Fundamentos Esenciales de Física: Magnitudes, Unidades SI y Presión Hidrostática
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Magnitudes Físicas y Unidades del Sistema Internacional (SI)
En física, las magnitudes son propiedades que pueden ser medidas. El Sistema Internacional de Unidades (SI) establece las unidades estándar para estas magnitudes.
Magnitudes Fundamentales y sus Unidades SI
- Longitud: metro (m)
- Masa: kilogramo (kg)
- Tiempo: segundo (s)
- Intensidad de Corriente Eléctrica: amperio (A)
- Temperatura Termodinámica: kelvin (K)
- Cantidad de Sustancia: mol (mol)
- Intensidad Luminosa: candela (cd)
Magnitudes Derivadas y sus Unidades SI
- Superficie: metro cuadrado (m²)
- Volumen: metro cúbico (m³)
- Velocidad: metro por segundo (m/s)
- Caudal: metro cúbico por segundo (m³/s)
- Aceleración: metro por segundo cuadrado (m/s²)
- Densidad: kilogramo por metro cúbico (kg/m³)
- Fuerza: newton (N)
- Presión: pascal (Pa)
- Energía: julio (J)
- Potencia: vatio (W)
Conceptos Fundamentales en Física
Longitud
La longitud es la distancia entre dos puntos. Se acostumbra a diferenciar entre altura, anchura y profundidad.
Volumen Específico
El volumen específico de un material es el volumen que ocupa 1 kg de masa de dicho material. Es importante destacar que varía con la temperatura.
Densidad
La densidad de un material se define como su masa por unidad de volumen. Se expresa comúnmente en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). Su fórmula es: D = masa / volumen.
Presión
La presión es una fuerza aplicada a una superficie o distribuida sobre ella. La presión ejercida por una fuerza (F) distribuida sobre un área (A) se define mediante la relación: P = F / A.
Tipos de Presión y sus Características
Presión Atmosférica
La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. Coincide numéricamente con el peso de una columna estática de aire. Dado que la densidad del aire disminuye conforme aumenta la altura, su cálculo exacto es complejo. La presión atmosférica experimenta variaciones asociadas con los cambios meteorológicos.
Equivalencias comunes:
- 1 ATM = 1 BAR
- 1 ATM = 760 mmHg
- 1 ATM ≈ 101300 Pa
- 1 ATM ≈ 10 mca (metros de columna de agua)
- 1 ATM ≈ 14,2 PSI
Presión Relativa (Manométrica)
La presión relativa es la fuerza que ejerce un gas cerrado en un recipiente, sin tener en cuenta la presión atmosférica.
Presión Absoluta
La presión absoluta es la suma de la presión relativa y la presión atmosférica:
PAbsoluta = PRelativa + PAtmosférica
Presión de Vacío
La presión de vacío es cualquier presión inferior a la presión atmosférica.
Principios Fundamentales de la Hidrostática
Principio de Pascal
El Principio de Pascal establece que la presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio, contenido en un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. Ejemplos: prensa hidráulica, elevadores hidráulicos y sistemas de frenos.
Ecuación Fundamental de la Hidrostática
La Ecuación Fundamental de la Hidrostática describe que la presión ejercida por el fluido en cualquier punto de un recipiente dependerá del peso de la columna de líquido y su densidad (P = ρgh).
Medición de Presión
Tipos de Medidores de Presión
- Barómetros: Miden la presión atmosférica.
- Manómetros: Miden la presión relativa.
- Vacuómetros: Miden la presión de vacío.
- Hidrómetros: Miden la presión en instalaciones de agua.
Elementos Primarios de Medición
Los elementos primarios de medición son:
- Mecánicos
- Electromecánicos
- Electrónicos