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.
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.
Los
principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática
son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. Tiene como
objetivo estudiar los líquidos en reposo. Generalmente varios de sus
principios también se aplican a los gases. El término de fluido se
aplica a líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes.
No obstante conviene recordar que un gas puede comprimirse con
facilidad, mientras un líquido es prácticamente incompresible.
La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el
área (A) de la siguiente forma:
P=F/A
La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente:
P = Po
+ ρgy
Siendo:
P: Presión total
Po: Presión
superficial
ρ: Densidad del fluido
g: Intensidad gravitatoria
de la Tierra
y: Altura neta
Las características de los líquidos son las siguientes:
- a) Viscosidad. Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.
- b) Tensión Superficial. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre moléculas de un líquido.
- c) Cohesión. Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.
- d) Adherencia. Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto.
- e) Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados llamados capilares.
El
principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático
francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: «el
incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido
incompresible (generalmente se trata de un líquido incompresible),
contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo
valor a cada una de las partes del mismo».
Es
decir, que si se aplica presión a un liquido no comprimible en un
recipiente cerrado, ésta se transmite con igual intensidad en todas
direcciones y sentidos. Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por
ejemplo, en la prensa hidráulica o en el gato hidráulico; ambos
dispositivos se basan en este principio. La condición de que el
recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la
presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de
transmitirse a todos los puntos del líquido.
El
principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que
se encuentre sumergido total o parcialmente (depositado) en un fluido
será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso
del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto
no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho
fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente
del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.
Propiedades primarias o termodinámicas:
Densidad
Presión
Temperatura
Energía interna
Entalpía
Entropía
Calores específicos
Propiedades secundarias
Caracterizan el comportamiento específico de los
fluidos.
Viscosidad
Conductividad térmica
Tensión superficial
Compresión
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.
Cuando
se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo
es:
Donde
ρ:
densidad de la sustancia, Kg/m3
m:
masa de la sustancia, Kg
V:
volumen de la sustancia, m3
en
consecuencia la unidad de densidad en el Sistema
Internacional
será kg/m3
pero es usual especificar densidades en g/cm3,
existiendo la equivalencia
1g
cm3 = 1.000 kg/ m3.
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.
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.
Presión hidrostática
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.
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: presión ejercida sobre la superficie, N/m2
F: fuerza perpendicular a la superficie, N
A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m2
 |
|
Mismo nivel, misma presión.
|
 |
|
Presión solo sobre la base.
|
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.
Por ejemplo, si hacemos mediciones de presión en algún fluido a ciertas profundidades la fórmula adecuada es
Es decir, la presión ejercida por el fluido en un punto situado a una profundidad h de la superficie es igual al producto de la densidad d del fluido, por la profundiad h y por la aceleración de la gravedad.
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.
Unidad de Presión
En el sistema internacional la unidad es el Pascal (Pa) y equivale a Newton sobre metro cuadrado.
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/pulg2 (denominada psi).
La tabla siguiente define otras unidades y se dan algunas equivalencias.
|
Unidad |
Símbolo |
Equivalencia |
|
bar |
bar |
1,0 × 105 Pa |
|
atmósfera |
atm |
101.325 Pa 1,01325 bar 1013,25 mbar |
|
mm de mercurio
|
mmHg |
133.322 Pa |
|
Torr |
torr |
133.322 Pa
|
|
lbf/pulg2 |
psi |
0,0680 atm |
|
kgf/cm2 |
|
0,9678 atm |
|
|
atm |
760,0 mmHg |
|
|
psi |
6.894, 75 Pa |
Medidores de presión
 |
|
Manómetro común.
|
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.
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.
Para diferencias de presión mayores se utiliza el manómetro de Bourdon, llamado así en honor al inventor francés Eugène Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo hueco de sección ovalada curvado en forma de gancho.
Los manómetros empleados para registrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.
Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa del manómetro corresponde a un vacío parcial.
Ejemplos
Calcula la presión a una profundidad
de 20 metros en el mar sabiendo que la densidad del agua del mar es
de 1,03 kg/L.
Aplicamos la expresión p = d · g ·
h, antes de nada debemos pasar la densidad del agua de mar a kg/m3,
para
ello utilizamos factores de
conversión:
Por tanto: p = d · g · h = 1030 ·
9,8 · 20 = 201880 Pa
Calcula la fuerza que actúa sobre una
chapa cuadrada de 10 cm de lado sumergida en agua a una profundidad
de 40 cm. Densidad del agua 1000 kg/m3.
Calculamos la presión a esa
profundidad: p = d · g · h = 1000 · 9,8 · 0,4 = 3920 Pa
y ahora despejamos la fuerza de la
ecuación de definición de la presión: Þ
Debemos calcular la superficie de la
chapa que como es un cuadrado será 0,1 · 0,1 = 0,01 m2
Y ya podemos calcular la fuerza sobre
la chapa F = p · S = 3920 · 0,01 = 39,2 N
Ejercicios
1. ¿Qué fuerza actúa sobre la
espalda de un buceador si bucea a 3 m de profundidad en agua dulce y
su espalda tiene una superficie de 0,3 m2?
