Fuerza hidroestatica

ESTÁTICA DE FLUIDOS

Es el estudio del comportamiento de los fluidos y de la distribución de esfuerzos sobre las masas de fluidos (líquidos). De las propiedades de los fluidos, se sabe que estos no resisten los esfuerzos cortantes (tangenciales), en los fluidos en reposo sólo se presentan esfuerzos de compresión (presión) y se transmiten a los límites sólidos a través de seccionesperpendiculares.

Figura 1. Esfuerzos de compresión en fluidos en reposo.

ESCALAS DE MEDICIÓN DE LA PRESIÓN
Las medidas de presión se pueden dar en términos absolutos y términos manométricos o relativos y estas difieren exclusivamente de la referencia que se tome en consideración. Las medidas de presión en escala absoluta están referidas al cero absoluto (vacío total) o mínima presión posible; en estaescala no puede presentarse valores negativos, puesto que implicaría valores por debajo del vacío total, físicamente imposible. La escala de medición manométrica o relativa registra los valores referidos a la presión atmosférica local (presión debida a la atmósfera, es decir en el sitio de interés. La presión atmosférica o normal es la registrada al nivel del mar y a una latitud de 40o, tiene unvalor de 101.3 kPa, 760 mmHg, 1 atm.

Figura 2. Escalas de medición de la presión

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PRESIÓN EN UN PUNTO
Considerando un elemento diferencial de fluido en reposo, las fuerzas actuantes serán:

Figura 3. Fuerzas de presión en un elemento diferencial de fluido. Al estar el elemento en reposo no existe aceleración y por lo tanto la aplicación de la segunda Ley de Newton indica que lasumatoria de fuerzas será igual a cero.

Al considerar la geometría del triángulo se tiene que:

Combinando el conjunto de ecuaciones (1) y (2) se tiene:

Esto significa que la presión en un punto es la misma por todas partes, es decir que la presión no tiene sentido vectorial, por lo tanto es una cantidad escalar y es una propiedad del punto fluido, que depende exclusivamente de suscoordenadas.

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PRINCIPIO DE PASCAL
La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físico y matemático francés Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio de Pascal. La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental delprincipio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido.Cuando sobre el émbolo de menor sección se ejerce una fuerza F la presión que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido; por lo tanto, será igual a la presión que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor sección, es decir:

Figura 4. Prensa hidráulica. Aplicación del principio de Pascal.

Si la sección A2 esveinte veces que la sección A1, la fuerza F1 aplicada sobre el émbolo pequeño se ve multiplicada por veinte en el émbolo grande F2. La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a la palanca de Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

VARIACIÓN DELA PRESIÓN DE UN FLUIDO EN REPOSO
Considerando un elemento diferencial de fluido de dimensiones dx, dy y dz, y peso específico γ. Suponiendo conocida la presión P en el centro del fluido, la presión en los límites del elemento de fluido se puede expresar en términos de la presión P y de la variación de la presión en la dirección indicada. El sistema de fuerzas al que está sometido el elemento...