Fundamentos de Hidrostática: Presión, Principios de Pascal y Arquímedes
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Concepto de Presión
La magnitud que mide el efecto deformador de una fuerza se denomina presión.
La presión ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie: p = F / S.
La unidad de presión en el Sistema Internacional es el pascal (Pa).
El Principio de Pascal
Cuando se ejerce un incremento de presión en algún punto de un líquido en equilibrio —es decir, una presión extra además de la que genera el propio fluido debido a su peso—, esta presión se transmite por todo el fluido simultáneamente en todas las direcciones.
Este principio, enunciado por el científico francés Blaise Pascal, tiene muchas aplicaciones prácticas.
Evidencias Experimentales de la Presión Atmosférica
El físico italiano E. Torricelli llevó a cabo la siguiente experiencia: llenó mercurio en un tubo de vidrio cerrado por un extremo y lo introdujo boca abajo en una cubeta con mercurio. El mercurio del tubo descendió algunos centímetros, pero se mantuvo en equilibrio. La presión ejercida por la columna de este líquido está equilibrada por la presión ejercida por el aire, quedando demostrada la existencia de la presión atmosférica.
Principio de Arquímedes
El científico griego Arquímedes descubrió en el siglo III a. C. que el valor de la fuerza de empuje sobre un cuerpo sumergido en un líquido es igual al peso del líquido desplazado por el cuerpo. La fuerza de empuje es la resultante de las dos fuerzas que ejerce el líquido de densidad d sobre las caras superior e inferior del cuerpo sumergido.
Utilizando el principio fundamental de la hidrostática:
E = h₂ · d · l · g · S - h₁ · d · l · g · S = (h₂ - h₁) · S · d · l · g
Principio Fundamental de la Estática de Fluidos
La experiencia muestra que un líquido ejerce presión sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene. En general, un fluido también ejerce presión sobre cualquier cuerpo sumergido en él (como ocurre con los submarinistas, por ejemplo).
El líquido en el cilindro se encuentra en reposo y, por tanto, está en equilibrio. La fuerza que ejerce el peso del líquido sobre la base inferior del cilindro se compensa con otra de igual intensidad, pero hacia arriba, ejercida por el líquido que se encuentra bajo el cilindro.