Conceptos Fundamentales de la Hidrostática: Presión, Principio de Pascal y Empuje

Conceptos Fundamentales de la Hidrostática

Presión

La presión es una fuerza que actúa perpendicularmente sobre una superficie. Se define como la fuerza ejercida sobre cada unidad de superficie. La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa). Se calcula mediante la fórmula: P = F/S, donde P es la presión, F es la fuerza y S es la superficie.

Pascal

El Pascal es la presión que ejerce una fuerza de un Newton repartida uniformemente sobre una superficie de 1 m². A continuación, se presentan algunas equivalencias:

• 1 Pa = 1 N/m²
• 1 hPa = 100 Pa
• 1 kPa = 1000 Pa
• 1 MPa = 1.000.000 Pa
• 1 atm = 1013 hPa

Estática de Fluidos o Hidrostática

La hidrostática es la rama de la física que estudia los fluidos en reposo. Todos los fluidos ejercen una presión sobre la superficie de los cuerpos que se encuentran en su interior. En el interior de un líquido, existe una presión que proviene de su propio peso, denominada presión hidrostática.

Principio de Pascal

El Principio de Pascal establece que cualquier presión ejercida sobre un líquido encerrado y en reposo, que llena totalmente su recipiente, se transmite íntegramente a todos sus puntos y actúa en todas las direcciones. Esta propiedad de los líquidos permite utilizarlos como transmisores de fuerza. La relación entre las fuerzas y las áreas en un sistema de este tipo se puede expresar como: F_a/R²_a = F_b/R²_b, donde F_a y F_b son las fuerzas aplicadas en los puntos a y b, y R_a y R_b son los radios de las superficies en esos puntos.

Prensa Hidráulica

Una prensa hidráulica consta de dos cilindros de diferente diámetro, llenos de un líquido que puede pasar de uno a otro a través de un tubo. Los cilindros están cerrados por émbolos que pueden deslizarse en su interior. Si se aplica una fuerza a un émbolo hacia abajo, el líquido es empujado a través del tubo, y la presión ejercida se transmite hasta el otro émbolo, haciéndolo subir.

Presión Hidrostática en un Líquido

• La presión hidrostática a cierta profundidad bajo la superficie libre de un líquido en reposo es igual al producto de la densidad del líquido por la aceleración de la gravedad (g) y por la profundidad del punto considerado.
• La presión sobre el fondo de un recipiente no depende en absoluto de su forma ni del peso total del líquido que contiene. Solo depende de su densidad, su altura y la gravedad del lugar.

La fórmula para calcular la presión hidrostática es: P = ρ * g * h, donde P es la presión hidrostática, ρ es la densidad del líquido, g es la aceleración de la gravedad y h es la profundidad.

Vasos Comunicantes

Los vasos comunicantes son dos o más recipientes que se comunican por la parte inferior. Al verter líquido en uno de ellos, este pasa a los demás y alcanzan el mismo nivel. Esto se debe a que existe la misma presión hidrostática en todos los puntos situados en la misma horizontal, por lo tanto, tendrán la misma altura de líquido. Cuando se vierten líquidos distintos no miscibles, estos no se quedan a la misma altura. La relación entre las densidades y las alturas de dos líquidos no miscibles en vasos comunicantes se puede expresar como: ρ * h = ρ' * h', donde ρ y ρ' son las densidades de los líquidos y h y h' son sus respectivas alturas.

Empuje

El empuje es la fuerza vertical hacia arriba que ejercen los líquidos sobre los cuerpos sumergidos en ellos. Actúa incluso sobre los cuerpos que están parcialmente sumergidos. Se calcula mediante la fórmula: E = ρ * V * g, donde E es el empuje, ρ es la densidad del líquido, V es el volumen del cuerpo sumergido y g es la aceleración de la gravedad.