HIDROSTATICA

UNIDAD I: HIDROSTATICA

SEMANA: 01

6.1.1 INTRODUCCION:

El término hidrostática se refiere al estudio de los fluidos en reposo. Un fluido es una sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas. Por tanto, el término fluido incluye líquidos y los gases.

Los fluidos que existen en la naturaleza siempre presentan una especie de fricción interna o viscosidad que complica un poco el estudio de su movimiento. Sustancia como el agua y el aire presenta muy poco viscosidad (escurren fácilmente), mientras que la miel y la glicerina tienen una viscosidad elevada.

En este tema no abra necesidad de considerar la viscosidad ya que solo veremos los fluidos en reposo, la viscosidad se manifiesta únicamente 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. Así pues iniciaremos el tema con el análisis de ambos conceptos. La presión (P) de una fuerza sobre un área(A) está dada por: P=F/A

c) Fluido: Para clasificar a los materiales que se encuentran en la naturaleza se pueden utilizar diversos criterios. Desde el punto de vista de la ingeniería, uno de los más interesantes lo constituye aquel que considera el comportamiento de los elementos frente a situaciones especiales. De acuerdo a ello se definen los estados básicos de sólido, plástico, fluidos y plasma. De aquí la de definición que nos interesa es la de fluidos, la cual se clasifica en líquidos y gases.

d) Presión: En física, la presión (símbolo p) es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

6.1.2. DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO

El término densidad proviene del campo de la física y la química, en los que específicamente alude a la relación que existe entre la masa de una sustancia (o de un cuerpo) y su volumen. Se trata, pues, de una propiedad intrínseca, ya que no depende de la cantidad de sustancia que se considere. Esta propiedad, que habitualmente se expresa en kilogramo por metro cúbico (kg/m3) o gramo por centímetro cúbico (g/cm3), varía en mayor o menor medida en función de la presión y la temperatura, y también con los cambios de estado.

Típicamente, los gases tienen menor densidad que los líquidos por presentar sus partículas menos cohesionadas, y estos a su vez menos que los sólidos. Aunque existen excepciones, por lo general al aumentar la temperatura disminuye la densidad. La densidad antes definida es la densidad absoluta; la densidad relativa es la densidad de una sustancia en relación con otra, la densidad aparente es la que caracteriza a los materiales porosos, como el suelo.

La densidad del agua es de 1 g/cm3; la del plomo, por ejemplo, es bastante mayor: 11,35 g/cm3. Precisamente es por esto que en el lenguaje coloquial, sobre todo entre los jóvenes, se usa el término “denso” (e incluso, “plomo”) para calificar a una persona pesada, cargosa, o a una situación compleja, problemática, se la tilda de “densa” (atmósfera densa, conversación densa, etc.

¿Por qué la densidad es una propiedad física tan importante?

La densidad es una propiedad de la materia que describe cuán compactada está una substancia. Para determinar la densidad, averigua la masa o el peso de la substancia y calcula el volumen que ocupa, luego divide la masa por el volumen. En los círculos científicos, el resultado se expresa en gramos por milímetros para líquidos y, para sólidos, en gramos por centímetros cúbicos.

PESO ESPECÍFICO

Se le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.

Su expresión de cálculo es:

Siendo,

, el peso específico;

, el peso de la sustancia;

, el volumen de la sustancia;

, la densidad de la sustancia;

, la masa de la sustancia;

, la aceleración de la gravedad

6.1.3. PRESION HIDROSTATICA EN UN PUNTO DE UNA MASA FLUIDA .PRINCIPIO DE PASCAL

Presión hidrostática

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que locontiene 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

Presión en un fluido

es la presión termodinámica que interviene en laecuación constitutiva y en la ecuación de movimientodel fluido, en algunos casos especiales esta presión coincide con la presión media o incluso con la presión hidroastática.Todas las presiones representan una medida de la energía potencial por unidad de volumen en un fluido. Para definir con mayor propiedad el concepto de presión en un fluido se distinguen habitualmente varias formas de medir la presión:

Principio de pascal

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un embolo. 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 ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos.

Aplicación del principio de pascal

El elevador hidráulico de un garaje funciona mediante una prensa hidráulica conectada a una toma de agua de la red urbana que llega a la máquina con una presión de 5 • 105 N/m2. Si el radio del émbolo es de 20 cm y el rendimiento es de un 90 %, determinar cuál

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