Instrumentacion Y Control
nzamarit22 de Octubre de 2011
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FÍSICA Y QUÍMICA 69
Antes de empezar
1. Presión ………………………………………… pág. 72
Definición y unidades
Fuerza y presión en sólidos y fluidos
Experiencia
2. Densidad ……………………………………. pág. 74
Definición y unidades
3. Presión hidrostática ………………….. pág. 75
Principio fundamental
Experiencia (I)
Experiencia (II)
4. Principio de Pascal …………………….. pág. 77
Enunciado del principio
Aplicación I: Prensa hidráulica
Aplicación II: Frenos hidráulicos
5. Presión atmosférica ……………………. pág. 78
Atmósfera: características
Experiencia de Torricelli
Medida de la presión atmosférica
6. Principio de Arquímedes ……………. pág. 81
Enunciado del principio
Origen del empuje
Equilibrio de los sólidos sumergidos
Ejemplos de aplicaciones prácticas
Ejercicios para practicar
Para saber más
Resumen
Autoevaluación
Actividades para enviar al tutor
Objetivos
En esta quincena aprenderás a:
· Conocer el concepto de presión y
manejar las unidades en que se
mide.
· Comprender el efecto de la presión y
la fuerza en los fluidos, conocer sus
expresiones y el de la presión
hidrostática y realizar ejercicios.
· Saber interpretar los diferentes
fenómenos relacionados con la
presión en la vida ordinaria.
· Saber en qué se basa el
funcionamiento de diferentes
aparatos que tienen relación con la
presión.
· Conocer la expresión del empuje y
sus aplicaciones en el diseño de
barcos estables.
· Conocer cómo se han utilizado las
características de los fluidos en el
desarrollo de tecnologías útiles a
nuestra sociedad.
Fuerza y Presión en los fluidos 4
70 FÍSICA Y QUÍMICA
FÍSICA Y QUÍMICA 71
Antes de empezar
Recuerda
Las unidades de masa y de volumen y sus equivalencias de múltiplos y submúltiplos.
Repasa cómo utilizar las constantes de transformación. Recuerda el concepto de peso
(p=mg) y sus unidades.
Investiga
Investiga la historia de la localización y exploración de las fosas marinas, sus profundidades
y la utilización del batiscafo. ¿Cuál es la máxima profundidad de una sima marina? ¿Cuánto
vale la presión en ella?
Fuerza y presión en los fluidos
72 FÍSICA Y QUÍMICA
1. Presión
Definición y Unidades
Un sólido al entrar en contacto con otro ejerce una
fuerza en su superficie tratando de penetrarlo. El
efecto deformador de esa fuerza o la capacidad de
penetración depende de la intensidad de la fuerza y
del área de contacto. La presión es la magnitud que
mide esa capacidad.
Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal
(Pa=1 N / m2).
Es la unidad de presión que debes usar en todos los
ejercicios de este tema y en general en Física, pero,
como oirás expresar la presión en otras unidades,
vamos a darte sus equivalencias.
En la industria se usa el kp/cm2. Cuando alguien dice
que la presión de un neumático es de "2 kilos" se está
refiriendo a esta unidad, el kp/cm2, (kp/cm2 = 98
000 Pa). Naturalmente esta forma de expresar la
presión como unidad de masa es una incorrección,
pero los usos incorrectos en el lenguaje vulgar con el
tiempo se afianzan aunque son inadmisibles,
conducen a errores conceptuales y son una muestra
de ignorancia.
La presión atmosférica se mide en atmósferas y mm Hg.
1 atm = 760 mm Hg
1 atm =101300 Pa.
Otra unidad son los bar; 1 bar (b) = 1.000 mb
1 bar (b) = 100.000 Pa. En Meteorología se usa el
milibar o hPa (1 mb = 100 Pa). Una presión de 1 atm
equivale a 1013 mb (recuerda los mapas del tiempo).
Las borrascas tienen valores inferiores a ésa y los anticiclones
mayores.
A efectos de exactitud, cuando medimos la presión de
los neumáticos, una presión de 2 kp/cm2 equivalen
“casi" a 2 bar.
¿Por qué raquetas?
Equivalencias
kp/cm2 = 98 000 Pa
1 atm = 760 mm Hg
1 atm = 101300 Pa.
