas u otros objetos similares con una pequeña abertura en la parte superior. Para este experimento, se necesita una pequeña bomba manual de vacío con un manómetro de vacío adjunto, cinta adhesiva, manguera de aspiradora con diámetro pequeño y masilla.
Coloca cinta adhesiva sobre la abertura de la lata y séllala de modo que el aire no pueda escaparse de la misma. Luego, toma un destornillador Phillips y haz un agujero en la parte inferior más chico que el diámetro de la manguera de la aspiradora. Inserta un trozo de manguera y coloca un cordón de masilla alrededor de la manguera para sellarlo. En el extremo abierto de la manguera, conecta la bomba de vacío. Poco a poco empieza a bombear el aire de la lata hasta que las paredes comiencen a arrugarse. Registra el nivel de vacío en el que esto sucede. Si la lectura de vacío no está en psi, conviértelo a psi y resta 14,7 psi (presión atmosférica). La diferencia es la presión requerida para aplastar la lata. Al tomar el diámetro de la lata y la altura, puedes calcular su superficie en centímetros cuadrados. Multiplica este número por la presión de aplastamiento y podrás determinar la fuerza de aplastamiento.
Experimento de prueba de aplastamiento de banda
Si el objeto a ser aplastado tiene paredes más gruesas, pero aún puede triturarse con las manos desnudas o alicates, un método alternativo de prueba se llama la prueba de aplastamiento de banda. Para este experimento necesitarás una balanza de resorte (también llamada escala de peces), con una longitud de 4 pies (1,21 mt) de flejes que no se estiran (el plástico de bandas que viene en las cajas de papel o cajas de cartón funcionarán bien), y dos pares de alicates.
Mide el ancho de la banda. Sujeta un extremo de la misma con un par de alicates de sujeción. Coloca el objeto sobre una superficie plana, y pon la banda con una vuelta completa alrededor de la lata. Pon el extremo cerrado de la balanza de resorte en una de las mordazas de los alicates de bloqueo, entonces ajusta firmemente la abrazadera y la banda con los alicates de bloqueo. Con un compañero sosteniendo un extremo, tira de la correa apenas tenso y registra el peso. Este es el peso de tara de la plataforma. Luego, lentamente comienza a tirar del extremo abierto de la balanza de resorte. La correa se tensionará, y continuará aplicando fuerza lo que comenzará a aplastar la lata. Detente cuando se comience a aplastar y registra el peso mostrado en la balanza.
La presión de aplastamiento se calcula restando el peso de la plataforma del peso aplastante. Con el ancho conocido de la banda y la circunferencia de la lata, se puede determinar el área de la banda que estaba en contacto con la lata. Al dividir la fuerza neta por área de contacto de la banda, determinarás la presión de aplastamiento de la lata.
Experimento de implosión de alta presión
Este experimento se debe realizar con equipo profesional, certificado y calibrado, pero es común en laboratorios y centros de investigación.
Si deseas determinar la presión de aplastamiento de un objeto que es hueco pero bastante pesado, como un pedazo de tubo de aluminio, por ejemplo, se requiere el uso de una cámara de compresión. Este es un tanque (recipiente de presión) lleno de agua y conectado a una bomba que puede producir miles de libras de presión si es necesario. Con el fin de aplastar con eficacia una muestra en esta cámara, debe estar herméticamente sellada. Sella los extremos mediante soldadura, rebordeado, o cualquier medio necesario. Antes de realizar el último tramo de soldadura o de soldadura fuerte, deja que el objeto se enfríe a temperatura ambiente. De esta manera, el aire dentro de la lata estará a una temperatura atmosférica. Rápidamente termina de sellar la lata.
Coloca la lata en la cámara de compresión y fíjala a la parte inferior, si es necesario. Sella la cámara y comienza a aumentar la presión del agua dentro de la cámara hasta que veas que el objeto comienza a deformarse a través de una de las dos mirillas integradas en la cámara. Registra la presión y descomprime la cámara. Has encontrado la presión aplastante del objeto, y por la determinación de la superficie, puedes determinar la fuerza de aplastamiento.
