Hidrostática

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Hidrostática

  1. 1. HidrostáticaLa hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado dereposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición.Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienenla propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que loscontiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez.Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su formapuede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a laacción de fuerzas pequeñas.Los principales teoremas que respaldan el estudio de lahidrostática son elprincipio de Pascal y el principio deArquímedes.Principio de PascalEn física, el principio de Pascal es una ley enunciada por elfísico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662).El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobreun fluido no compresible contenido en un recipiente Agua de mar: fluido salobre.indeformable se transmite con igual intensidad en todas lasdirecciones y a todas partes del recipiente.Este tipo de fenomeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa hidráulica la cual funcionaaplicando este principio.Definimos compresibilidad como la capacidad que tiene un fluido para disminuir el volumen que ocupa al ser sometido a la acción de fuerzas. Principio de Arquímedes El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sólido sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desalojado. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará Sistema hidráulico para elevar pesos. sumergido sólo parcialmente.Propiedades de los fluidos
  2. 2. Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características delmismo tanto en reposo como en movimiento.Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.Propiedades primarias o termodinámicas:DensidadPresiónTemperaturaEnergía internaEntalpíaEntropíaCalores específicosPropiedades secundariasCaracterizan el comportamientoespecífico de los fluidos.Viscosidad Definimos viscosidad como la mayor o menorConductividad térmica dificultad para el deslizamiento entre las partículas de un fluido.Tensión superficialCompresiónDensidad o masa específica La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Se denomina con la letra ρ. En el sistema internacional se mide en kilogramos / metro cúbico. Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es: Donde 3 ρ: densidad de la sustancia, Kg/m m: masa de la sustancia, Kg 3 V: volumen de la sustancia, m en consecuencia la unidad de densidad en 3 Densidad de fluidos: cantidad de el Sistema Internacional será kg/m pero es usual 3 masa por volumen. especificar densidades en g/cm , existiendo la equivalencia 3 3 1g cm = 1.000 kg/ m .
  3. 3. La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquierproblema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido.Peso específicoEl peso específico de un fluido se calculacomo su peso por unidad de volumen (o sudensidad por g).En el sistema internacional se mide enNewton / metro cúbico.Presión hidrostáticaEn general, podemos decir que la presiónse define como fuerza sobre unidad desuperficie, o bien que la presión es la Presión hidrostática.magnitud que indica cómo se distribuyela fuerza sobre la superficie en la cual está aplicada.Si una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio (en reposo) el fluido, gas olíquido, ejerce fuerzas normales sobre la superficie.Entonces, presión hidrostática, en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que ejerceun líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.Si la fuerza total (F) está distribuida en forma uniforme sobre el total de un área horizontal (A),la presión (P) en cualquier punto de esa área será 2P: presión ejercida sobre la superficie, N/mF: fuerza perpendicular a la superficie, N 2A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m Mismo nivel, misma
  4. 4. presión. Ahora bien, si tenemos dos recipientes de igual base conteniendo el mismo líquido (figura a la izquierda) , veremosque el nivel del líquido es el mismo en los dos recipientes y la presión ejercida sobre la base esla misma.Eso significa que:La presión es independiente del tamaño de la sección de lacolumna: depende sólo de su altura (nivel del líquido) y dela naturaleza del líquido (peso específico).Esto se explica porque la base sostiene sólo al líquido que estápor encima de ella, como se grafica con las líneas punteadas enla figura a la derecha.La pregunta que surge naturalmente es: ¿Qué sostiene al líquido Presión solo sobre larestante? base.Y la respuesta es: Las paredes del recipiente. El peso de eselíquido tiene una componente aplicada a las paredes inclinadas.La presión se ejerce solo sobre la base y la altura o nivel al cual llega el líquido indica elequilibrio con la presión atmosférica.Ver: PSU: Física; Pregunta 13_2005(2)Presión y profundidadLa presión en un fluido en equilibrio aumenta con la profundidad, de modo que las presionesserán uniformes sólo en superficies planas horizontales en el fluido.Por ejemplo, si hacemos mediciones de presión en algún fluido a ciertas profundidades lafórmula adecuada esEs decir, la presión ejercida por el fluido en un punto situado a una profundidad h de lasuperficie es igual al producto de la densidad d del fluido, por la profundiad h y por laaceleración de la gravedad.Si consideramos que la densidad del fluido permanece constante, la presión, del fluidodependería únicamente de la profundidad. Pero no olvidemos que hay fluidos como el aire o elagua del mar, cuyas densidades no son constantes y tendríamos que calcular la presión en suinterior de otra manera.Unidad de PresiónEn el sistema internacional la unidad es el Pascal (Pa) y equivale a Newton sobre metrocuadrado.La presión suele medirse en atmósferas (atm); la atmósfera se define como 101.325 Pa, y 2equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg (denominada psi).La tabla siguiente define otras unidades y se dan algunas equivalencias. Unidad Símbolo Equivalencia
  5. 5. 5 bar bar 1,0 × 10 Pa 101.325 Pa 1,01325 bar atmósfera atm 1013,25 mbar mm de mmHg 133.322 Pa mercurio Torr torr 133.322 Pa 2 lbf/pulg psi 0,0680 atm 2 kgf/cm 0,9678 atm atm 760,0 mmHg psi 6.894, 75 PaMedidores de presión La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local. Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite Manómetro común. o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferenciaentre la presión del recipiente y la presión atmosférica local.Para diferencias de presión mayores se utiliza el manómetro de Bourdon, llamado así enhonor al inventor francés EugèneBourdon. Este manómetro está formado por un tubo hueco desección ovalada curvado en forma de gancho.Los manómetros empleados para registrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizarsensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presiónatmosférica local, hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar lapresión absoluta. Una lectura negativa del manómetro corresponde a un vacío parcial.Ver: Presión atmosféricaVer: CapilaridadFuentes Internet:http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrost%C3%A1ticahttp://www.fisica.usach.cl/~lhrodrig/fisica1/hidrostb.pdfhttp://www.monografias.com/trabajos35/hidrostatica-hidrodinamica/hidrostatica-hidrodinamica.shtmlhttp://www.luventicus.org/articulos/03A001/index.html
  6. 6. Es propiedad: www.profesorenlinea.cl. Registro Nº 188.540Puede deducirse la expresión anterior a partir de un sencillo experimento(ver vídeo y animación).Un tubo de plástico se cierra por la parte inferior con una arandela degoma. Como puede verse la arandela cae si se suelta la cuerda que lamantiene pegada al tubo, pero permanece en su posición si el tubo esintroducido en un recipiente con agua. Esto indica que el líquido ejerce unafuerza hacia arriba sobre la arandela. Esta fuerza es considerable ya que,como se puede observar, es suficiente para mantener la arandela en susitio aunque el agua que se filtra y va llenando el tubo interior, ejerce supeso sobre ella (columna coloreada).La arandela se desprenderá cuando el peso de la columna de agua se hagaigual a la fuerza que ejerce el fluido hacia arriba.Para calcular esta fuerza calculamos el peso de la columna de agua(cilindro de altura h y área de la base S):Podremos calcular la presión ejercida por el agua hacia abajo sobre laarandela (igual a la ejercida por el fluido hacia arriba) Dividiendo la fuerzaejercida por la superficie sobre la cual se ejerce:Expresión del Principio Fundamental de la Hidrostática

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