Estatica de Fluidos

7: ESTÁTICA DE FLUIDOS
7.1 INTRODUCCIÓN
Los fluidos son sustancias que admiten esfuerzos simples pero se
deforman bajo la aplicación de esfuerzos cortantes; a diferencia de los
sólidos rígidos que no cambian de forma.

En la presente lección

estudiaremos la estática de fluidos haciendo uso básicamente de la primera
y tercera leyes de Newton. Presentamos los conceptos claves de densidad,peso específico, presión y los principios de Pascal y Arquímedes. En gran
parte de nuestro estudio nos referiremos a los líquidos, pero las
definiciones, principios y leyes se aplican en general a todos los fluidos.

7.2 DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA Y PESO
ESPECÍFICO
DENSIDAD
La densidad es una propiedad de la materia que nos indica tanto lo “ligero”
o “pesado” que es un cuerpo, como elgrado de compactibilidad del
mismo. Así, la densidad de un cuerpo depende tanto de la masa de los
átomos que lo conforman como de la separación entre ellos.
Operacionalmente se expresa coma la razón entre la masa del cuerpo y el
volumen que ocupa.
m
V

(7.1)

En general, la densidad de los fluidos varía con la presión y la temperatura.
Sin embargo, en los líquidos la densidad varía muypoco para un amplio
rango de valores de presión y temperatura, por lo cual se puede considerar
constante, es decir, los líquidos son prácticamente incompresibles. Por
ejemplo, el agua varía escasamente su volumen cuando la presión varía de
0 a 10 atmósferas.
La densidad se expresa en unidades de masa por unidad de volumen. En el
SI, en Kg/m3. Por ejemplo la densidad del agua es,

agua

=1000 Kg/m3.

DENSIDAD RELATIVA
Podemos determinar la relación entre las densidades de dos materiales
distintos, pero, en las aplicaciones prácticas es útil la relación entre la
densidad de un material y la densidad del agua, la cual se conoce como la
densidad relativa del material.
(7.2)

R
agua

Por ejemplo, la densidad del mercurio es 13 600 kg/m 3, y su densidad
relativa:
Hg
RHg

13,6

agua

Note qué, la densidad relativa es adimensional (sin unidades).
PESO ESPECÍFICO
Es la razón entre el peso del cuerpo y su volumen. Expresado
matemáticamente:
W
V

(7.3)

Se expresa en unidades de peso por unidad de volumen; en el SI, en Nm-3.

Si en la ec. (7.3) usamos: W = m g, teniendo presente que

= m/V,

obtenemos una relación equivalente:
=

g

(7.4)7.3 PRESIÓN
Se define como el módulo de la fuerza normal o perpendicular que actúa
sobre una determinada superficie. Expresada matemáticamente:
p

FN
A

,

(7.5)

Note qué, de acuerdo con ésta definición la presión es una magnitud
escalar y se expresa en unidades de fuerza por unidad de área. En el S.I. la
unidad de presión es el Pascal (Pa). 1 Pa = 1N/m 2.
Consideremos comoejemplo una fuerza de 100 N aplicada oblicuamente
sobre la superficie del cubo de lado, L = 10 cm = 10 -1 m, ver fig. 7.1.
FT
53°

53°
FN

F

F

A
L
Fig.7.1 Componentes normal y tangencial de una fuerza
oblicua actuando sobre una superficie.

En estas condiciones la presión que ejerce la fuerza F sobre la superficie
superior del cubo es:

p

F Sen53
2

L

100(4 / 5)
10

28000Pa

8KPa

La presión es una magnitud física que se encuentra en el estudio de
sólidos, líquidos y gases.

7.4 PRESIONES HIDROSTÁTICA Y ATMOSFÉRICA
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Los líquidos en equilibrio ejercen fuerzas perpendiculares sobre los
cuerpos que se encuentran parcial o totalmente sumergidos, ver fig.7.2.
Estas fuerzas son de naturaleza electromagnética y se deben a lainteracción de las moléculas del líquido que se encuentran en “contacto”
con las moléculas del cuerpo sumergido.

Fig. 7.2 Fuerzas de presión hidrostática sobre cuerpos
sumergidos dentro de un líquido

Siendo éstas fuerzas perpendiculares a las superficies de los cuerpos
sumergidos, se les puede asociar una presión, ver fig.7.3. Haciendo uso de
las condiciones de equilibrio se puede demostrar...