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FUERZAS Y PRESIONES EN FLUIDOS

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FUERZAS Y PRESIONES EN FLUIDOS

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  1. FUERZAS Y PRESIONES EN FLUIDOS

  2. QUÉ ES UN FLUIDO • Un fluido es un cuerpo cuyas partículas cambian de posición con facilidad. Existen dos tipos de fluidos: • Líquidos.- Se caracterizan por no tener forma propia, adoptando la del recipiente que los contiene, no obstante sí que tienen volumen propio por lo que apenas se pueden comprimir. • Gases.- Se caracterizan por no tener ni forma ni volumen propio. Son fácilmente comprimibles.

  3. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES 4 kg de oro 4 kg de plata 4 kg 3,793 kg 3,646 kg 3,720 kg 207 ml de agua 354 ml de agua 280 ml de agua 4 – 0,207 = 3,793 kg 4 – 0,354 = 3,646 kg 4 – 0,280 = 3,720 kg Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso del fluido desalojado. empuje = peso real – peso aparente

  4. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Peso aparente = peso real – empuje Peso > Empuje Peso = Empuje Peso < Empuje Tanque de aire comprimido Tanque de lastre Interior (zona para tripulación y carga)

  5. PRESIÓN • La presión es la relación entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la que se aplica. • En el sistema internacional la unidad es el Pascal que es la presión ejercida por una fuerza de 1 Newton cuando se aplica sobre una superficie de 1 m2. P = F / S 1 Pa = 1 N / 1 m2

  6. PRESIÓN HIDROSTÁTICA • En un líquido la presión aumenta con la profundidad, como pone de manifiesto esta experiencia. • Esta presión vendrá determinada por el peso del agua que queda por encima de cada orificio. • En el ejemplo de la figura se trata de un cilindro, por lo tanto el peso del líquido será: • Peso = m · g = d · g · V = d · g ·  · R2 · h • En consecuencia la presión será: • P = Peso / S = d ·  · R2 · h · g /  · R2 = d · g · h Presión hidrostática = d · g · h • Esta fórmula pone de manifiesto que la presión en el seno de un líquido no depende de la cantidad de líquido que hay por encima sino solamente de su altura. • Con esta experiencia Pascal sorprendía e ilustraba a sus conciudadanos acerca de esta circunstancia, haciendo reventar el tonel con el agua que cabía en un estrecho tubo.

  7. PRESIÓN HIDROSTÁTICA • De este modo dos puntos que se encuentren sumergidos en un líquido a la misma profundidad tendrán la misma presión. • En caso de que en un tubo en U con líquidos de distinta densidad el nivel del líquido con menor densidad quedará por encima del nivel del líquido de mayor densidad. P = dA · g · hA P = dB · g · hB

  8. PRESIÓN HIDROSTÁTICA • Por otra parte el hecho de que los líquidos sean prácticamente incompresibles hace que si tenemos un líquido encerrado en un recipiente se cumpla el principio de Pascal. Principio de Pascal: La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente en todas direcciones. • Son importantes aplicaciones de este principio la prensa hidráulica o los frenos hidráulicos. En ambos casos se consigue un efecto multiplicador de la fuerza ejercida. S1 S2 = F1 / S1 F2 / S2

  9. PRESIÓN EN LOS GASES • Los gases son también fluidos, por lo tanto lo que hemos dicho para los líquidos también vale para los gases. El problema está en que al ser fluidos compresibles su densidad varía con las condiciones y no resulta fácil medir la presión en el interior de un gas. • Y aunque no seamos muy conscientes de ello nosotros vivimos inmersos en una mezcla de gases: la atmósfera. Vamos a estudiar algunos aspectos interesantes de la misma. • ¿El aire pesa? • ¿Cuánto pesa el aire?

  10. PRESIÓN ATMOSFÉRICA • La variación de la densidad del aire con la temperatura y la altitud hace que la presión atmosférica no tenga un valor constante. • En 1643 Evangelista Torricelli, utilizando mercurio como líquido de referencia, midió la presión atmosférica a nivel del mar y determinó su valor estándar: 1 atmósfera = 760 mm de Hg.

  11. PRESIÓN ATMOSFÉRICA • Esta presión, al igual que ocurre en los líquidos, actúa por igual en todas direcciones, lo que explica los siguientes hechos: 3 La presión atmosférica nos ayuda a succionar en el caso del recipiente número 1. Sin su ayuda no podemos succionar en el recipiente número 2 pues no se puede deformar. En el caso del recipiente número 3, que sí se puede deformar, también nos ayuda la presión atmosférica.

  12. PRESIÓN ATMOSFÉRICA • Observa los fenómenos siguientes en los que está implicada la presión atmosférica. • Un caso especialmente llamativo es el de los hemisferios de Magdeburgo, protagonizada por Otto de Guericke en 1654.