El Fenómeno de la Hidrostática Prof. Tomás A. Guzmán Física General

El fenómeno de Hidrostática Índice del módulo: Finalizar MODULO

Objetivos: Entender los conceptos envueltos en el fenómeno de la Hidrostática. Entender los conceptos relacionados al principio de Pascal. Verificar el principio de Arquímedes. INDICE

Definiciones de importancia Por definición: Hidrostática= es la rama de la física que estudia los líquidos en estado de equilibrio. Fluido = es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. INDICE

Definiciones de importancia Principio de Pascal o ley de Pascal: Ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: El incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. P = P0 + ρgh Donde: P = presión total a la profundidad h. P0 = presión sobre la superficie libre del fluido.

Presión = se define como la razón de fuerza aplicada en relación de la distribución del área de acción. Unidad: newton/m2 Definición: Presión= fuerza /área FUERZA de Presión AREA FUERZA Boyante

Principio de Pascal: Ejemplo 1: Un buzo se sumerge en el mar hasta alcanzar una profundidad de 100 m. Determinar la presión a la que está sometido y calcular en cuántas veces supera a la que experimentaría en el exterior, sabiendo que la densidad del agua del mar es de 1025 kg/m ³. Solución del problema: De acuerdo con la ecuación fundamental de la hidrostática: P = P0 + ρgh Consideramos que la presión p0 en el exterior es de una atmósfera (1 atmósfera = 1.013 X105 Pascales), al sustituir los datos resulta: P = 1.013 x105 Pa + (1025. kg/m ³) (9.8 m/s ²). (100 m) P = 11.058 X105 Pascales El número de veces que P es superior a la presión exterior Po se obtiene hallando la razón entre ambas: p/p0 = 11.058 X105 Pa/1.053X105 Pa = 10.5 veces

Definiciones de importancia Principio de Pascal o ley de Pascal: La prensa hidráulica es una máquina simple, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

Presión = se define como la razón de fuerza aplicada en relación de la distribución del área de acción. Unidad: newton/m2 Definición: Presión= fuerza /área FUERZA de Presión AREA FUERZA Boyante

Principio de Pascal: Continua>>> Ejemplo: La puerta de un garaje funciona mediante una prensa hidráulica conectada a una toma de agua que llega a la máquina con una presión de 5 X105 N/m ². Si el radio del pistón mas grande es de 20 cm y el rendimiento es de un 90 % para la efectiva fuerza generada, ¿cuál es el valor en toneladas de la carga máxima que puede levantar el elevador? De acuerdo con el principio de Pascal: p1 = p2 para una prensa hidráulica se transforma en: F1/A1 = F2/A2 En este caso el dato que correspondería al pistón pequeño de la prensa se facilita en forma de presión, de modo que p1 = F2/A2 ó F2 = p1/A2 Continua>>>

Principio de Pascal: Dado que A2 = π.R ² = 0.126 m ² (que es el área de un circulo o el tope del pistón mas grande) Sustituyo: F2 = (5 x105.N/m ²) / (0.126 m ²) = 6.3X104 N Fuerza aplicada para abrir la puerta. Como el rendimiento es del 90 % (η = 0.9) el valor efectivo de la carga máxima expresado en newton será: F máxima = (0.9) X (6.3 X104 N) = 5.67 X104 N (fuerza efectiva) Obtenemos la fuerza necesaria para mover una tonelada: Una tonelada equivale al peso de un cuerpo de 1000 kg de masa, Es decir: 1t = 1000 kg. (9.8 m/s ²) =9.8 X10³ N (fuerza necesaria para vencer la gravedad y mover una tonelada) Razón entre fuerzas: F máximo (t) = (5.67 X104 N) / (9,8.10³ N) = 5.8 toneladas. INDICE

Principio de Arquímedes: Es el fundamento de la flotación de los barcos, conocido desde épocas antiguas y que fue descubierto por el griego Arquímedes (287-212 a. de C.) ¿Por que flotan los barcos? Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desplazado. Principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado hacia la superficie con una fuerza igual al peso del volumen de líquido desplazado por dicho objeto.

Principio de Arquímedes: Fluidos en equilibrio Definiciones importantes: Volumen= cantidad de espacio que ocupa un sistema. Densidad= Razón de masa entre el volumen relativo que ocupa un objeto. Fluidos en equilibrio: La presión que se ejerce sobre un objeto sumergido en un fluido tiene la misma magnitud en cualquier dirección pero depende de la profundidad en razón de la altura con respecto a la superficie.

Freedom Ship. Ciudad Flotante: Freedom Ship tendrá una longitud de 1400 metros un ancho de 230 m y una altura de 110 metros. El Freedom Ship será 4 veces más largo que el Queen Mary. Los conceptos de diseño incluyen una auténtica ciudad  moderna flotante, llena de lujo y confort. Contaría además con un centro comercial enorme, no sería un barco de crucero propone ser mas bien un lugar único para vivir, trabajar, pasar las vacaciones, o simplemente para que las personas realicen visitas.

Ley de gases ideales PV =NRT Definiciones importantes: es la ecuación de estado del gas ideal hipotético. Observa relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen Deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834, fue un ingeniero y físico francés, padre de la teoría termodinámica. PV =NRT Donde P= presión del gas V = volumen N = numero de moles R= constante de gases ideales (8.315 J/mol K) T = temperatura grados kelvin INDICE

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