2. Un submarino puede bajar hasta los
2000 m de profundidad en agua dulce, calcula la presión que soporta.
¿A qué profundidad podría bajar si se sumerge en mercurio que
tiene una densidad de 13600 g/L?
3. ¿Con qué fuerza hay que tirar para
quitar el tapón de una bañera llena de agua hasta los 80 cm si el
tapón es circular y de radio 3 cm?
Soluciones:
1. 8820 N
2. 19,6 · 107 Pa; 147 m
3. 22,17 N
Aplicabilidad del Tema:
Este tema debe ser
conocido ya que En
la vida diaria hay muchas aplicaciones:
El gato hidráulico para levantar vehículos la jeringa hipodérmica
El medidor de presión de neumáticos de vehículos
El medidor de presión arterial de las personas
El atomizador de perfumes
El gato hidráulico para levantar vehículos la jeringa hipodérmica
El medidor de presión de neumáticos de vehículos
El medidor de presión arterial de las personas
El atomizador de perfumes
La
aplicación que debe tener para la vida
Parte
de la mecánica que estudia el equilibrio de los fluidos
Un fluido es una sustancia que continuamente se deforma (fluye) bajo la aplicación de fuerzas, sin importar su magnitud, de tal manera que carece de forma propia y adopta la del recipiente que lo contiene. Los fluidos incluyen a los líquidos y gases, e incluso plasmas y sólidos plásticos. La deformación o flujo de fluidos es una constante en la vida de todos los seres vivos. La sangre que se mueve por nuestras venas y el aire que fluye hacia nuestros pulmones son dos ejemplos típicos y a su vez importantes de este fenómeno. Los vehículos que se mueven por todo el planeta a través del aire, lagos y océanos, y que son impulsados por combustibles que fluyen y reaccionan en sus motores, son ejemplos de que el flujo de fluidos facilita la vida diaria. En realidad, muchos de los fenómenos ambientales y procesos de la industria no podrían ser enfrentados sin un detallado conocimiento de la dinámica de fluidos.
Un fluido es una sustancia que continuamente se deforma (fluye) bajo la aplicación de fuerzas, sin importar su magnitud, de tal manera que carece de forma propia y adopta la del recipiente que lo contiene. Los fluidos incluyen a los líquidos y gases, e incluso plasmas y sólidos plásticos. La deformación o flujo de fluidos es una constante en la vida de todos los seres vivos. La sangre que se mueve por nuestras venas y el aire que fluye hacia nuestros pulmones son dos ejemplos típicos y a su vez importantes de este fenómeno. Los vehículos que se mueven por todo el planeta a través del aire, lagos y océanos, y que son impulsados por combustibles que fluyen y reaccionan en sus motores, son ejemplos de que el flujo de fluidos facilita la vida diaria. En realidad, muchos de los fenómenos ambientales y procesos de la industria no podrían ser enfrentados sin un detallado conocimiento de la dinámica de fluidos.
Conocer este la Hidrostática mejora la apreciación de la vida ya que
está presente en
muchos aspectos de nuestra vida cotidiana aunque no nos percatemos de
ello. Por ejemplo en los automóviles, El gato hidráulico para
levantar vehículos la jeringa hipodérmica El medidor de presión
de neumáticos de vehículos
El medidor de presión arterial de las personas
El atomizador de perfumes.
El medidor de presión arterial de las personas
El atomizador de perfumes.
EJERCICIOS RESPIRATORIOS
1. Pacientes
en posición bípeda, terapeuta sostiene por detrás el tronco del
paciente con la pierna del terapeuta empuja hacia fuera, la pierna del
paciente logrando que este se sumerja hasta la parte superior de la
boca y posteriormente realice una exploración y haga burbujas en el
agua botando el aire por la boca y luego por la nariz.
EJERCICIOS DE FOOTALECIMIENTO PARA MIEMBRO SUPERIOR
1. Paciente
en posición bípeda un terapeuta sostiene el tronco del paciente, en la
parte posterior, el otro terapeuta le coloca un aditamento en manos del
paciente, para lograra una extensión de los dedos. Posteriormente el
paciente debe realizar movimientos de flexo extensión, abducción y
aducción de hombro.
2. Paciente
en bípedo con flexión de codo a 90º el terapeuta sostiene el tronco del
paciente quien realizará rotación interna y externa de hombro.
3. Paciente en bípedo terapeuta por detrás del paciente, sostener tronco, se le pedirá que realice flexo extensión de codo.
4. Paciente
en supino terapeuta sostiene el tronco del paciente y el otro terapeuta
le indica que intente llevar el mentón hasta tocar el pecho.
5. La misma posición del anterior, pero ahora pidiéndole al paciente que con el mentón toque su hombro derecho e izquierdo.
6. Paciente en prono el terapeuta sostiene el tronco del paciente y pedirle que lleve el mentón al pecho tomando aire.
Pienso que este tema debería enseñarse a partir del 3er año ya que tiene que ver mucho con la asignatura de fisica.
CONCLUSIÓN
La
presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un
fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es
la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede
aparecer una presión hidrodinámica relacionada con la velocidad del
fluido.
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies.
Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo.
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies.
Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo.
