Mecanica de fluidos. Mediciones de presión

Introducción

Por lo general la materia se clasifica como perteneciente a uno de los tres estados de la materia: solido, liquido o gas. Por la xperiencia se sabe que un solido tiene un volmen y forma definida, el liquido tiene volumen pero no forma definida, y un gas tiene volumen y forma indefinidas. El estado en el que se encuentre la materia depende de la temperatura y la presion, asi como el intervalo de tiemo que requiere para que cambie su forma. Un fluido es un conjunto de moleculas que se ordenan aleatoriamente y se mantienen juntos mediante fuerzas cohesivas debiles y fuertes que ejercen las paredes del recipiente donde este contenido. Los lquidos y los gases son fluidos.

En este documento trataremos la mecanica de los fluidos y los aspectos que se estudian como la estatica de un fluido y tambien la dinamica de estos. Se estudia como se comportan los objetos en contacto con estos y como las caracteristicas como la presion y la densidad juegan un papel important en su comportamiento.

Se analizaran instrumentos con los cuales se pueden medir presiones de los fluidos que son utiles para realizar actividades como experimentos o bien procesos industriales. Asi como tambien se analizan leyes como el principio de arquimedes para los objetos en contacto con los fluidos.

Mediciones de presión

Durante el reporte del clima en los noticiarios de televisión, con frecuencia se proporciona la presión barométrica. La presión barométrica es la fuerza ejercida en la tierra por el peso de la atmosfera, varia con los patrones del clima y geografía; es la presión real de la atmosfera. Las altas elevaciones tienen menos presión debido a que tienen simplemente menos atmosfera encima de ellas. En las bajas elevaciones es lo opuesto. Un cambio drástico de presión tiene menos efecto en el cuerpo humano como el ahogo, la fatiga, el mareo, etc.

¿Cómo se mide esta presión?

Un instrumento que se usa para medir la presión atmosférica es el barómetro común, inventado por Evangelista Torricelli (1608–1647).

Barómetro de Torricelli Barómetro aneroide

Un tubo largo cerrado en un extremo se llena con mercurio y luego se invierte en un contenedor con mercurio. El extremo cerrado del tubo es casi un vacío, así que la presión en lo alto de la columna de mercurio se considera cero. La presión en el punto A, debida a la columna de mercurio, debe ser igual a la presión en el punto B, debido a la atmósfera. Si este no fuera el caso, habría una fuerza neta que movería al mercurio de un punto al otro hasta establecer equilibrio. Por lo tanto

donde ρ es la densidad del mercurio y h es la altura de la columna de mercurio. Conforme la presión atmosférica varía, la altura de la columna de mercurio varía, así que la altura se puede calibrar para medir presión atmosférica.

De acuerdo en tal cálculo, una atmósfera de presión se define como la presión equivalente de una columna de mercurio que tiene exactamente 0.760 0 m de alto a 0°C.

Manometro

Un dispositivo para medir la presión de un gas contenido en un recipiente es el manómetro de tubo abierto. Un extremo de un tubo con forma de U que contiene un líquido está abierto a la atmósfera, y el otro extremo está conectado a un sistema de presión desconocida P. En una situación de equilibrio, las presiones en los puntos A y B deben ser iguales (de otro modo, la porción curva del líquido experimentaría una fuerza neta y aceleraría), y la presión en A es la presión desconocida del gas. Por tanto, al igualar la presión desconocida P con la presión en el punto B, se ve que

La diferencia en presión (P - Pₒ) es igual a ρgh. La presión P se llama presión absoluta, y la diferencia P - Pₒ se llama presión manométrica. Por ejemplo, la presión que mide en la llanta de su bicicleta es presión manométrica.

Fuerzas de flotación y principio de Arquímedes

La flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota, si es mas denso se hunde. El cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno de helio flota en el aire.

La fuerza hacia arriba que un fluido ejerce sobre cualquier objeto sumergido se llama fuerza de flotación

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