Inodoros y presión atmosférica
Inodoros y presión atmosférica
Estudio de la despresurización y las leyes de los gases a través de los inodoros de un avión.
¿Sabes por qué los inodoros de un avión producen un ruido tan potente cuando se tira de la cisterna?
A diferencia de los inodoros clásicos, los de los aviones funcionan gracias a un sistema de despresurización que aspira rápidamente el aire y los desechos.
En esta actividad, vas a medir esta variación de presión con tu smartphone y comprender cómo las leyes de los gases explican este fenómeno.
Visão geral da atividade:
El alumno utiliza el barómetro de FizziQ para medir las variaciones de presión atmosférica en los inodoros de un avión al activar la cisterna. Actividad adaptada al liceo.
FizziQ
Autor:
Duração (minutos):
10 minutos
O que os alunos farão:
'- Comprender el principio de despresurización en un sistema cerrado.
- Medir una variación de presión con la ayuda de un barómetro digital.
- Aplicar la ley de Boyle-Mariotte a una situación real.
- Relacionar un fenómeno técnico con leyes físicas fundamentales.
Conceitos científicos:
Presión atmosférica; Despresurización; Ley de Boyle-Mariotte; Sistemas de vaciado al vacío; Relación presión-volumen
Sensores:
'- Barómetro
Materiais necessários:
'- Smartphone equipado con un sensor barométrico con la aplicación FizziQ (o una aplicación equivalente como phyphox que permita la adquisición de los datos del barómetro)
- Un vuelo en avión; Cuaderno de experiencias FizziQ
Procedimento experimental:
Resultados esperados:
Al activar la cisterna, se observa una caída rápida de presión atmosférica.
La presión vuelve progresivamente a su valor inicial algunos segundos después de la activación.
La amplitud de la caída de presión permite estimar el volumen de aire aspirado durante el vaciado.
Las medidas obtenidas ilustran la relación entre presión y volumen descrita por la ley de Boyle-Mariotte.
Questões científicas:
'- ¿Por qué la presión disminuye cuando se activa la cisterna?
- ¿Cómo se puede estimar el volumen de aire aspirado a partir de las medidas de presión?
- ¿Por qué los inodoros de avión utilizan un sistema de vacío en lugar de un sistema clásico?
- ¿Qué parámetros influyen en la amplitud de la variación de presión medida?
Explicações científicas:
Los inodoros de los aviones modernos funcionan con un principio fundamentalmente diferente al de los inodoros convencionales. En lugar de utilizar la gravedad y un gran volumen de agua, explotan la diferencia de presión entre la cabina y el exterior del avión. A altitud de crucero, la presión exterior es mucho más baja que la presión en cabina (aproximadamente 200 hPa frente a 800 hPa). El sistema de vaciado crea una abertura momentánea entre el compartimento de los inodoros y un depósito a baja presión. Según la ley de Boyle-Mariotte (PV = constante a temperatura constante), cuando el volumen disponible aumenta bruscamente (apertura hacia el depósito de baja presión), la presión en el compartimento disminuye rápidamente. Esta caída de presión crea una aspiración potente que evacúa el contenido. La velocidad de aspiración depende del diferencial de presión y del diámetro de la válvula. Con un barómetro de smartphone, se puede medir esta caída de presión transitoria, que es del orden de algunos hectopascales y dura unos segundos. El volumen de aire aspirado puede estimarse por la fórmula ΔV = V₁×(P₁-P₂)/P₁, donde V₁ es el volumen del compartimento, P₁ la presión inicial y P₂ la presión mínima medida. Este sistema presenta varias ventajas para la aviación: economía de agua (solo 0,2 L por descarga frente a 6-9 L para inodoros convencionales), ligereza y funcionamiento independiente de la orientación del avión.
Atividades de extensão:
'- Realizar mediciones en diferentes momentos del vuelo para observar la influencia de la altitud sobre la presión.
- Comparar las variaciones de presión en diferentes espacios confinados.
- Utilizar las medidas obtenidas para comparar diferentes modelos teóricos de variación de volumen.
Perguntas frequentes:
Q: ¿Qué es la presión atmosférica?
R: Si V₁ es el volumen inicial de los inodoros, P₁ la presión inicial, y P₂ la presión después de la activación, entonces el volumen de aire aspirado ΔV puede aproximarse por: ΔV = V₁×(P₁-P₂)/P₁.
Q: ¿Cómo puede el smartphone medir la presión atmosférica?
R: El barómetro integrado en el smartphone mide la presión atmosférica en hectopascales con gran precisión. FizziQ registra estas variaciones en tiempo real, permitiendo detectar cambios de presión muy pequeños.
Q: ¿Se necesita estar en un avión para realizar esta actividad?
R: Sí, esta actividad está diseñada específicamente para realizarse durante un vuelo en avión, donde los inodoros funcionan con un sistema de vacío.