I. INDICE

II. INTRODUCCIÓN

El término Hidrostática se refiere al estudio de fluidos en reposo. Un fluido es

una sustancia que pude escurrir y que puede cambiar de forma debido a la

acción de pequeñas fuerzas. Por lo tanto, el término fluido incluye a los liquidos

y gases.

Los fluidos que existen en la naturaleza siempre presentan una especie de

fricción interna o viscosidad que complica un poco su movimiento. Sustancias

como el agua y el aire presentan muy poco viscosidad (escurren fácilmente),

mientras que la miel y la glicerina tienen viscosidad elevada.

En este documento no habara necesidad de considerar viscosidad porque solo

nos ocuparemos de los fluidos en reposo, y la viscosidad únicamente se

manifiesta cuando se mueven o fluyen estas sustancias.

Para el estudio de la hidrostática es indispensable el conocimiento de dos

cantidades: la presión y la densidad. Es por ello que iniciaremos analizando

ambos conceptos. La presión de una fuerza F sobre un área A esta dada por

P = F/A.

Cuanto menor sea el área sobre el cual actúa una fuerza, tanto mayor será la

acción que produzca.

Esperamos que nuestro trabajo sirva de mucha ayuda a los leyentes para

poder

III. HIDROESTÁTICA

III.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS FLUIDOS

Los objetos de nuestro entorno inmediato los encontramos en estado sólido, en estado líquido o como gases. Los sólidos se caracterizan por poseer una forma y un volumen propio y estable; los líquidos, en cambio, si bien poseen un volumen definido, se depositan en el fondo de los recipientes, adaptándose a la forma de estos; y los gases no poseen ni forma ni volumen propio, ocupando todo el espacio que tienen disponible.

Esta definición, si bien es útil para muchos casos, con frecuencia resulta un tanto vaga. Esto se advierte cuando nos preguntamos, ¿en qué estado se encuentra la jalea de un postre? o ¿en qué estado nos encontramos nosotros? o ¿en qué estado se encuentra el aire de la atmósfera considerada globalmente?

Por otra parte, si preguntamos en qué estado se encuentra el vidrio de una ventana o de un vaso, la respuesta será unánime: sólido. Sin embargo, se ha observado que en los ventanales de antiguas catedrales los vidrios son más gruesos abajo que arriba; es decir, lentamente se están derramando, como se ilustra en la figura 28. Así, incluso algo que nos parece muy sólido podría corresponder, como en este caso, a un líquido altamente viscoso. Las definiciones, aunque útiles, no siempre se prestan para ser seguidas a ciegas.

Los objetos que mejor se comportan como un sólido son los cristales de diamante, pero incluso éstos pueden ser alterados. En definitiva, los conceptos de sólido, líquido y gas son un tanto relativos y dependen de las circunstancias en que se encuentre la materia. Nosotros consideraremos el vidrio de una ventana o la madera de la cubierta de una mesa como sólidos por cuanto durante el tiempo en que los podemos considerar, para el análisis de una situación o un experimento, conservan prácticamente inalterada su forma.

El que un material se encuentre en alguno de estos estados depende principalmente de la temperatura que tenga y ello se debe a las fuerzas de cohesión entre átomos y entre moléculas. Los sólidos, átomos y moléculas vibran entre posiciones bien definidas, ya que las fuerzas de cohesión entre ellos son muy grandes. En los líquidos, las moléculas están un poco más separadas, de modo que presentan cierta libertad de movimiento. En los gases, en cambio, las moléculas están a distancias tan grandes unas de otras que las fuerzas de cohesión prácticamente no existen. En algunos casos (gases ideales), incluso se pueden despreciar.

En esta unidad nos preocuparemos de comprender el comportamiento de los fluidos, término genérico que incluye a líquidos y gases; es decir, materiales en que átomos y moléculas pueden moverse con cierta facilidad unos respecto de otros. Al estudio de un fluido que está en reposo (agua quieta en un vaso, aire cuando no hay viento, etc.) se denomina hidrostática, y cuando se estudia un fluido que está en movimiento o algo que se mueve en éste (agua corriendo por un río o saliendo de una cañería, avión en vuelo, etc.) se habla de hidrodinámica.

III.2. PRESIÓN

III.2.1. Concepto

Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo esté repartida sobre la superficie del cuerpo.

Así, un golpe de martillo sobre un clavo bien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo haría otro clavo sin punta que recibiera el mismo impacto. Un individuo situado de puntillas sobre una capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igual peso que calce raquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sin dificultad.

La presión depende no sólo de la magnitud de la fuerza, sino de la superficie sobre la cual se ejerce dicha fuerza. Un clavo afilado penetra más que otro, recibiendo los dos el mismo golpe de martillo

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión:

(5.4)

La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.

