Máquina hidráulica que utiliza transferencia neumática de presión hidrostática para operar una fuente.
Ejemplo ejecutado de una fuente de la garza en funcionamiento
La fuente de Herón es una máquina hidráulica inventada por el inventor, matemático y físico del siglo I d.C. Herón (o Herón) de Alejandría . [1]
Heron estudió la presión del aire y del vapor, describió la primera máquina de vapor y construyó juguetes que arrojaban agua a chorros, uno de ellos conocido como la fuente de Heron. Hoy en día se utilizan varias versiones de la fuente de Heron en las clases de física como demostración de los principios de la hidráulica y la neumática .
Construcción
Diagrama de una fuente de la Garza en funcionamientoPrincipio simplificado de la fuente de Herón
En la siguiente descripción, llame a los 3 contenedores:
(A) Arriba: cuenca
(B) Medio: suministro de agua
(C) Abajo: suministro de aire
Y tres tubos:
P1 (a la izquierda en la imagen) desde un orificio en el fondo del recipiente (A) hasta el fondo del recipiente de suministro de aire (C)
P2 (a la derecha en la imagen) desde la parte superior del contenedor de suministro de aire (C) hasta la parte superior del contenedor de suministro de agua (B)
P3 (en el centro de la imagen) desde el fondo del recipiente de suministro de agua (B), pasando por el fondo del estanque (A) hasta una altura por encima del borde del estanque. La fuente brota hacia arriba a través de este tubo. La altura máxima del tubo P3 depende de la altura entre B y C (ver abajo).
El recipiente A puede ser hermético y estar cerrado, pero no es necesario. Los recipientes B y C, en cambio, deben ser herméticos y resistentes a la presión atmosférica. Las botellas de plástico son suficientes, pero los recipientes de vidrio funcionan mejor. Los globos no sirven porque no pueden soportar la presión sin deformarse. La fuente funciona de la siguiente manera:
La energía para mover el agua proviene en última instancia del agua de A que desciende hacia C.
Esto significa que el agua de B puede subir a A sólo tanto como cae de A a C.
El agua que cae desde A hasta C a través de la tubería P1 genera presión en el recipiente inferior; esta presión es proporcional a la diferencia de altura entre A y C.
La presión se transmite a través del aire a través de la tubería P2 hacia el suministro de agua B y empuja el agua hacia la tubería P3.
El agua que sube por la tubería P3 reemplaza el agua que cae de A a C, cerrando el circuito.
Estos principios explican la construcción:
El aire en C no debe escapar por el tubo P1, por lo que P1 debe ir hasta el fondo, para que el agua lo selle.
El aire en B tampoco debe salir por el tubo P3, por lo que P3 debe ir hasta el fondo para que el agua lo selle.
Se debe evitar que el agua pase directamente por la tubería P2 de B a C, por lo que P2 debe conectar la parte superior de B con C.
Si P2 estuviera conectado a C en la parte inferior, el agua lo sellaría y no se acumularía presión de aire en B. Por lo tanto, P2 debe estar conectado en la parte superior de C.
Movimiento
La fuente de Heron no es una máquina de movimiento perpetuo . [2] Si la boquilla del surtidor es estrecha, puede funcionar durante varios minutos, pero finalmente se detiene. El agua que sale del tubo puede llegar a un nivel superior al de cualquier recipiente, pero el flujo neto de agua es descendente. Sin embargo, si los volúmenes de los recipientes de suministro de aire y de suministro de la fuente están diseñados para ser mucho mayores que el volumen del cuenco, y el caudal de agua que sale de la boquilla del surtidor se mantiene constante, la fuente podría funcionar durante un intervalo de tiempo mucho mayor.
Su acción puede parecer menos paradójica si se considera como un sifón , pero con el arco superior del tubo eliminado y la presión de aire entre los dos recipientes inferiores proporcionando la presión positiva para elevar el agua por encima del arco. El dispositivo también se conoce como sifón de Heron.
La energía potencial gravitatoria del agua que cae a gran distancia desde el recipiente hasta el recipiente inferior se transfiere mediante un tubo de presión neumático (en esta etapa solo se mueve aire hacia arriba) para empujar el agua desde el recipiente superior un poco por encima del recipiente.
La fuente puede arrojar agua (casi) tan alto por encima del recipiente superior como el agua que cae del cuenco al recipiente inferior. Para lograr el máximo efecto, coloque el recipiente superior lo más cerca posible debajo del cuenco y coloque el recipiente inferior bastante por debajo de ambos.
En cuanto el nivel del agua en el depósito superior ha bajado tanto que el tubo de agua ya no toca la superficie del agua, la fuente se detiene. Para que la fuente vuelva a funcionar, se vacía el depósito de suministro de aire y se vuelven a llenar el depósito de suministro de la fuente y el estanque. La elevación del agua proporciona la energía necesaria.
Movimiento reiterativo y variantes
Como ya se ha mencionado, la fuente deja de funcionar cuando el agua de B baja a C. Sin embargo, hay formas de hacerla funcionar de nuevo, como por ejemplo:
Diseñar la tubería de manera que una vez que C esté lleno y B esté vacío, se pueda intercambiar su posición.
añadir válvulas para vaciar C y reponer B (en efecto, transfiriendo agua de C a B).
En lugar de utilizar válvulas, transferir agua de C a B mediante ebullición y condensación.
hacer una fuente ABCD de 4 recipientes, que se pueda girar boca abajo para que el recipiente lleno y el vacío intercambien lugares.
También existen fuentes con dos líquidos de distinto color y densidad, como la fuente Halite. [3]
En la cultura popular
Un ejemplo de la fuente de Heron, construida por Larry Fleinhardt , apareció en el octavo episodio (titulado "Tabu") de la cuarta temporada del programa de televisión Numb3rs .
^ "Fuente de la garza | Sala de demostraciones de física de la UCSC". ucscphysicsdemo.sites.ucsc.edu . Consultado el 14 de julio de 2023 .
^ "La fuente del héroe". physics.kenyon.edu . Archivado desde el original el 21 de enero de 2020 . Consultado el 26 de noviembre de 2008 .
^ "fuente de halita". genuineideas.com .
Referencias
Brown, Henry T.; "507 Movimientos mecánicos, mecanismos y dispositivos", pág. 111; 19ª edición 1901.
Hiscox, Gardner D.; "1800 Movimientos mecánicos, dispositivos y aparatos", pág. 162; 16ª edición publicada en 1926 con el nombre "Movimientos mecánicos, potencia y dispositivos".
Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Fuente de la Garza.
R.Ya. Kezerashvili, A. Sapozhnikov. "Fuente Mágica", en arxiv.org
Ayaz, un video de una fuente en funcionamiento y una forma de hacer una Haz una fuente de garza sin parar con una botella de plástico