1 atm = 1013 mb
Fuerza y presión en los fluidos
FÍSICA Y QUÍMICA 73
Fuerza y presión en los sólidos y en los fluidos
Una fuerza externa aplicada a una pared móvil de
un recipiente que contiene un fluido crea una
presión que lo comprime. La fuerza repartida sobre
la superficie de la pared móvil da el valor de la
presión (P = F/S). El volumen que ocupa el fluido
disminuye al aumentar la presión. La compresibilidad
es casi nula en los líquidos.
Aún sin fuerza externa, el peso del líquido ejercerá
una presión hidrostática sobre sus capas inferiores.
Esta presión engendra una fuerza que actúa
desde el interior del líquido hacia fuera y
perpendicularmente a todas las paredes del
recipiente.
-
F = PS
Experiencia: La presión crea una fuerza
Adosamos una chapa ligera al extremo inferior de un
tubo abierto por sus dos extremos y la fijamos por
medio de un hilo, que sujetamos con una mano por el
otro extremo del tubo.
Si soltamos el hilo cuando el tubo está vertical y en el
aire, la chapa se cae; pero si lo soltamos una vez que
hemos introducido el tubo en un recipiente con agua,
la presión hidrostática origina una fuerza sobre el
fondo de la chapa y hacia arriba que impide que se
caiga.
Esta experiencia muestra como la presión dentro de
un líquido crea una fuerza sobre la superficie de
los objetos situados en su interior.
Observa la escena de la página web para ver como al
penetrar el agua en el tubo, cuando la suma del peso
de la chapa más la fuerza de la presión interior es
mayor que la fuerza de la presión exterior, la chapa
se cae.
Una chapa inicialmente sujeta
por un hilo, y sumergida en un
líquido, se mantiene pegada al
tubo al soltar el hilo.
Fuerza y presión en los fluidos
74 FÍSICA Y QUÍMICA
2. Densidad
Definición y unidades
La densidad es una propiedad característica de
cada sustancia y da idea de lo pesado de los átomos
que la forman y de lo juntos que están: una misma
masa de distintas sustancias ocupa distinto
volumen.
Si algunas sustancias ordenaran sus átomos como A y
B, y los átomos de B fueran tres veces más pesados
que los de A, aún así sería más densa la sustancia A.
La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3.
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Plomo, 11.300 kg/m3
Oro, 19.300 kg/m3
Platino, 21.400 kg/m3
EJERCICIOS RESUELTOS
1. Halla el valor en Pascales de las siguientes unidades de presión:
a) 13 kp/cm2; b) 73 cm Hg; c) 1200 mb
Solución: a) 1,27 106 Pa; b) 9,73104 Pa; c) 1,2105 Pa
2. Escribe los factores de transformación que se deducen de la equivalencia siguiente:
1 Pa = 101.300 mb
Solución: k1 = 101.300 mb/1 Pa; k2 = 1 Pa / 101.300 mb
3. Un hombre de 70 kg de masa está parado y apoyado en sus dos pies. La superficie
de apoyo de cada zapato es de 200 cm2. ¿Cuál será la presión, expresada en
Pascales, ejercida sobre el suelo?. Dato: g = 9,81 m/s2
Solución: P = 17.167,5 Pa
4. Una aguja hipodérmica de sección 0,01 mm2 se clava en la piel con una fuerza de
50 N. ¿Cuál es presión ejercida?
Solución: P= 5109 Pa
5. Sobre un émbolo de sección 3 cm2 que se mueve dentro de un pistón se coloca una
masa de 20 kg. ¿Qué presión ejerce en el fluido del interior del pistón?
Solución: P= 6,54105 Pa
Fuerza y presión en los fluidos
FÍSICA Y QUÍMICA 75
3. Presión hidrostática
Principio fundamental
La Hidrostática trata de los líquidos en reposo.
Un líquido encerrado en un recipiente crea una
presión en su seno y ejerce una fuerza sobre las
paredes que lo contienen.
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una
presión, P = dgh, sobre cualquier cuerpo sumergido
en ellos. La presión será tanto mayor cuanto más
denso sea el fluido y mayor la profundidad. Todos
los puntos situados a la misma profundidad
tienen la misma presión.
Experiencia I: Mayor cuanto más abajo
Podemos comprobar que la presión hidrostática
aumenta al descender dentro de un líquido viendo
que la velocidad con la que sale el líquido es mayor
cuanto más abajo esté el agujero efectuado en la
pared lateral del recipiente.
La presión sobre las paredes aumenta hacia abajo y
por tanto también lo hace la fuerza sobre las mismas.
Si perforamos agujeros a distintas profundidades, la
velocidad de salida se hace mayor al aumentar la
profundidad.
En la página
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