Hidrostática La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Su contrapartida es la hidrodinámica , que estudia los fluidos en movimiento. [1] Fluido Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluidez . Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas pequeñas. [2] Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes . Principio fundamental de la Hidrostática El principio fundamental de la hidrostática establece que la presión en un punto del interior de un fluido (presión hidrostática) es directamente proporcional a su densidad, a la profundidad que se encuentre dicho punto y a la gravedad del sitio en el que se encuentre el fluido.[2] 𝑃 = 𝑑∗𝑔∗ℎ (1) donde: P es la presión en un punto del fluido. d es la densidad del fluido g es la gravedad del lugar donde se encuentre el fluido. h es la profundidad Propiedades de los fluidos Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. [3] Densidad 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. [3] Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es: 𝑑= 𝑚 𝑉 (2) Donde d: densidad de la sustancia, Kg/m 3 m: masa de la sustancia, Kg V: volumen de la sustancia, m 3 en consecuencia la unidad de densidad en el Sistema Internacional será kg/m 3 pero es usual especificar densidades en g/cm 3 , existiendo la equivalencia 1g cm 3 = 1.000 kg/ m 3 . La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido. Figura 1. Densidad de fluidos: cantidad de masa por volumen. [3] Peso específico El peso específico de un fluido se calcula como su peso por unidad de volumen (o su densidad por g). En el sistema internacional se mide en Newton / metro cúbico. 𝑃𝑒 = 𝑊 𝑉 (3) Presión hidrostática Figura 2. Presión Hidrostática[3] En general, podemos decir que la presión se define como fuerza sobre unidad de superficie, o bien que la presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie en la cual está aplicada. Figura 3. La fuerza es perpendicular a la superficie[4] Si una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio (en reposo) el fluido, gas o líquido, ejerce fuerzas normales sobre la superficie. Entonces, presión hidrostática, en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un 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 𝑃= 𝐹 𝐴 (4) P: presión ejercida sobre la superficie, N/m 2 F: fuerza perpendicular a la superficie, N A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m 2 Figura 4. Mismo nivel misma presión[5] Ahora bien, si tenemos dos recipientes de igual base conteniendo el mismo líquido (figura 4) , veremos que el nivel del líquido es el mismo en los dos recipientes y la presión ejercida sobre la base es la misma. Figura 5. La presión se ejerce solo en la base[5] Eso significa que: La presión es independiente del tamaño de la sección de la columna: depende sólo de su altura (nivel del líquido) y de la naturaleza del líquido (peso específico). Esto se explica porque la base sostiene sólo al líquido que está por encima de ella, como se grafica con las líneas punteadas en la figura a la derecha. La pregunta que surge naturalmente es: ¿Qué sostiene al líquido restante? Y la respuesta es: Las paredes del recipiente. El peso de ese líquido 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 el equilibrio con la presión atmosférica. Presión y profundidad La presión en un fluido en equilibrio aumenta con la profundidad, de modo que las presiones serán uniformes sólo en superficies planas horizontales en el fluido. Si consideramos que la densidad del fluido permanece constante, la presión, del fluido dependería únicamente de la profundidad. Pero no olvidemos que hay fluidos como el aire o el agua del mar, cuyas densidades no son constantes y tendríamos que calcular la presión en su interior de otra manera. [6] Unidad de Presión En el sistema internacional la unidad es el Pascal (Pa) y equivale a Newton sobre metro cuadrado. 𝑃𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙 = 𝑁 𝑚2 (6) La presión suele medirse en atmósferas (atm); la atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg 2 (denominada psi). Medidores de presión Figura 6. Manómetro común. 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. [7] El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre la presión del recipiente y la presión atmosférica local. PREGUNTAS MARCO CONCEPTUAL Afirmaciones de valor El principal exponente de la hidrostática en general fueron CONCLUSIONES Evangelista Torricelli Blaise Pascal Arquímedes Teorias Presión en la mecánica Propiedad de los fluidos Fuerza de presión bien que la presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie en la cual está aplicada. -Es muy aplicada en prensas hidráulicas, maquinaria pesada y todo trabajo donde exista presión y una fuerza que es perpendicular a su superficie La presión hidrostática varia según la altura en la que se encuentre siendo mayor a mayor profundidad Conceptos Presión: Magnitud física que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie Para un mismo liquido y una misma altura la presión hidrostática es igual sin importar la forma del recipiente ni la cantidad de liquido Presión absoluta : Es la presión atmosférica Volumen: Magnitud métrica escalar definida como la extensión de una región del espacio Peso: Fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto define como fuerza sobre unidad de superficie, o - La presion suele medirse en atmosferas (atm) en el sistema (SI) también viene expresada en Newton metro cudrado que es lo mismo en Pascal (Pa) donde 1 atmosfera es igual a 101.325Pa Principio fundamental de la Hidrostática Principio de Arquímedes Principio de Pascal Densidad: Magnitud escalar, referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia Afirmaciones de valor En general, podemos decir que la presión se La presión hidrostática varía de acuerdo a la altura a la que se encuentre La presión es la misma si esta a una misma altura no importa el recipiente en el que se encuentre Principios MARCO METODOLÓGICO ¿Qué es la presión hidrostática ? ¿En que se aplica la hidrostática? ¿Qué unidad de medidas utiliza en el sistema internacional? PRESION HIDROSTATICA OBJETIVOS Investigar sobre la presión hidrostática Analizar las unidades de medida de la presión hidrostatica Determinar las fórmulas de la presión hidrostática P=d*g*h P=Pe*h P=p*h*g + Po Bibliografia [1]. ROCA VILA , R. “Introducción a la Mecánica de los fluidos" Ed. Limusa ( 1980 ) [2]. LÓPEZ-HERRERA SÁNCHEZ, J. M., HERRADA GUTIÉRREZ, M. A., PÉREZ-SABORID SANCHEZ-PASTOR, M., BARRERO RIPOLL, A. “Mecánica de fluidos: problemas resueltos” Ed. McGraw Hill ( 2005 ) [3]. SHAMES , I. “La mecánica de los fluidos" Ed. McGraw Hill ( 1995) [4]. DAILY , W. ; HARLEMAN , D. “Dinámica de los fluidos con aplicación en ingeniería" Ed. Trillas ( 1975 ) [5]. BARRERO RIPOLL, A., PÉREZ-SABORID SÁNCHEZ-PASTOR, M. ‘’Fundamentos y aplicaciones de la Mecánica de Fluidos’’ Ed. McGraw Hill ( 2005 ) [6]. GILES. R.V. “Mecánica de fluidos e hidráulica” Ed. McGraw Hill ( 1994 ) 532 GIL mec} [7]. BATCHELOR , G. “An introduction to fluid dynamics” Cambridge Univ. Press ( 1967 ) VENNARD , J.K. ; STREET , R.L. "Elementos de Mecánica de fluidos” Ed. Continental ( 1979 ) Preguntas sobre la hidrostatica 1. ¿Qué es la Hidrostática? Es la parte de la Mecánica de los fluidos que estudia a los fluidos, líquidos o gases, en estado de reposo. 2. Normalmente la presión tiene por unidades mediante el (SI) Pascal 3. Cual es el aparato que sirve para medir cualquier tipo de presión El manómetro 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. 4. Es la presión que se manifiesta dentro de los líquidos y depende básicamente se la profundidad. Presión hidrostática 5. ¿En cuál de estos tres estados, las moléculas tienen mayor energía cinética? En el gaseoso, luego le sigue el líquido y finalmente el sólido.
