La presión hidrostática se puede definir como la presión ejercida por un fluido en equilibrio en un punto dado dentro del fluido, debido a la fuerza de la gravedad. La presión hidrostática es proporcional a la profundidad medida desde la superficie, ya que el peso del fluido aumenta con la aplicación de una fuerza hacia abajo.
La presión del fluido puede ser causada por la gravedad, la aceleración o las fuerzas cuando se encuentra en un recipiente cerrado. Considere un recipiente lleno de agua o cualquier otro fluido junto con una bola en el fondo. Ahora considere la pelota desde la parte superior del recipiente. Hay presión ejercida por la capa de agua que actúa sobre la pelota. A medida que nos movemos hacia abajo desde la parte superior del recipiente hasta el fondo, la presión ejercida por la capa superior sobre la pelota se suma. Este fenómeno es responsable de una mayor presión en el fondo del recipiente.
Como podemos ver en la figura anterior, una pelota está completamente sumergida en un fluido. Aquí la fuerza aplicada por el fluido sobre la bola es igual a la presión hidrostática. La capa superior del fluido ejerce la mayor presión sobre la pelota. Cuando movemos la pelota hacia arriba, la presión aplicada por la capa superior comienza a reducirse.
Presión de fluido
La presión del fluido se puede definir como la presión sobre un objeto dado en la superficie de un recipiente cerrado o en el fluido. La gravedad, la aceleración o las fuerzas fuera del recipiente son los factores que provocan la presión.
La presión es una cantidad escalar que se expresa como fuerza por unidad de área. Aquí la fuerza actúa en la dirección perpendicular a la superficie. Según el contexto de uso, hay una serie de unidades en las que se puede medir la presión.
Presión = Fuerza/Área
PAG = F / A
Dónde
P = Presión
F = Fuerza
A = Área
La unidad de presión es N/m 2 o Pa (Pascal).
Fórmulas de presión hidrostática
Derivamos la fórmula para la presión sobre un objeto sumergido en un fluido.
Lo sabemos,
Presión = Fuerza/Área = F/A & Fuerza = masa x aceleración = m × g (aceleración debida a la gravedad)
Entonces: Presión = F/A = mg/A ……………. (1)
Ahora Densidad = Masa/Volumen;
Entonces, Masa = Densidad x Volumen ……………. (2)
De la ecuación 1 y 2,
Presión = (densidad x volumen x aceleración)/área.
PAG = (ρ * gramo * v)/A
PAGS = ρ * gramo * h
Aquí
h = v/A = Altura del fluido sobre el objeto
ρ (rho) es la densidad del fluido,
g es la aceleración de la gravedad
La presión sobre un objeto sumergido en un fluido es:
PAGS = ρ * gramo * h
Problemas de muestra
Problema 1. Un conductor de buceo se sumerge 10 metros por debajo de la superficie del océano. Encuentre la presión sobre el conductor asumiendo las condiciones atmosféricas estándar. Utilice la densidad del agua de mar = 1,03 X 10 3 kg/m 3 y la presión atmosférica de 1,01 x 105 N/m 2 .
Solución:
P fluido = rgh
= (1,03 x10 3 kg/m 3 ) (9,8 m/s 2 ) (10 m)
= 1,09 × 10 5 N/m 2 .
P total = P atmósfera + P fluido
= (1,01 × 105) + (1,09 × 105) Pa
= 2,10 × 105 Pa (Pascales)
Problema 2. En un punto de un estanque la presión del agua es 1.03 x10 5 . ¿Cuál es la profundidad de ese punto desde la superficie del agua?
Solución:
P fluido = rgh
= (1,03 x 103 kg/m 3 ) (10 m/s 2 ) (10 m)
= 1,03 x 10 5 N/m 2 .
Problema 3. Tenemos una piscina de 3 metros de profundidad. Calcular la cantidad de presión en el fondo de la piscina.
Solución:
P fluido = rgh
= (1,03 × 103 kg/m 3 ) (9,8 m/s 2 ) (3 m)
= 3,63 × 10 4 N/m 2 .
P total = P atmósfera + P fluido
= (1,01 × 10 5 ) + (3,63 × 10 4 ) Pa
= 1,37 × 10 5 Pa (Pascales)
Flotabilidad y sus efectos
La flotabilidad es un fenómeno causado por la fuerza de flotación que tensa un objeto para que flote. Cuando pones un objeto en un líquido, el líquido ejerce una fuerza hacia arriba sobre el objeto, esta fuerza es igual al peso del líquido que ha sido desplazado. La cantidad de líquido que se ha desplazado depende de la densidad y el volumen del objeto sumergido en el líquido.
La flotabilidad se puede definir como una fuerza hacia arriba ejercida sobre un objeto que está total o parcialmente sumergido en un líquido. La unidad de la fuerza de flotación es Newton .
Depende de dos factores:
- Cantidad (Volumen) de líquido desplazado por objeto
- La densidad del objeto, Fb = ρ g V
El clavo de hierro tiene un volumen muy reducido, por lo que desplaza una cantidad muy inferior de agua. Causa menos fuerza de flotación en la dirección hacia arriba, por lo tanto, se hunde. Mientras que los barcos tienen más volumen y desplazan más agua, por lo tanto, provoca una mayor fuerza de flotación en la dirección ascendente del agua y flota.
Problemas de muestra
Problema 1. Tenemos una piscina de 3 metros de profundidad. Calcular la cantidad de presión en el fondo de la piscina.
Solución:
P fluido = rgh
= (1,03 × 103 kg/m 3 ) (9,8 m/s 2 ) (3 m)
= 3,63 × 104 N/m 2 .
P total = P atmósfera + P fluido
= (1,01 × 105) + (3,63 × 104) Pa
= 1,37 × 105 Pa (Pascales)
Problema 2. El peso de un objeto en el aire es de 200 N. El objeto se coloca en un líquido. El aumento del volumen de líquido es de 2,5 m 3 . Si el peso específico del líquido es de 10 N/m 3 , ¿cuál es el peso del objeto en el líquido?
Solución:
Peso del objeto en líquido = peso del objeto en el aire – fuerza de flotación
Peso del objeto en líquido = 100 N – fuerza de flotación
Fb = ρ gramo V
La densidad del líquido es de 1 kg/m 3
Fb = ρ gramo V
= (1 kg/m 3 )(10 m/s 2 )(2,5 m 3 )
= 25 kg m/s 2
= 25N
Peso del objeto en fluido = 200 N – 25 N = 175N
Problema 3. Un objeto que tiene un volumen de 40 cm3 y la masa del objeto es de 72 g. La densidad del agua es de 1 gcm -3 . ¿Este objeto flotará en el agua o se hundirá en el agua?
Solución:
Densidad = Masa/Volumen
= 72/40 = 1,8
La densidad del objeto es mayor que la densidad del agua, por lo que el objeto se hundirá en el agua.
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Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA