Principios de la Hidrostática y la Presión en Fluidos

Presión

Presión: Fuerza que actúa por unidad de superficie.

Unidades de Presión

Pascal: Presión que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre una superficie cuya área es de 1 m².

• Atmósfera (atm): 1 atm = 101325 N/m²
• Milímetro de mercurio (mmHg): 1 atm = 760 mmHg
• Milibar (mb): Actualmente se utiliza el hectopascal (hPa). 1 mb = 1 hPa

Fuerzas Interiores de un Fluido

En líquidos y gases, las fuerzas de atracción entre las unidades elementales que componen la sustancia son menos intensas que en el caso de los sólidos, lo que permite a dichas unidades elementales moverse unas respecto a otras. El resultado es que los líquidos y gases pueden fluir. Las sustancias que se presentan en uno de estos estados de agregación se denominan fluidos.

Definición de Fluido

Fluido: Tipo de material en el que las fuerzas de atracción entre las unidades elementales no son fuertes, por lo que pueden moverse con libertad. Los líquidos y los gases son fluidos.

Hidrostática

Hidrostática: Rama de la física que estudia los fluidos que se encuentran en reposo o equilibrio.

La causa de la presión es el peso del propio fluido y la agitación de las unidades elementales que lo componen. Esta presión se denomina hidrostática y actúa en todas las direcciones.

Ley de la Hidrostática

La presión que ejerce un fluido en un punto de su interior. Entre dos puntos de un fluido homogéneo e incompresible existe una diferencia de presión, igual al producto de la densidad, por la aceleración de la gravedad y por la diferencia de altura entre ellos.

Vasos Comunicantes

Recipientes que están comunicados entre sí por la parte inferior. Si solo contienen líquido, se comprueba que para que el líquido alcance el equilibrio es necesario que todas las superficies libres estén a la misma altura.

Dos Líquidos Inmiscibles

Si los vasos comunicantes contienen dos líquidos inmiscibles, se observa que el equilibrio se alcanza cuando las alturas de ambos líquidos, respecto a la superficie de separación, son inversamente proporcionales a sus densidades.

Presión en Gases

Presión Atmosférica

Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos situados en su interior, en todas direcciones.

Experimento de Torricelli

Torricelli midió el valor de la presión atmosférica. Tomó un tubo de vidrio, cerrado por un extremo y lleno de mercurio. Taponó el orificio del extremo libre con el dedo, lo invirtió y lo introdujo en una cubeta con mercurio. Al retirar el dedo, observó que el nivel de mercurio descendía hasta estabilizarse. Midió la altura de la columna de mercurio en el tubo sobre la superficie del mercurio en la cubeta, encontrando un valor de 76 cm.

Explicación

Como el sistema tubo-cubeta está en equilibrio, la presión que ejerce la columna de mercurio es igual a la que ejerce la atmósfera en cualquier punto de la superficie libre del mercurio. Así, la altura de la columna de mercurio es una medida de la presión que ejerce el peso del aire que está por encima. 760 mmHg se considera la presión atmosférica normal.

Principio de Pascal

La presión aplicada en un punto de un fluido incompresible se transmite sin variación a todos los puntos del fluido.

Aplicación: Prensa Hidráulica

Consta de dos cilindros comunicados entre sí y por dos émbolos. Tanto los cilindros como el tubo que los comunica están llenos de un líquido incompresible. Al ejercer una fuerza perpendicular sobre el émbolo pequeño, la presión se transmite por todos los puntos del fluido, llegando al émbolo grande. Este dispositivo permite multiplicar la acción de la fuerza por un factor que es la relación entre las áreas del émbolo grande y el émbolo pequeño.

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso del fluido desalojado.

Instrumentos para Medir la Presión

• Manómetro: Mide la presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene.
• Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica.