HIDROSTÁTICA
Es parte de la mecánica que estudia el equilibrio
de los líquidos y los gases.
"la hidrostática toma como base el principio
de Arquímedes y el principio de Pascal, y en ellos se apoya la técnica para el
diseño de dispositivos tan variados como los submarinos".
IMPORTANCIA EN LA
VIDA COTIDIANA
La hidrostática está presente en muchos aspectos de
nuestra vida cotidiana aunque no nos percatemos de ello. Por ejemplo en los
automóviles o cuando apretamos una chinche, la fuerza que el pulgar hace sobre
la cabeza es igual a la que la punta de la chinche ejerce sobre la pared. La
gran superficie de la cabeza alivia la presión sobre el pulgar; la punta
afilada permite que la presión sobre la pared alcance para perforarla.
Cuando
caminamos sobre un terreno blando debemos usar zapatos que cubran una mayor
superficie de apoyo de tal manera que la presión sobre el piso sea la mas
pequeña posible. Seria casi imposible para una mujer, inclusive las mas
liviana, camina con tacos altos sobre la arena, porque se hundiría
inexorablemente.
El peso de las estructuras como las casas y
edificios se asientan sobre el terreno a través de zapatas de hormigón o
cimientos para conseguir repartir todo el peso en la mayor cantidad de área
para que de este modo la tierra pueda soportarlo.
Otro ejemplo de su importancia es un velero
navegando, toda la parte sumergida trabaja hidrodinámicamente, es decir la
parte sumergida del casco de cualquier embarcación está en movimiento relativo (cuando navega) al agua
y eso provoca fuerzas sobre estas superficies, esto le permite: mantener o no
un rumbo, equilibrar los efectos del viento sobre el velamen (parte
aerodinámica de este tipo de navegación) evitando que el barco se tumbe, etc.
PRESIÓN
Se define presión como el cociente entre la
componente normal de la fuerza sobre una superficie y el área de dicha
superficie. La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo
sumergido en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo. La
presión es una magnitud escalar y es una característica del punto del fluido en
equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas.
 |
| Los tacones pueden ser un arma muy peligrosa,ya que la fuerza que se le aplique va dirigida a un solo punto pequeño. |
La presión sobre una superficie aumenta en relación
a fuerza que se le aplica de manera proporcional. Esto quiere decir que si le
aumentas al doble la fuerza, entonces la presión aumentara el doble.
A mayor área la fuerza se distribuye en toda la
superficie, haciendo que la presión se vea reducida. En cambio, cuando se
aplica fuerza a un área pequeña la presión aumenta, debido a que la fuerza se
concentra en un solo punto.
Ya que hemos visto la definición de la presión, ahora veamos la fórmula para calcularla:
P=F/A
Donde P es presión (N/m2), F es Fuerza
(N) y A es Área (m2)
Las distintas unidades que podemos emplear en esta formula son:
UNIDADES EN LOS SISTEMAS
UNIDADES EN LOS SISTEMAS
S.I.
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Ingles
|
|
P
|
N/m2
|
lb/plg2
|
F
|
N
|
Lb
|
A
|
m2
|
pulg2
|
EQUIVALENCIAS DE PRESIÓN
1 N/m2 = 0.000145019 lb/pulg2
1N/m2=1Pa
1kPa=1000 N/m2=0.145 lb/in2
1 lb/plg2 = 6 894.76 Pa
1 kg/cm2 = 14.22 lb/plg2
1 kg/cm2 = 98 061.6 Pa
1 atm= 2116
lb/ft2= 76cmHg=101.3kPa=14.7lb/in2
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Se define como la fuerza que ejerce un líquido en reposo sobre la superficie de las paredes del recipiente que lo contiene. Esta fuerza es perpendicular a las paredes del recipiente. El valor de la presión depende de la naturaleza del líquido y la acción de la gravedad.
Para encontrar la presión hidrostática necesitamos combinar dos fórmulas,
la de presión (P=F/A) y la de densidad (p=m/V).
Ahora despejando la fórmula de densidad quedaría así m=pV, recordando la
fórmula de peso W=mg, la agregamos en la de densidad:
W=peso g=gravedad
(9.8m/s2)
W=pVg m=masa p=densidad
V=Volumen
Pero no hemos terminado, ahora utilicemos la fórmula del Volumen, que es
V=Ah y lo sustituimos en la fórmula:
W=pAhg. A=Área
h=altura
Pasando el Área al otro lado cambia de estar multiplicando, a dividir.
De la siguiente manera:
W/A=pgh
Y por ultimo, sabemos que la W representa una fuerza, lo que significa
que queda F/A, y sabemos que esto equivale a la Presión, por lo tanto la
formula quedaría así:
Ph=pgh Ph=Presión
Hidrostática.
TIPOS DE PRESIÓN
Presión Atmosférica
La presión
atmosférica es la presión que ejercen los gases de la atmósfera sobre los cuerpos
que se encuentran por debajo de ella, de igual forma que con los líquidos. Por
ejemplo, la presión arterial depende de la presión atmosférica y es un signo
vital medido por los médicos para conocer el estado de salud de un individuo.
