Presión Hidrostática

Protocolo 3

Universidad de Cartagena

Salud Ocupacional

Daniel Sanchez Castilla

LA PRESIÓN 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.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 fuerzaspequeñas.Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES.El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. El Principio de Arquímedes nos dice básicamente que la fuerza de empuje hacia arriba que experimenta un cuerpo que está total o parcialmente sumergido en un fluido es igual al peso del volumen del fluido que es desalojado por el cuerpo.Este principio se puede expresar fácilmente en forma matemática, utilizando la siguiente expresión: E=ρfgVf=mfgDonde:E = empuje que experimenta el objeto que está sumergido total o parcialmente.ρf = densidad del fluido o líquido que es desplazado por el objeto.Vf = volumen de fluido desplazado o volumen del objeto sumergido.mf = masa del fluido desplazado o desalojadog = aceleración de la gravedadEn la expresión anterior hay varias cosas que es prudente que entendamos bien para poder captar la idea en concreto del Principio de Arquímedes. Cuando hablamos de empuje nos estamos refiriendo a una fuerza, es decir el empuje tiene unidades de fuerza; este empuje es la fuerza que experimenta el cuerpo al estar sumergido enel fluido.Para ilustrar fácilmente este concepto de empuje, vamos a plantear la siguiente situación: imagine que usted trata de sumergir un balón de plástico o de goma, al hacerlo usted debe emplear una fuerza para lograr sumergirlo pues de los contrario este va a flotar. Esa fuerza que usted debe hacer para hundir el balón es la que se requiere para contrarrestar el empuje que experimenta el balón al desplazar el agua y poder sumergirse.Ahora tenemos que hablar de la densidad del material que estamos sumergiendo en el agua u otro fluido. Todos sabemos que los cuerpos que son más pesados (tienen mayor densidad) se van a hundir en el agua o en cualquier otro fluido, contrario a lo que sucede con loscuerpos que son livianos (tienen menor densidad), esto esbásicamente porque la densidad en ambos casos es diferente.

En conclusión podemos decir que si comparamos la densidad de los cuerpos con la del agua dulce (1 gr/cm3 o 1000 Kg/m3) o la de mar (1,03 gr/cm3 o 1030 Kg/m3) podemos deducir que si la densidad del cuerpo es mayor que la del agua este se va a hundir, pero si la densidad es menor que la del agua entonces este va a flotar.Este principio de Arquímedes tiene muchas aplicaciones, entre ellas podemos citar las de los barcos y los submarinos; los barcos de basan en este principio al hacer el diseño de los mismos, de igual forma los submarinos también basan su diseño en el principio de Arquímedes.En conclusión podemos decir que si comparamos la densidad de los cuerpos con la del agua dulce (1 gr/cm3 o 1000 Kg/m3) o la de mar (1,03 gr/cm3 o 1030 Kg/m3) podemos deducir que si la densidad del cuerpo es mayor que la del agua este se va a hundir, pero si la densidad es menor que la del agua entonces este va a flotar.Este principio de Arquímedes tiene muchas aplicaciones, entre ellas podemos citar las de los barcos y los submarinos; los barcos de basan en este principio al hacer el diseño de los mismos, de igual forma los submarinos también basan su diseño en el principio de Arquímedes.

LAS TEMPERATURAS Y SUS LAS ESCALAS.La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que está a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensación de frío, y al revés de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor.Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.La MedidaEl instrumento utilizado habitualmente para medir la temperatura es el termómetro. Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son los más populares; se basan en la propiedad que tiene el mercurio, y otras sustancias (alcohol coloreado, etc.), de dilatarse cuando aumenta la temperatura. El líquido se aloja en una burbuja -bulbo- conectada a un capilar (tubo muy fino). Cuando la temperatura aumenta, el líquido se expande por el capilar, así, pequeñas variaciones de su volumen resultan claramente visibles.

NOMBRE SÍMBOLO TEMPERATURAS DE REFERENCIA EQUIVALENCIAEscalaCelsius

ºC Puntos de congelación (0ºC) y ebullición del agua (100ºC)

EscalaFahrenhit

ºF Punto de congelación de una mezcla anticongelante de agua y sal y temperatura del cuerpo humano.

ºF = 1,8 ºC +32

EscalaKelvin

K Cero absoluto (temperatura más baja posible) y punto triple del agua.

K = ºC + 273

EscalasActualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvinde uso científico.

Escala de Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, construyo un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta en relación a °F es°C=5/9(°F-32)

Escala de Fahrenheit: Esta escala fue propuesta por Gabriel Fahrenheit en el año 1724 el encontró un estado térmico más frío que la solidificación del agua consistió en una mezcla de sal (cloruro de amonio) con agua y ese punto coloco el 0 (cero). Al hervir esta mezcla también alcanza un valor superior a los 100 ° C.Al establecer la correspondencia entre ambas escalas, se obtiene la ecuación siguiente: °F= 9/5°C+32

Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación: T °K= °C + 273

RELACIÓN ENTRE DENSIDAD Y FLOTACIÓN.

