Hidrostática

HIDROSTÁTICA

Definiciones
La Hidrostática es la parte de la física que estudia los fluidos líquidos en reposo. Entendemos por fluido cualquier sustancia con capacidad para fluir, como es el caso de los líquidos y los gases. Éstos se caracterizan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptar la del recipiente que los contiene. Por otra parte, los líquidos (difícilmente compresibles)poseen volumen propio mientras que los gases (compresibles), ocupan la totalidad del volumen del recipiente que los contiene.

Fuerza y Presión
En la primera unidad vimos el concepto de fuerza, una magnitud vectorial que representa la acción sobre un cuerpo. La presión es una magnitud escalar, y se define como la fuerza que actúa sobre un cuerpo por unidad de área. Así por ejemplo, la presiónatmosférica es la fuerza que ejerce el aire que nos rodea sobre la superficie terrestre.

P = F / S

La presión que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene es siempre perpendicular a dicha superficie.

Unidades: veamos cuales son las unidades de presión en los tres sistemas métricos.

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A la unidad del sistema C.G.S. ( dina / cm2 ) se ladenomina baria y a la unidad del M.K.S. (N/m2) se la denomina Pascal. En el apéndice, al final del capítulo, se dan otras unidades de presión, con las respectivas equivalencias entre ellas. Volveremos sobre este tema en la unidad III al hablar de presión atmosférica.

Equivalencias entre los tres sistemas: la siguiente igualdad establece la equivalencia entre las unidades de los tres sistemasvistos:

1 Kg/m2 = 9.8 N/m2 = 98 dyn / cm2

Ejercicio A: Sobre un clavo de cuya cabeza tiene una superficie de 7 mm2 se ejerce una fuerza con un martillo de 150 N. Calcular la presión que ejerce la punta del clavo sobre una madera, sabiendo que la superficie de dicha punta es de 1 mm2. Expresar dicha presión en los tres sistemas de unidades.

Presión en un punto de una masa líquida
Sedefine como la fuerza que actúa por unidad de área, normalmente (perpendicularmente) a un elemento de superficie situado en dicho punto.

F : Fuerza ejercida sobre dicho punto

ds: elemento de superficie

P = F / ds Presión ejercida en dicho punto

por la masa líquidaTEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTÁTICA

Supongamos que nos sumergimos en una pileta de 5 m de profundidad.
¿Qué pasa con nuestros oídos a medida que vamos descendiendo?

¿Por qué ocurre esto?

¿ De qué factores depende entonces la presión que ejerce el agua sobre nuestro cuerpo?

Podemos ahora enunciar el Principio General de la Hidrostática de la siguiente manera:

"La diferenciade presión entre dos puntos de una masa líquida en equilibrio, es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de nivel entre ambos puntos"

En la figura siguiente, Pa y Pb son las presiones en dos puntos diferentes de la masa líquida, r es el peso específico del líquido y h la distancia vertical entre ambos puntos:

Pb – Pa = ρ . h[ ρ ] = g / cm3
[ h ] = cm 2
[ P ] = g.cm/cm3 = g / cm2

Presión sobre paredes y fondo en recipientes

Las presiones ejercidas por un líquido sobre las paredes y el fondo del recipiente que lo contiene, son siempre perpendiculares a la superficie. Esto lo vamos a comprobar en el primer trabajo práctico.

En la figura que sigue, la presión en el fondo delrecipiente (Pb) es la suma entre la presión ejercida sobre la superficie del líquido (presión atmosférica) y el producto del peso específico por la altura de éste:

Pa = Po + ρ . ha
Pb = Po + ρ . hb

Pa: Presión ejercida en la pared
Pb: Presión ejercida en el fondo
Po: Presión ejercida sobre la superficie el líquido
(presión...