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Fuerzas y presiones en fluidos
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4
Esquema de contenidos
Los fluidos y el principio de Arquímedes
SALIRANTERIOR
La pérdida de peso en el agua
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La fuerza de empuje
El principio de Arquímedes
Flotabilidad
Fuerzas ejercidas por fluidos
Las fuerzas en el interior de un fluido
La presión
La presión hidrostática
Principio fundamental de la hidrostática
La botella de Pascal La prensa hidráulica
La presión en los gases
La presión atmosférica
La presión atmosférica y la altitud El principio de Pascal
Para empezar, experimenta y piensa
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El principio de Arquímedes Empuje
Botella llena de agua Globo
Botella llena de aire
Insuflamos aire por la pajita.
Metemos el dedo en el agua sin tocar las
paredes ni el fondo. La balanza indica una masa mayor
La pérdida de peso en el agua
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CuerdaBola
Dinamómetro
Agua destilada
Probeta
Agua destilada
100 cm3
Introducimos la bola hasta la mitad de la
probeta.
141 cm3
Atamos la bola a la cuerda y la pesamos con el dinamómetro.
¿Cuánto pesa el agua que ha desplazado la bola?
41 cm3 de agua desplazados
Densidad del agua dH2O= 1kg/dm3
d = m → m=d·V = 1 kg ·41 ·10-3 dm3 = 41 ·10-3 kgV dm3
P = m·g= 41·10-3 kg ·9,8 m/s2 = 0,4 N
La pérdida de peso de la bola en el agua es:
2 N – 1,6 N = 0,4 N
La fuerza de empuje
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Peso real (en el aire)
Peso aparente (dentro de un líquido)8 N 5 N
Peso Peso
Empuje
La fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que contrarresta el peso del cuerpo se denomina fuerza de empuje.
El principio de Arquímedes
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Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del líquido desalojado.
Bloque de oro de la misma masa que la corona.
Bloque de plata de la misma masa que la corona.
El rey de Siracusa entregó una pieza de oro a un orfebre para que le fabricase una corona.
¿Cómo saber si la corona estaba hecha con el oro entregado?
La densidad del oro y la plata son distintas y, por tanto, los bloques tienen distinto volumen.
La corona no estaba hecha con la pieza de oro.
Más agua desplazada que con el bloque de oro, pero
menos que con el bloque de plata.Desplaza poca
aguaDesplaza
mucha agua
Experiencia de Arquímedes
Flotabiblidad
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P < E
P = E
Peso
Empuje
Peso
Empuje
El cuerpo se hunde
El cuerpo asciende
El cuerpo se mantiene en equilibrio
Peso
Empuje
Globos aerostáticos flotando en el aire.
P > E
Fuerzas ejercidas por fluidos
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1 2
3
Tubo de plástico
Tapa de plástico
Se introduce en un recipiente de agua
La tapa se separa cuando el nivel de agua del interior del tubo coincide
con el del recipiente
Un cuerpo sumergido en un fluido está sometido a una fuerza que actúa en cualquier dirección perpendicular al cuerpo.
La tapa se queda pegada en cualquier dirección
La fuerza aumenta cuanto mayor es la profundidad
La presión
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En cada caso se ejerce la misma fuerza sobre el mismo objeto en dos situaciones diferentes.
¿Por qué el resultado es tan distinto?
Cuanto menor es la superficie sobre la que actúa una fuerza, mayor es su efecto. Este efecto se denomina presión.
La presión que soporta cada punto del cuerpo del faquir es menor cuanto mayor sea el número de clavos.
p = F/S
1 Pa = 1 N / 1 m2
La presión hidrostática
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La presión ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido depende de la columna de fluido que hay sobre el cuerpo.
h
S
Se ejerce una presión debida al peso de la columna de líquido que hay sobre el prisma.
Pesolíquido = mlíquido · g = dlíquido · Vlíquido · g
P = dlíquido· S · h · g
dlíquido· S · h · g dlíquido· h · g
S p
F
S = = =
Principio fundamental de la hidrostática
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Dos puntos que se encuentren sumergidos en un líquido a la misma altura, estarán sometidos a la
misma presión.
A
B
h1
h2
S
La diferencia de presión entre A y B es:p2 - p1 = dlíquido · g · (h2 - h1)
VASOS COMUNICANTES CON LÍQUIDOS INMISCIBLES
Agua
Aceite
hBhA
A B
pA = pB → daceite·g · hA = dagua·g ·hB → daceite ·hA = dagua · hB
La presión atmosférica
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El aire que forma la atmósfera es un gas y ejerce presión sobre cualquier cuerpo que se encuentre en él.
Empuje
Peso
La presión atmosférica y la altitud
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Nivel del mar
A
B
hB
hA
pA = d ·g · hA
pB = d ·g · hB
En la base del edificio
En lo alto del edificio
pB - pA = d ·g · hB – d ·g ·hA = d ·g · (hB – hA)
pB - pA = d ·g · haltura del edificio
La botella de Pascal
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La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos del mismo.
Botella de Pascal
Tapones de goma
Bajamos el émbolo Bajamos el émbolo
AGUA – FLUIDO INCOMPRESIBLE AIRE – FLUIDO COMPRESIBLE
La prensa hidráulica
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F1
→
F2
→
S1
S2p1 = p2
F1
S1 p1 =
F2
S2 p2 =
F2
S2
F1
S1 =
Enlaces de interés
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