decoración lineal
  ATRAS:  
decoración lineal
   
 
Presión Hidrostática

 

La presión dentro de un fluido, depende de densidad del líquido donde se esté trabajando y de la profundidad, según la siguiente expresión :

Para la realización de las experiencias, se disponen de los siguientes líquidos: etanol, agua, tetracloruro de carbono, benceno y un líquido desconocido. Podemos variar la profundidad a la que se mide la presión, y medir la presión ejercida, en el manómetro. Con estos datos, seremos capaces de calcular la densidad de los líquidos desconocidos.

La inmensa mayoría de los materiales presentes en la Tierra se encuentran en estado fluido, ya sea en forma de líquidos o de gases. No sólo aparecen en dicho estado las sustancias que componen la atmósfera y la hidrosfera (océanos, mares, aguas continentales), sino también buena parte del interior terrestre. Por ello, el estudio de las presiones y propiedades hidrostáticas e hidrodinámicas tiene gran valor en el marco del conocimiento del planeta.

Los fluidos

Se denomina fluido a toda sustancia que tiene capacidad de fluir. En esta categoría se encuadran los líquidos y los gases, que se diferencian entre sí por el valor de su densidad, que es mayor en los primeros. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa:

La densidad es un valor escalar y sus unidades son kg/m3 en el Sistema Internacional.

Propiedades de los fluidos

Los gases y los líquidos comparten algunas propiedades comunes. Sin embargo, entre estas dos clases de fluidos existen también notables diferencias:

  • Los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene, mientras que los líquidos adoptan la forma de éste pero no ocupan la totalidad del volumen.
  • Los gases son compresibles, por lo que su volumen y densidad varían según la presión; los líquidos tienen volumen y densidad constantes para una cierta temperatura (son incompresibles).
  • Las moléculas de los gases no interaccionan físicamente entre sí, al contrario que las de los líquidos; el principal efecto de esta interacción es la viscosidad

Presión hidrostática

Dado un fluido en equilibrio, donde todos sus puntos tienen idénticos valores de temperatura y otras propiedades, el valor de la presión que ejerce el peso del fluido sobre una superficie dada es:

siendo P la presión hidrostática, ρ la densidad del fluido, g la aceleración de la gravedad y h la altura de la superficie del fluido. Es decir, la presión hidrostática es independiente del líquido, y sólo es función de la altura que se considere.

Por tanto, la diferencia de presión entre dos puntos A y B cualesquiera del fluido viene dada por la expresión:

La diferencia de presión hidrostática entre dos puntos de un fluido sólo depende de la diferencia de altura que existe entre ellos.

Principio de Pascal. Prensa hidráulica

En un fluido en equilibrio, la presión ejercida en cualquiera de sus puntos se transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Esta ley, denominada Principio de Pascal, tiene múltiples aplicaciones prácticas y constituye la base teórica de la prensa hidráulica.

Esquema de una prensa hidráulica: un recipiente relleno de líquido con dos émbolos de distinta superficie.

 

Al aplicar una fuerza F1 sobre el primer émbolo, se genera una presión en el fluido que se transmite hacia el segundo émbolo, donde se obtiene una fuerza F2. Como la presión es igual al cociente entre la fuerza y la superficie, se tiene que:

Como S2 > S1, la fuerza obtenida en el segundo émbolo es mayor que la que se ejerce en el primero. Por ello, con una prensa hidráulica es posible alzar grandes pesos aplicando fuerzas pequeñas o moderadas

.

Sistemas hidráulicos

El principio de la prensa hidráulica se aplica en numerosos dispositivos prácticos, como los gatos o elevadores hidráulicos, la grúa hidráulica y los frenos hidráulicos de los automóviles.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623-1662) fue un notable filósofo y matemático francés que descubrió el principio de la prensa hidráulica. También se le considera fundador de la teoría de las probabilidades.

¿Cómo medimos la presión?

La presión puede medirse con dos dispositivos: El manómetro de tubo abierto y el barómetro.

La siguiente figura muestra un manómetro, que como se observa es un tubo en U, que contiene mercurio en su interior, uno de sus extremos esta abierto a la atmósfera y el otro se conecta al recipiente en donde se quiere medir la presión, el tubo en U funciona como deposito a través del cual se transmite la presión.

Observamos que de un lado actúa la presión en el recipiente y en el otro extremo la presión atmosférica y el peso de la columna del líquido, hasta que ambas alcanzan el equilibrio.

La presión en el recipiente será entonces equivalente a la presión atmosférica más la diferencia de la presión en la columna de mercurio.

P = Patm + ρgh

Donde p se denomina presión absoluta.

El manómetro solo registra la presión que sobrepasa a la presión atmosférica, esta se obtiene midiendo la diferencia de altura en la columna de mercurio calculando la presión de la columna de mercurio, que se denomina presión manométrica y que se suma a la presión atmosférica.

P = Patm + Pman

La presión atmosférica se mide con un barómetro, este es un dispositivo inventado por Evangelista Torricelli (1608-1647), consiste en un tubo cerrado en uno de sus extremos, con una longitud de un metro, el cual es llenado de mercurio y que posteriormente se invierte dentro de en un deposito, parte del mercurio se derrama  pero como se observa en la figura, llega un momento en que la presión que ejerce el aire sobre el mercurio en la superficie del deposito se equilibra con la columna de mercurio, en ese momento la presión de la columna de mercurio es equivalente a la presión atmosferica.

Patm = ρgh

A nivel del mar y a una temperatura de 0o C la columna se equilibrara a 76 cm, a esta cantidad se le denomina una atmósfera estándar, y es equivalente a 101.3 kPa.

Debe tomarse en cuenta que bajo diferentes condiciones la presión atmosférica varia, por ejemplo en la ciudad de México la columna de mercurio se equilibraría a 58 cm de mercurio, lo que indica una presión atmosférica menor que a nivel del mar. Esto significa que la presión atmosférica disminuye con la altitud.

¿Qué tan grande es la presión atmosférica?

“A mediados del siglo XVII los habitantes de Regensburg y los poderosos príncipes de Alemania, encabezados por su emperador , llegados a esta ciudad, fueron testigos de un espectáculo extraordinario: 16 caballos, tirando con todas sus fuerzas, intentaron inútilmente separar dos semiesferas de cobre unidas entre sí por simple contacto. ¿Qué unía entre sí a estas dos semiesferas? “Nada”, el aire. Y no obstante, ocho caballos tirando hacia un lado y ocho tirando hacia otro no pudieron separarlas. De esta forma el burgomaestre Otto Von Guernicke demostró públicamente que el aire es algo que tiene peso y que presiona con bastante fuerza sobre todos los objetos que hay en la tierra”

Como se observa en este experimento clásico, conocido como los “hemisferios de Magdeburgo”, la fuerza de la presión atmosférica es muy grande.

La presión en el cuerpo humano:

El cuerpo humano tiene que soportar la presión atmosférica, algunas veces un cambio de presión muy brusco puede provocarnos molestias, por ejemplo cuando subimos o bajamos en un automóvil por una región montañosa, la presión del aire exterior varia de tal manera que en el aire en el oído esta a una  presión diferente, seto puede provocar dolor a menos que se busque equilibrar la presión, esto se logra tragando o bostezando con la boca abierta, para abrir la trompa de Eustaquio y permitir que salga el aire a una presión diferente, en general no se recomienda taparnos la nariz y “soplar” pues podríamos introducir mucosidad en el oído interno, y esto en caso de tener una enfermedad en la garganta transmitiría la infección al oido”