Por lo general la presión de la atmósfera se mide en atmósferas (atm) y una atmósfera es la presión que ejerce una columna de mercurio de 76 cm se altura por cm2 de sección transversal medido a
una temperatura de 0°C.
La Presión atmosférica es el peso que ejerce el aire de la atmósfera como consecuencia de la gravedad sobre la superficie terrestre o sobre una de sus capas de aire.
Como se sabe, el planeta tierra esta formado por una presión sólida (las tierras), una presión liquida (las aguas) y una gaseosa (la atmósfera).
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve todo el planeta y esta formado por mezcla de gases que en conjuntos llamamos aire, como todos los cuerpos, tiene peso, el cual ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre es lo que llamamos presión atmosférica.
La presión atmosférica varia, no siempre es igual en los diferentes lugares de nuestro planeta y nuestro país, ni en la diferente época del año.
Como podemos ver la presión ejercida. Por lo atmosférica se debe al peso (P: m.z) de la misma su valor es de 1001.000 páscales que corresponde a la presión normal. Existen otras unidades para medir la presión y la equivalencia entre estos son: 101.000 Pa = 1 atm = 760 mm Hg = 101 mb.
Como se sabe, el planeta tierra esta formado por una presión sólida (las tierras), una presión liquida (las aguas) y una gaseosa (la atmósfera).
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve todo el planeta y esta formado por mezcla de gases que en conjuntos llamamos aire, como todos los cuerpos, tiene peso, el cual ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre es lo que llamamos presión atmosférica.
La presión atmosférica varia, no siempre es igual en los diferentes lugares de nuestro planeta y nuestro país, ni en la diferente época del año.
Como podemos ver la presión ejercida. Por lo atmosférica se debe al peso (P: m.z) de la misma su valor es de 1001.000 páscales que corresponde a la presión normal. Existen otras unidades para medir la presión y la equivalencia entre estos son: 101.000 Pa = 1 atm = 760 mm Hg = 101 mb.
La Presión Manométrica
Se
puede determinar por medio de la resta de la presión absoluta menos la presión
atmosférica.
Es la presión relativa que ejerce un fluido (líquido o gas), su valor depende de la presion externa. La presión manométrica puede tener un valor mayor o menor que la presion atmosferica. Un manómetro que mide presiones inferiores a la atmosférica se llama manómetro de vacío o vacuómetro.
El manómetro es un tubo de vidrio doblado en forma de “U” o forma de “J” con dos ramas, conteniendo cierta cantidad de mercurio y que posee un codo en una de las ramas para conectar al fluido que se le quiere medir la presión. La diferencia de niveles del mercurio es lo que corresponde a la presión manométrica.
El manómetro es un tubo de vidrio doblado en forma de “U” o forma de “J” con dos ramas, conteniendo cierta cantidad de mercurio y que posee un codo en una de las ramas para conectar al fluido que se le quiere medir la presión. La diferencia de niveles del mercurio es lo que corresponde a la presión manométrica.
La Presión Absoluta
Se
refiere a la suma de presión que genera un líquido o un gas contenido en un
recipiente hermético y la presión atmósfera que se ejerce sobre él.
La presión absoluta es la presión 'real' en un punto dado. En el ejemplo anterior, el envase de refresco no sólo debe soportar la presión atmosférica (externa), si no también la presión manométrica (interna), por lo que la presión real que soporta el sistema será:
Presión real = Presión atmosférica (debida al peso de la atmósfera) + Presión del gas
O para cualquier sistema:
Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión manométrica
La presión de un sistema no sólo depende de la masa adicional (en este caso, del gas adicionado), si no que también puede variar en función de la temperatura . Al disminuir la temperatura el movimiento molecular del gas disminuye y por lo tanto también disminuye la fuerza con la que impactan las paredes del envase, y por lo tanto disminuye la presión.
La presión absoluta es la presión 'real' en un punto dado. En el ejemplo anterior, el envase de refresco no sólo debe soportar la presión atmosférica (externa), si no también la presión manométrica (interna), por lo que la presión real que soporta el sistema será:Presión real = Presión atmosférica (debida al peso de la atmósfera) + Presión del gas
O para cualquier sistema:
Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión manométrica
La presión de un sistema no sólo depende de la masa adicional (en este caso, del gas adicionado), si no que también puede variar en función de la temperatura . Al disminuir la temperatura el movimiento molecular del gas disminuye y por lo tanto también disminuye la fuerza con la que impactan las paredes del envase, y por lo tanto disminuye la presión.
Podemos apreciar la diferencia y la relación de estos últimos tres
conceptos, en su fórmula:
Patm = Pabs
- Pman Patm= Presión atmosférica
Pman = Pabs
- Patm Pman=Presión manométrica
Pabs = Pman + Patm Pabs=Presión
absoluta
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