Fundamentos de la Presión y los Principios Clave de la Hidrostática

Conceptos Fundamentales de la Presión y la Hidrostática

Definición de Presión (P)

La Presión (P) es el cociente entre el valor de la Fuerza (F) ejercida y la Superficie (S) sobre la que actúa.

Efectos de la Fuerza sobre los Cuerpos

La distribución de la fuerza sobre una superficie es crucial para entender sus efectos. Ejemplos:

1. Con un solo clavo podemos hacer explotar un globo utilizando poca fuerza. Si se utilizan muchos clavos, la fuerza se distribuye por toda la superficie y el globo no revienta (Principio de la cama de clavos).
2. Una persona que camina por la nieve con raquetas se hundirá menos que si anda con botas, ya que las raquetas tienen una mayor superficie (S) que las botas, distribuyendo mejor el peso.

Presión Hidrostática

Concepto y Manifestaciones

La Presión Hidrostática es la presión ejercida por los líquidos en todos los puntos de su interior. Podemos explicar hechos cotidianos y técnicos como:

1. El agua sale a mayor presión por un agujero situado en la parte inferior del lateral de un depósito que por uno situado en la parte superior.
2. Los submarinistas deben tener cuidado al descender, ya que cuanto más abajo se encuentren, mayor es la presión que deben soportar.
3. Los submarinos deben tener un casco resistente, capaz de soportar grandes presiones a profundidad.
4. Las presas de los embalses son más gruesas en la base que en la parte superior, ya que la presión que deben soportar aumenta con la profundidad.

Dependencia de la Presión Hidrostática

La presión hidrostática depende del tipo de líquido, ya que está directamente relacionada con su densidad (d).

Si introducimos dos líquidos diferentes e inmiscibles en las dos ramas de un tubo con forma de U, observaremos que el líquido de menor densidad alcanzará una altura (h) mayor.

Principio de Pascal y sus Aplicaciones

Definición del Principio de Pascal

La presión ejercida sobre un líquido se transmite a todos sus puntos, en todas direcciones y sin perder intensidad.

Ejemplo: En una jeringa con agujeros, el líquido sale por todos los orificios con igual intensidad.

Aplicación: La Prensa Hidráulica

La prensa hidráulica aplica el Principio de Pascal y el fenómeno de los vasos comunicantes. Consta de dos recipientes de forma cilíndrica comunicados por el fondo, que contienen líquido y con sendos émbolos de diferente área.

Se deduce que la fuerza (F₂) con que responde el émbolo grande es superior a la fuerza (F₁) efectuada sobre el émbolo pequeño. Si el área del émbolo grande es el doble que la del pequeño, la fuerza F₂ tendrá un valor doble que F₁.

Experimento de Torricelli y la Presión Atmosférica

Descripción del Experimento

El experimento de Torricelli permitió medir la presión atmosférica:

1. Se toma un tubo de vidrio de 1 metro y se llena de mercurio (Hg).
2. Se sumerge el tubo por su extremo abierto en un recipiente también con mercurio (Hg).
3. Se observa que la longitud de la columna de mercurio disminuye y su nivel se estabiliza en 76 cm cuando el experimento se lleva a cabo a nivel del mar.

Principio de Arquímedes y Flotación

Enunciado del Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un Empuje (E) hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado.

Condiciones de Flotación

La relación entre el Peso (P) del objeto y el Empuje (E) determina si un cuerpo flota, se hunde o se mantiene en equilibrio:

• Flotación: Si el Peso (P) es menor que el Empuje (E), el objeto sube y flota.
• Equilibrio: Si P es igual a E, el objeto se queda en equilibrio dentro del fluido.
• Hundimiento: Si P es mayor que E, el objeto se hunde.