Fuerzas y Presiones en Fluidos

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Tema 5.- Fuerzas y Presiones en Fluidos
Fluidos
Líquidos
Gases
Débiles
Nulas
En zig-zag
Movimiento Browniano
Desorden
Natural.- Esférica
Sometido a Fuerzas.- la del recipiente
Constante
Incompresibles
En todas direcciones
Trayectorias rectas
Caos
El del recipiente
Compresibles y Expansibles
Relativamente grande
Pequeña
Fuerzas de Cohesión
Movimiento de las Moléculas
F o r ma
Volumen
Densidad
La del recipiente
Presión
Es la relación entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la que actúa
F
P=
S
N
Pa=
m2
1
kp
= 98.000 Pa
cm2
1 atm = 101.300 Pa = 760 mm Hg
1 bar = 1.000 mb = 100.000 Pa
Densidad
Propiedad característica de cada sustancia
d=
m
V
kg
m3
Presión Hidrostática
Hidrostática

Líquidos en Reposo
Presión que ejerce un líquido en virtud de su peso sobre la superficie de todo cuerpo en
contacto con él
La presión es una magnitud escalar (sin dirección y sentido), mientras que la fuerza
que se crea contra las paredes es una magnitud vectorial (dirección perpendicular a la
superficie y sentido hacia fuera)
Vasos Comunicantes
Los puntos que están a la misma profundidad tienen la misma presión
hidrostática y, para que eso ocurra, todas las columnas líquidas que están encima
de ellos deben tener la misma altura
Principio Fundamental de la Hidrostática
La diferencia de presión entre dos puntos de una masa líquida es numéricamente igual al peso de una columna de
ese líquido, de base la unidad y de altura la diferencia de alturas entre los dos puntos considerados (Teorema de
Lagrange). Es decir, la presión hidrostática en un punto del interior de un líquido es directamente proporcional a
la densidad del fluido, a la profundidad, y a la gravedad.
PH = d · g · h
Pa =
N
m2
En un líquido homogéneo todos los puntos situados a la misma profundidad tienen la misma presión
Bárbara Cánovas Conesa
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Física _ 4º ESO
Teorema de Pascal
La presión ejercida sobre un punto de un líquido se transmite con la misma intensidad en todas las direcciones y
sentidos
Prensa Hidráulica
Dos vasos comunicantes de secciones muy distintas
Al aplicar una presión en el émbolo más pequeño, ha
de transmitirse con la misma intensidad al émbolo de
mayor tamaño
pA
pB
fA
FB
“Gato Hidráulico”
pA = pB
→
fA
FB
=
SA
SB
→ FB = f A ·
SB
SA
SA
SB
Frenos Hidráulicos
La presión ejercida sobre el pedal se transmite a las zapatas, que presionan sobre la parte inferior del tambor de
las ruedas
disco
giratorio
zapata
pedal
émbolo
cilindro
Teorema de Arquímedes
Todo sólido sumergido (total o parcialmente) en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al
peso del fluido desalojado
FEmpuje = magua desalojada · g


Centro de Gravedad del sólido.- punto de aplicación del peso
Centro de Empuje del líquido.- punto de aplicación del empuje, coincide con el centro de gravedad del
líquido desalojado
Flotación
empuje



d cuerpo > d fluido: el peso es mayor que el empuje máximo (cuando todo el
cuerpo está sumergido). El cuerpo se va al fondo.
d cuerpo = d fluido: el peso es igual al empuje máximo. El cuerpo queda sumergido
y en equilibrio entre dos aguas.
d cuerpo < d fluido: el peso del cuerpo es menor que el empuje máximo y no se
sumerge todo el cuerpo. Sólo permanece sumergida la parte de él que provoca
un empuje igual a su peso. Este estado de equilibrio se llama flotación.
peso
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Tema 5.- Fuerzas y Presiones en Fluidos
Equilibrio de Cuerpos Flotantes


El peso y el empuje tienen que ser iguales
El centro de gravedad y el empuje tienen que estar en
la misma vertical
Metacentro
E
Para que el equilibrio sea estable, además:


E
El centro de gravedad tiene que estar más bajo que el
centro de empuje.- punto de aplicación del peso
Si se desplaza el centro de empuje, la dirección del
empuje ha de cortar al eje de simetría del cuerpo en un
punto (metacentro) por encima del centro de gravedad
P
P
Peso Aparente de los Cuerpos
PAparente = PReal - Empuje
→ maparente · g = mreal ·g – V ·d · g
PAparente : sumergido
PReal : en el vacío ~ en el aire
Presión Atmosférica
Presión que ejerce la atmósfera en virtud de su peso sobre la superficie de los cuerpos en contacto con ella
Se ejerce en todas direcciones y sentidos perpendicularmente a la superficie de los cuerpos
Variaciones con la altura
Hasta 2.000 m de altitud sobre el nivel del mar, se cumple que por cada 10 m de ascenso la presión atmosférica
disminuye 1 mm de Hg
Compresibilidad de gases. Ley de Boyle-Mariotte
Ley de Boyle-Mariotte.- para una
misma masa gaseosa y a
temperatura constante, son
inversamente proporcionales la
presión que ejerce un gas y el
volumen que ocupa
Presión
Para una misma masa gaseosa y a
temperatura constante, es constante
el producto de la presión que soporta
el gas por el volumen que ocupa
P
V
2·P
V/2
3·P
V/3
Volumen
Hipérbola equilátera
'
p · V = p' · V = ⋯ = k
p
V'
=
p'
V
Variación de la Densidad de los Gases con la Presión
A temperatura constante, la masa específica de un gas es directamente proporcional a la presión a la que está
sometido
d
p
=
d'
p'