Fundamentos de la Estática de Fluidos y Principios de Presión
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1. Las fuerzas en los fluidos
Presión: ¿Qué es un fluido?
Un fluido es un cuerpo cuyas partículas cambian de posición con facilidad. Los líquidos son fluidos incompresibles y los gases son compresibles.
La presión es la fuerza por unidad de superficie; es una magnitud escalar y en el Sistema Internacional (SI) se mide en pascales (Pa).
La presión hidrostática
La presión hidrostática es la presión ejercida por un fluido sobre un cuerpo que está en su interior. Su fórmula es: Phidrostática = ρ · g · h (donde ρ es la densidad del fluido, g es la gravedad y h es la altura o profundidad).
2. La presión en los gases
La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre cualquier cuerpo. El valor de la presión atmosférica estándar, una atmósfera (1 atm), es la presión que ejerce la atmósfera al nivel del mar.
Instrumentos para medir la presión de los gases
Para medir la presión que ejercen los gases se utilizan los manómetros y para medir la presión atmosférica se emplean los barómetros.
La presión atmosférica y la altitud
La presión atmosférica varía con la altitud: es mayor al nivel del mar que en lo alto de una montaña.
3. Cómo se propaga la presión en los fluidos
Principio de Pascal
El Principio de Pascal establece que la presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos del mismo.
Los sistemas hidráulicos son aplicaciones tecnológicas del principio de Pascal, representados por la relación: F1/S1 = F2/S2.
4. El principio de Arquímedes
Fuerza de empuje
Llamamos peso aparente al peso del cuerpo sumergido. La diferencia entre el peso real menos el peso aparente es la fuerza de empuje (E).
Fórmulas de empuje: E = pesolíquido = masalíquido · gravedad; o bien, E = volumen del cuerpo sumergido · densidad del líquido · gravedad.
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.
Flotabilidad
Cuando introducimos un cuerpo en un fluido se ponen de manifiesto dos fuerzas: el peso del cuerpo y el empuje.
- Si el peso es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde.
- Si el peso es menor que el empuje, el cuerpo asciende.
- Si el peso es igual que el empuje, el cuerpo se mantiene en equilibrio.
Fórmulas y equivalencias adicionales
- Densidad (d): d = m / v
- Peso (P): P = m · g
- 1 atm: 101.325 Pa
- 1 bar: 100.000 Pa
- 760 mm de Mercurio (mmHg)