Es razonable suponer que cuanto más profundo viaja una persona en un líquido o gas, mayor es la presión ejercida sobre ella por el fluido circundante. La razón del aumento de la presión es que cuanto más profundo se adentra una persona en un fluido, más fluido tiene encima y, por lo tanto, más peso tiene.
Presión: La relación entre la fuerza aplicada y el área de la superficie sobre la que se aplica la fuerza se conoce como presión . La presión impuesta por los líquidos se conoce como presión hidrostática . La unidad SI de presión es Pascal .
Presión de fluido
Las cosas sólidas no cambian de forma cuando se les aplica presión, lo que obviamente no ocurre con los fluidos. En un recipiente cerrado, la presión del fluido puede generarse por gravedad, aceleración o fuerzas. El fluido actúa por igual en todas las direcciones ya que no tiene forma fija. Cuando llenas una botella con agua, el peso del agua actúa uniformemente en ambos lados de la botella.
La fuerza siempre se ejerce perpendicular a la superficie del recipiente. Esto se puede ver en un globo. A medida que llene el globo con aire, notará que crece uniformemente, sin que un lado se infle más que el otro. Los líquidos en un recipiente también muestran este comportamiento.
Presion hidrostatica
La presión hidrostática es la presión ejercida por un fluido en equilibrio debido a la gravedad en cualquier período dado. Cuando se aplica una fuerza hacia abajo, la presión hidrostática es proporcional a la profundidad medida desde la superficie a medida que aumenta el peso del fluido.
Los fluidos ejercen la misma presión en todas las direcciones. Otro evento intrigante ocurre como resultado de esta regla. Cuando examinamos la capa de agua en la parte superior de una botella, la presión que ejerce actúa sobre los bordes del recipiente, la superficie del aire en la parte superior y la capa de agua en la parte inferior. La presión que ejerce la capa superior sobre la inferior aumenta a medida que bajamos la botella de arriba a abajo.
Como resultado de este proceso, el fluido en el fondo del recipiente recibe una presión más alta que el fluido que está encima.
Variación de la presión con la profundidad
Eche un vistazo a la figura a continuación para ver un ejemplo de un contenedor. El peso del fluido en su interior es soportado por su parte inferior. Veamos cuánta presión ejerce el peso de los líquidos sobre el fondo. El peso del fluido ‘mg’ dividido por el área ‘A’ es igual a la presión.
Peso del fluido, W = mg
La masa del fluido es igual al producto del volumen y la densidad de la sustancia, es decir, m = ρ V
El volumen del fluido es igual a la dimensión del recipiente, es decir, V = A h
Combina las dos últimas ecuaciones para la masa.
metro = ρ UN h
Por lo tanto, peso del fluido, W = ρ A hg
La presión ejercida sobre el fondo del recipiente se da como:
PAG = W ⁄ A
PAG = (ρ A hg) ⁄ A
PAG = ρ hg
dónde,
- ρ es la densidad del fluido
- A es el área de la superficie del recipiente
- h es la altura hasta que el fluido se llena en el contenedor
- V es el volumen de fluido
- m es la masa de fluido
- g es la aceleración de la gravedad
- W es el peso del fluido
- P es la presión ejercida sobre el fondo del recipiente.
Esta es la presión creada por el peso de un fluido. Más allá de las condiciones específicas bajo las cuales se deriva aquí, la ecuación tiene validez genérica. El fluido circundante ejercería esta presión incluso si el recipiente no estuviera allí, manteniendo el fluido estático. Esta ecuación se mantiene fiel a grandes profundidades para líquidos que son prácticamente incompresibles. Esta ecuación se puede usar para gases que son muy comprimibles siempre que las variaciones de densidad sean mínimas a lo largo de la profundidad cubierta.
Problemas de muestra
Problema 1: Defina la relación entre la presión y la altura de la columna de líquido.
Responder:
La presión ejercida por un líquido depende de la altura de la columna de líquido.
La presión se puede escribir como P = ρ gh donde h es la altura y ρ es la densidad. La fórmula muestra la relación directa entre la presión y la altura de la columna.
Por lo tanto, a medida que aumenta la altura, también aumentará la presión.
Problema 2: Calcular la fuerza que ejerce el agua sobre la base de un tanque de 3 m 2 de área cuando se llena de agua hasta una altura de 2 m. (La densidad del agua es 1000 kg m −3 y g = 10 ms −2 ).
Solución:
Dado:
Área de la base del tanque, A = 3 m 2
Altura del tanque lleno de agua, h = 2 m
Densidad del fluido, ρ = 1000 kg m −3
La fórmula de la presión se da como:
PAG = ρ g
= (1000 × 10 × 2) norte metro −2
= 20000 N·m −2
La fuerza ejercida por el agua,
F = AP
= (20000 × 3) norte
= 60000N
Por tanto, la fuerza ejercida por el agua es de 60000 N.
Problema 3: ¿Por qué la presa del depósito de agua es gruesa en la parte inferior?
Responder:
El dique de un depósito de agua es grueso en el fondo porque la presión del agua es más alta en la profundidad máxima, y el dique debe ser fuerte en el fondo para soportar esta presión máxima.
Problema 4: ¿Qué es la presión hidrostática?
Responder:
La presión hidrostática es la presión ejercida por un fluido en equilibrio debido a la gravedad en cualquier período dado. Cuando se aplica una fuerza hacia abajo, la presión hidrostática es proporcional a la profundidad medida desde la superficie a medida que aumenta el peso del fluido.
Problema 5: ¿Cuál es la presión que actúa sobre el agua a una profundidad de 2 m a 4°C?
Solución:
Dado:
La profundidad de la columna de agua, h = 2 m
La densidad del agua a 4°C, ρ = 1000 kg ⁄ m 3
La fórmula de la presión se da como:
P = ρgh
= (1000 × 9,81 × 1) Pa
= 9810 Pa.
Por tanto, la presión que actúa sobre el agua a una profundidad de 2 m es de 9810 Pa .