Los líquidos y los gases juegan un papel importante en nuestra vida. La atmósfera terrestre es tan grande que parece un océano de gases. Alrededor del 76% de la superficie de la tierra está cubierta de agua. No podemos pensar en una vida sin gases (aire) y agua. Los líquidos se conocen colectivamente como fluidos. Una sustancia que fluye bajo la acción de una fuerza aplicada y no tiene forma propia se conoce como líquido. El estudio de los fluidos en reposo se conoce como hidrostática o estática de fluidos. El estudio de la hidrodinámica. En este artículo, tendremos el estudio de líquidos solamente.
Presión
La fuerza se puede aplicar en cualquier dirección con respecto a la superficie de los sólidos. Pero en los fluidos, la fuerza se puede aplicar en ángulo recto (o perpendicular) a la superficie del líquido. Esto se debe a que los fluidos (líquidos y gases) en reposo no pueden soportar una fuerza tangencial. Por lo tanto, expresamos la presión que actúa sobre el fluido en lugar de la fuerza.
La presión (P) se define como la magnitud de la fuerza que actúa perpendicular a la superficie de un objeto por área de superficie del objeto. Si una fuerza constante de magnitud F actúa normalmente sobre un área superficial A, entonces la presión que actúa sobre la superficie viene dada por,
P = Fuerza (F) / Área (A)
Dispositivo utilizado para medir la presión en un fluido.
En la figura 1 se muestra un dispositivo simple que se usa para medir la presión en un fluido. Consiste en un cilindro al vacío. Un pistón de área A está encajado en el cilindro. Un resorte está conectado entre el pistón y la parte inferior del cilindro.
Cuando el dispositivo se sumerge en un fluido, el fluido ejerce una fuerza (F) sobre el pistón. Como resultado de esta fuerza hacia abajo, el resorte se comprime siempre que la fuerza hacia abajo ejercida por el fluido sobre el pistón sea igual a la fuerza ascendente ejercida por el resorte sobre el pistón. La fuerza ejercida por el fluido se puede determinar calibrando la compresión del resorte con una fuerza conocida. Por lo tanto, la presión en un fluido se puede determinar usando la relación P = F/A.
La presión es una cantidad escalar. Una dirección definida no está asociada con la presión porque la presión hidrostática se transmite por igual en todas las direcciones cuando se aplica la fuerza.
Unidades de Presión
- En el sistema CGS, la unidad de presión es dina cm -2 .
- En el SI, la unidad de presión es Nm -2 o Pascal (Pa)
- La fórmula dimensional de la presión es [ ML -1 T -2 ]
- La unidad de presión, Pascal (Pa) ha sido nombrada en honor al gran científico y filósofo francés Blaise Pascal.
Consecuencias de la presión
- Las vías del tren se fijan sobre traviesas de madera o hierro de gran tamaño. De modo que el tren puede extender la fuerza sobre una gran área del durmiente. Esto reduce la cesión de presión (F/A) (hundimiento) del suelo bajo el peso del tren.
- Un cuchillo afilado es más eficaz para cortar objetos que un cuchillo desafilado. Actúa sobre el suelo y por tanto evita la presión que ejerce = Fuerza/área. El cuchillo afilado aplica fuerza sobre un área pequeña, pero un cuchillo sin filo aplica fuerza sobre un área grande. Esta es la razón por la que la presión ejercida por un cuchillo afilado es mayor que la ejercida por un cuchillo desafilado. Por lo tanto, un cuchillo afilado corta los objetos más fácilmente que un cuchillo desafilado.
- Un camello puede caminar fácilmente sobre arena, pero un hombre no puede caminar fácilmente sobre arena porque el área de los pies del camello es grande y las áreas de los pies del hombre son pequeñas. Entonces, la presión ejercida por un camello sobre la arena es muy pequeña, pero la presión ejercida por los hombres es grande. Debido a la gran presión, los pies del hombre se entierran en la arena y se hace difícil caminar.
- Una aguja afilada perfora la piel fácilmente pero no una aguja desafilada, aunque la fuerza aplicada en ambos casos es la misma. Esto se debe a que la fuerza por unidad de área, es decir, la presión ejercida por la aguja afilada es mucho mayor que la ejercida por la aguja desafilada.
Densidad
La densidad de una sustancia se define como la masa por unidad de volumen de la sustancia. Se denota por ρ. Si M es la masa de una sustancia de volumen V, entonces, la densidad de una sustancia viene dada por
pag = metro / v
donde m es la masa y V es el volumen.
- En el SI, la unidad de densidad es kg m -3 .
- La fórmula dimensional para la densidad es [ML -3 T 0 ]
Densidad relativa
La densidad relativa (RD) de una sustancia se define como la relación entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua. Eso es,
RD = Densidad de la sustancia / Densidad del agua
- La densidad relativa no tiene unidad. Es un número puro.
- La densidad del agua a 4°C es máxima y es igual a 1000 kg m -3
- El significado físico de la densidad relativa: La densidad relativa de una sustancia representa un número que muestra cuántas veces la sustancia dada es más pesada que el mismo volumen de agua. Cuando decimos que la densidad relativa del oro es 19,32, significa que el oro es 19,32 veces más pesado que el volumen del agua.
Ejemplos resueltos
Problema 1: Nombre el dispositivo que se utiliza para medir la presión atmosférica.
Solución:
El barómetro es el dispositivo que se utiliza para medir la presión atmosférica.
Problema 2: La densidad relativa del oro es 19.32, calcule la densidad del oro.
Solución:
RD de oro =Densidad del oro / Densidad del agua
Densidad del oro = R .D. de oro x densidad del agua
= 19,32 x 1000
= 19320 kgm -3
Problema 3: Si la densidad del mercurio es 1360 Kgm -3 . Calcular la densidad relativa del mercurio. (Dada la Densidad del agua = 1000 kg m 3 ).
Solución:
RD de mercurio =Densidad del mercurio / Densidad del agua
=1360 / 1000
= 13,6 kgm -3
Problema 4: Un cuchillo aplica una fuerza de 20 N sobre una mesa. Si el área de la punta del cuchillo es de 0,1 mm 2 , calcule la presión aplicada sobre la mesa.
Solución:
F= 20N
A = 0,1 mm2 = 10 -7 m2
P = F/A
= 20/ 10 -7
= 2 x 10 8 Pa
Problema 5: ¿Qué quieres decir con torr?
Solución:
La presión que ejerce una columna de mercurio de 1 mm de altura se conoce como torr.
1 torr = 133,3 Pa
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Artículo escrito por portalpirate y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA