Mecanica de los fluidos

Páginas: 20 (4824 palabras) Publicado: 3 de mayo de 2010
Capítulo

5

Hidrostática

5.1.

Fluidos

El término hidrostática se refiere al estudio de los fluidos en reposo. Los fluidos son substancias, idealizadamente un continuo de masa, donde su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. Son fluidos tanto los líquidos como los gases. Si se analizan las fuerzas que pueden actuar sobre una porción defluido, ellas son de dos tipos: causada por agentes exteriores, típicamente el peso de él, y las causadas por el fluido que está en su exterior mediante contacto. Es conveniente distinguir la parte de esa última fuerza que actúa normal a la superficie, llamadas fuerzas debidas a la presión, de las fuerzas tangenciales o de viscosidad. Estas fuerzas tangenciales actuando sobre la superficie del elemento defluido, no pueden ser equilibradas por fuerzas interiores, de modo que ellas causan escurrimiento del fluido. Si nos limitamos a fluidos en reposo, las fuerzas tangenciales no pueden existir. Ellas son relevantes en los casos donde los fluidos no están en equilibrio, tema que no será tratado aquí. Aquí es necesario utilizar un sistema inercial de referencia y no debe existir movimiento del fluidorespecto a las superficies en contacto con el. Cuando hay movimiento de fluidos sin existir aceleraciones, se habla de situaciones estacionarias que tampoco serán tratadas aquí.

126

Hidrostática

5.2.

Concepto de Presión

Si una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio (en reposo) el fluido, gas o líquido, ejerce fuerzas normales sobre la superficie. Las fuerzastangenciales que un fluidopuede ejercer sobre una superficie se originan cuando hay movimiento del fluido respecto a la superficie. Si sobre una superficie actúan fuerzas normales distribuidas en forma continua, como se indica en la figura (5.1), se define la presión actuando sobre algún punto de ella como la fuerza por unidad de área que actúa sobre la superficie. Esta puede ser variable o constante de punto enpunto de la superficie. Por esa razón su definición involucra un elemento infinitésimo de área dA.

dF

dA

Figura 5.1: Fuerzas de presión O sea la presión en el punto donde se ubica el elemento de área (infinitésimo) dA se define por dF P = . (5.1) dA Como se verá más adelante, la presión en un fluido en equilibrio aumenta con la profundidad, de modo que las presiones serán uniformes sólo ensuperficies planas horizontales en el fluido. Si la fuerza total F está distribuida en forma uniforme sobre el total de un área horizontal A como se indica en la figura (5.2), la presión en cualquier punto de esa área será P = F . A (5.2)

5.2 Concepto de Presión
F

127

A

Figura 5.2: fuerza distribuida uniforme

5.2.1.

Unidades de Presión
1 Pa = 1 N m−2

La unidad SI de presión es elPascal, simbolizado Pa

pero existen varias otras de uso corriente. La tabla siguiente las define y se dan algunas equivalencias. Unidad Símbolo bar 1 bar atmósfera 1 atm milímetros de mercurio 1 mmHg Torr 1 torr −2 lbf in 1 psi −2 kgf cm 1 1 atm 1 psi equivalencia 1,0 × 105 Pa 101 325 Pa 133. 322 Pa 133. 322 Pa 0,068 0 atm 0,9678 atm 760. 0 mmHg 6894. 75 Pa

1,01325 bar 1013,25 mbar

5.2.2.Propiedades de la presión

La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas direcciones, esto es que la fuerza que experimenta un elemento de área dentro de un fluido, no depende de la orientación de ese elemento de área. Además la presión

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Hidrostática

en un mismo plano horizontal en el interior de un fluido en reposo, es la misma. Estas propiedades fueron enunciadas como“principios” por Pascal, pero ahora pueden ser demostradas de modo muy simple usando las leyes de la estática, demostración que omitiremos aquí.

5.3.

Densidad o masa específica

En un fluido, es importante la densidad o masa específica ella permite calcular el peso del elemento de volumen que se considere, que es una posible fuerza exterior actuando sobre cada elemento de fluido. Para...
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