Presión, Fluidos y Principio de Arquímedes: Conceptos y Aplicaciones
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Presión: Concepto y Unidades
Cuanto menor es la superficie sobre la que actúa una fuerza, mayor es su efecto. Este efecto se denomina presión. La presión nos informa de la fuerza ejercida sobre cada unidad de superficie.
Fórmulas y Unidades:
- P = F/S
- 1 Pa = 1 N/1 m²
- 1 bar = 100000 Pa
- 1 mbar = 100 Pa = Heptopascal (hPa)
- 1 atm = 760 mm de Hg = 101300 Pa
La unidad de presión en el sistema internacional es el N/m², que recibe el nombre de Pascal (Pa).
Fluidos: Líquidos y Gases
Los fluidos son líquidos y gases. Son sustancias que pueden fluir, es decir, son capaces de pasar a través de pequeños orificios. No tienen forma definida, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene.
- Líquidos: Son poco comprimibles.
- Gases: Son muy compresibles.
¿Por qué las presas de los pantanos tienen forma de cuña?
Porque la pared en la parte inferior es más gruesa que en la superficie, por lo tanto, abajo tiene que soportar más presión.
Presión Hidrostática
Principio fundamental de la estática de fluidos: P = h * d * g
Donde:
- P = Presión
- h = Altura
- d = Densidad
- g = Gravedad
Principio de Pascal
La presión ejercida en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad en todas las direcciones.
Aplicaciones del Principio de Pascal
- Vasos comunicantes
- Prensa hidráulica
Vasos Comunicantes
Son dos o más recipientes conectados entre sí que contienen un líquido.
Sistema Hidráulico
Elevador hidráulico: Se basa en el principio de Pascal. Consta de dos recipientes cilíndricos de diferente sección, llenos de líquido y conectados entre sí. Cada cilindro tiene un pistón móvil.
Fórmulas:
- P¹ = F¹/S¹
- P¹ = P²
- F¹/S¹ = F²/S²
Freno Hidráulico: Se basa en el principio de Pascal. Los sistemas hidráulicos amplifican la fuerza aplicada, pero no la energía.
Presión Atmosférica
De acuerdo con el principio de la estática de fluidos, la atmósfera ejerce una presión sobre los cuerpos situados en su interior.
La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos situados en su interior. Se mide con el barómetro.
Arquímedes y la Fuerza de Empuje
¿Por qué es más fácil levantar a alguien en el agua que en el aire?
Se basa en el principio de Arquímedes: Los cuerpos sumergidos en el agua experimentan un empuje hacia arriba.
¿Por qué las ballenas pueden mover en el agua su pesado cuerpo?
Porque dentro del agua, el peso disminuye y es más fácil moverse.
La fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que contrarresta el peso del cuerpo se denomina fuerza de empuje. E = Paire - Pagua
Principio de Arquímedes
Arquímedes (S. II a.C.) descubrió que 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 "E" es la resultante entre las dos fuerzas que ejerce un líquido de densidad sobre la cara superior e inferior del cuerpo sumergido.
Fórmula: E = Vcuerpo * Dlíquido * g = m * g (peso)
Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido parcial o totalmente en un fluido, experimenta una fuerza vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.
¿Es constante la fuerza de empuje?
No. Depende de la porción de sólido que se encuentra sumergido.
Aplicaciones del Principio de Arquímedes
¿Por qué los barcos flotan?
Porque el empuje debido al peso del agua que desaloja su parte sumergida equilibra el peso.
¿Cómo vuelan los aerostáticos?
El principio de Arquímedes es el responsable del empuje aerostático, fundamento de la elevación de los globos aerostáticos. Suben por el aire caliente que es menos denso y lo empuja hacia arriba.
Densímetro
Permite ver la densidad de un líquido. Al sumergirlo en un líquido, el empuje equilibra su peso: La porción de densímetro que sobresale depende de la densidad del líquido. Lleva una escala graduada. La densidad va disminuyendo a medida que avanza la fermentación.