III.2.2. Presión en líquidos

El concepto de presión es muy general y por ello puede emplearse siempre que exista una fuerza actuando sobre una superficie. Sin embargo, su empleo resulta especialmente útil cuando el cuerpo o sistema sobre el que se ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia y constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es más adecuado utilizar el concepto de presión que el de fuerza.

Cuando un fluido está contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre sus paredes y, por tanto, puede hablarse también de presión. Si el fluido está en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares a cada porción de superficie del recipiente, ya que de no serlo existirían componentes paralelas que provocarían el desplazamiento de la masa de fluido en contra de la hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficie determina la dirección de la fuerza de presión, por lo que el

cociente de ambas, que es precisamente la presión, resulta independiente de la dirección; se trata entonces de una magnitud escalar.

III.2.3. Presión atmosférica

Como bien sabemos, la tierra está envuelta por una capa gaseosa llamada atmosfera, la misma que está compuesta por una mezcla de gases: Nitrógeno, oxigeno, argón, anhídrido carbónico, hidrógeno, etc.

La Presión atmosférica es a todo ello a que llamamos aire. Este inmenso océano de aire tiene peso, y por lo tanto ejerce presión sobre cualquier punto ubicado en su interior, de modo que es al nivel del mar done esta presión es máxima, y va disminuyendo a medida que aumentamos la altura respecto de aquel.

Es la fuerza que el peso de la columna de atmósfera por encima del punto de medición ejerce por unidad de área. La unidad de medición en el sistema métrico decimal es el hectoPascal (hPa) que corresponde a una fuerza de 100 Newton sobre un metro cuadrado de superficie. La variación de la presión con la altura es mucho mayor que la variación horizontal, de modo que para hacer comparables mediciones en lugares distintos, hay que referirlas a un nivel común (usualmente el nivel del mar).

III.2.4. Unidades de presión

En el SI la unidad de presión es el pascal, se representa por Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un newton de intensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metro cuadrado. 1 Pa equivale, por tanto, a 1 N/m2.

Existen, no obstante, otras unidades de presión que sin corresponder a ningún sistema de unidades en particular han sido consagradas por el uso y se siguen usando en la actualidad junto con el pascal. Entre ellas se encuentran la atmósfera y el bar.

La atmósfera (atm) se define como la presión que a 0 C ejercería el peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura y 1 cm2 de sección sobre su base.

Es posible calcular su equivalencia en N/m2 sabiendo que la densidad del mercurio es igual a 13,6 · 103 kg/m3 y recurriendo a las siguientes relaciones entre magnitudes:

Peso (N) = masa (kg) · 9,8 m/s2Masa = volumen · densidad

Como el volumen del cilindro que forma la columna es igual a la superficie de la base por la altura, se tendrá:

es decir:

1 atm = 1,013 · 105 Pa.

El bar es realmente un múltiple del pascal y equivale a 105 N/m2. En meteorología se emplea con frecuencia el milibar (mb) o milésima parte del bar · 1 mb = 102 Pa.

1 atm = 1 013 mb

III.3. PRINCIPIO DE PASCAL Y LA PRENSA HIDRÁULICA

El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.1

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

También podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.

III.3.1.Prensa hidráulica

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado.Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite.

Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerce una fuerza  F1 la presión  p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección S2, es decir:

con lo que las fuerzas serán:

con S1 < S2. Por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones:

El funcionamiento de la prensa hidráulica ilustra el principio de pascal

III.4. PRINCIPIO DE ARQUIMENES

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:

o bien

Donde  E  es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales2 y descrito de modo simplificado3 ) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

Ejemplo del Principio de Arquímedes: El volumen adicional en la segunda probeta corresponde al volumen desplazado por el sólido sumergido (que naturalmente coincide con el volumen del sólido).

IV. EJERCICIOS RESUELTOS

V. EJERCICIOS PROPUESTOS

ANEXOS

REFERENCIAS

http://es.slideshare.net/guestfa9876/hidrostatica-unidad-ii-iii-en-pdf

http://fisica-2.wikispaces.com/file/view/HIDROST%C3%81TICA.pdf

http://www.cam.educaciondigital.net/fisica/apuntes/hidrostatica.pdf

https://www.google.com.pe/webhp?ie=UTF-

8&rct=j#q=hidroestattica+pdf

http://www3.uah.es/gifa/documentos/IFA/Transparencias_IFA/

tema_5_ifa.pdf

http://es.slideshare.net/guestfa9876/hidrostatica-unidad-ii-iii-en-pdf

http://www.natureduca.com/fis_estaflu_presion01.php

https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal

https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes