Explorando la Presión y los Fluidos: Principios y Aplicaciones Clave

Presión y Fluidos

Conceptos Fundamentales

• Presión: Magnitud que mide el efecto deformador de una fuerza sobre un sólido.

  P = F/S (Pascal, Pa)

  1 bar = 100,000 Pa

  1 mbar = 100 Pa

• Fluidos: Sustancias que pueden fluir, es decir, que pasan a través de pequeños orificios. No tienen forma definida, sino que adoptan la del recipiente que los contiene.
• Compresibilidad: Propiedad que consiste en aplicar una fuerza sobre un fluido, y este disminuye su volumen. Los líquidos son poco compresibles, mientras que los gases son muy compresibles.

Principios Clave

• Principio fundamental de la estática de fluidos (hidrostática): La presión en el interior de un líquido de densidad d a una profundidad h es p = h * d * g.
• Principio de Pascal: La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite con la misma intensidad en todas las direcciones.

Aplicaciones y Ejemplos

• Vasos comunicantes: Dos o más recipientes conectados entre sí que contienen un líquido; el nivel del líquido es el mismo en todos ellos.
• Elevador hidráulico: Consta de dos recipientes cilíndricos de diferente sección, llenos de líquido y conectados entre sí. Cuando se aplica una fuerza, la presión ejercida es la misma en los dos recipientes.

  F1/S1 = F2/S2 => F2 = (S2/S1) * F1

• Presión atmosférica: Se denomina presión atmosférica a la fuerza por unidad de superficie ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos situados en su interior.

  Experimento de Torricelli: Torricelli llenó de mercurio un tubo de vidrio cerrado por un extremo y lo introdujo boca abajo en una cubeta con mercurio; el mercurio descendió algunos centímetros, pero se mantuvo en equilibrio una columna de 76 cm de altura. La presión ejercida por esta columna de líquido estaba equilibrada por la presión ejercida por el aire.

• Barómetros: Son los aparatos usados para medir la presión atmosférica. Los más utilizados son los barómetros metálicos (caja metálica en cuyo interior se ha hecho el vacío y según el valor de la presión atmosférica se deforma la caja). Los barómetros de mercurio constan de un tubo de vidrio lleno de mercurio sobre una cubeta con el mismo líquido, en ellos, la altura de la columna indica el valor de la presión atmosférica.

  1 atm ≈ 760 mm Hg ≈ 101300 Pa ≈ 1013 mbar

• Principio de Arquímedes: Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen de fluido que desplaza.

  E = v * d * g

  Aplicaciones del principio:

  • Un barco flota porque el empuje debido al agua que desaloja su parte sumergida equilibra su peso.
  • Un submarino aumenta su peso, por lo que se hunde; al expulsar agua su peso es menor y asciende.
  • Los aerostatos son aeronaves llenas de un gas menos denso que el aire. Controlando su peso y empuje se puede conseguir el control de ascenso y descenso.
  • Un densímetro es un aparato que sirve para medir la densidad de un líquido.

Equilibrio de Sólidos en Fluidos

• Un sólido sumergido completamente en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso hacia abajo y el empuje hacia arriba.
  • Si el peso es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde.
  • Si el peso es igual que el empuje, el cuerpo está en equilibrio en cualquier punto del fluido.
  • Si el peso es menor que el empuje, el cuerpo flota.
• Fuerza de empuje: Los cuerpos sumergidos en agua o en otro líquido lo experimentan, como consecuencia de esta fuerza de empuje, se observa que los cuerpos sumergidos experimentan una disminución aparente de peso.