Densidad: Es una propiedad específica de la materia que proporciona una idea del grado de compactación, es el cociente entre la masa y volumen.Nos da una idea de la masa de un cuerpo en relación con lo que ocupa.D= M/V

"EL PRINCIPIO DE FLOTACIÓN"El principio de flotación nace sin fundamento matemático en la antigua Grecia, es conocido por todos que Arquímedes fue el primer hombre en notar que al sumergir un cuerpo en fluido, este desplazaba dicho fluido un volumen igual a sumergido; este descubrimiento lo hizo mientras se sumergía en su tina llena hasta el borde de agua y esta se derramaba. Posteriores mediciones le demostraron que el volumen desplazado correspondía exactamente al del cuerpo sumergido.La fuerza de empuje como tal, aparece con las tres leyes de Newton, aunque desde antes se tenía ya una base bastante formal para expresar su aparición.La tercera ley de Newton explica las fuerzas de acción y reacción. Estas fuerzas las ejercen todos los cuerpos que están en contacto con otro.

En esta gráfica podemos observar la variación de densidad entre distintas materias.

Agua mar: 1025 kg/m3Aceite de oliva: 920 kg/m3Plomo: 11400 kg/m3Personas: 1070 kg/m3Hielo: 910 kg/m3

A comparación de los otros materiales el plomo tiene una mayor densidad, también es mucho más denso que el agua y no flota.El agua es más densa que el aceite y que el alcohol. Por eso, el aceite flota en el agua.Nosotros hemos preparado una mezcla de agua y aceite (que no se mezclan bien porque son inmiscibles), y hemos aprendido como podemos separarlos utilizando la técnica de decantación.

Preguntas Generadoras

1. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre una presión barométrica y la manométrica?

La presión barométrica es la fuerza que es ejercida en los objetos por el peso de la atmósfera encima de ellos.La presión barométrica es medida en términos de la fuerza hacia abajo que la atmósfera ejerce por unidad en cierta área. Esta lecturacon frecuencia es tomada por medio del barómetro.Esta diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica se denomina presión manométrica. A diferencia de la presión absoluta, la presión manométrica en realidad puede ser negativa.

2. ¿Cuál es la relación del volumen de agua y del aire con la temperatura?

Cuando se le aplicas calor a un cuerpo sus átomos comienzan a vibrar, y si el cuerpo tiene poca temperatura (frio) sus átomos casi no se mueven, cuando se mueven los átomos de un cuerpo (alta temperatura) un átomo empuja a el otro porque están vibrando por tal motivo los átomos comienzan a separarse, entonces el cuerpo se hace menos denso, y si hay poca temperatura (frio) los átomos casi no vibran y están muy juntos, entonces la densidad del cuerpo es alta.

Si al agua le aumentas la temperatura sus átomos se comienzan a separar, cuando tu pones a hervir agua los átomos vibran, se separan y el agua se hace menos densa en forma de vapor (por eso el vapor sube, porque es menos denso que en forma líquida)

Si al agua le disminuyes la temperatura sus átomos se juntan y se hace más denso (esto es cuando está en forma de agua) porque si al agua le sigues bajando la temperatura cambiara a la fase solida pero aquí hay algo muy importante, cuando el agua está en la fase solida (hielo) no quiere decir que sus átomos se juntaron mas sino que se separaron mas, el hielo es menos denso que el agua de aquí se explicas el ¿porqué el hielo flota?Entonces a mayor temperatura el agua se hace menos densa y su volumen aumenta (el agua se hace vapor y se expande) y a menor temperatura el agua se hace más densa y su volumen es menor (únicamente si lo vez de la fase vapor a liquido).

Mayor temperatura - Mayor volumen de agua (de la fase liquida a la fase vapor)Mayor temperatura - Menor volumen de agua (de la fase solida a liquida)Menor temperatura - Mayor volumen de agua (de la fase liquida a la fase solida)

Menor temperatura - Menor volumen de agua (de la fase de vapor a la fase liquida)

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

3. ¿Qué diferencia hay entre calor y temperatura?Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta.El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energíamolecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas,su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo.El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.Calor es una forma de energía, y temperatura es la forma de medir el calor, o la magnitud física del calor.

4. Por que flotan los barcos?La respuesta está en el Principio de Arquímedes. Este dice que todo objeto sumergido en un fluido (líquidos o gases) experimentara una fuerza de empuje (hacia arriba) igual al volumen del líquido desplazado. Este principio explica claramente porque los grandes barcos pueden flotar en el agua: gracias a la gran fuerza de empuje debido al gran volumen que desplazan de agua. Aun así, El diseño del barco es muy importante. El volumen representa el espacio de un objeto. A mayor volumen, mayor será el agua desplaza, y por lo tanto, mayo será el empuje que ésta realice.