Presión hidrostática

Presión hidrostática

En esta lección se revisará los conceptos básicos de la presión hidrostática.

_{Alma M. Arrieta}

_{Generado de:}

_{Giancoli, D. C., (2009), Física para ciencias e ingeniería con física moderna, 4° edición, Vol. II, Pearson Educación, México.}

Densidad.

 Si una masa m de material homogéneo tiene un volumen V, la densidad es

La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico (kg/m³). También se usa mucho la unidad cgs, gramo por centímetro cúbico (g/cm³)

Multiple Choice

Considera las densidades de la tabla y responde, si tengo dos cubos de igual masa, uno de acero y el otro de madera, ¿Cuál de los siguientes enunciados es correcto?

• Los dos cubos son iguales.

• El cubo de acero tiene mayor tamaño que el cubo de madera.

• El cubo de madera tiene mayor tamaño que el cubo de acero.

• No se puede saber sobre los tamaños.

Multiple Choice

Calcule la masa del aire contenido en una estancia a 20⁰C cuyo piso mide 4.0 m x 5.0 m y que tiene una altura de 3.0 m.

• 78 kg

• 0.022 kg

• 0.18 kg

• 0.000022 kg

Presión

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Aunque la fuerza es un vector, la presión es un escalar. La presión sólo tiene magnitud. La unidad del SI para presión es  $$\frac{N}{m^2}$$ . Esta unidad tiene el nombre oficial de pascal (Pa), en honor de Blaise Pascal.

Los pies de una persona de 60 kg cubren un área de $$500\ cm^2\ \left(0.050\ m^2\right)$$ . Determine la presión que ejercen los dos pies sobre el suelo. Recuerda que la fuerza es el peso (utiliza $$g\ =\ 9.8\ \frac{m}{s^2}$$ ) e incluye la unidad adecuada.

Multiple Choice

¿Cuál contenedor tiene la mayor presión en el fondo? Suponga que todos tienen el mismo volumen de agua.

• Todas las presiones son iguales

Multiple Choice

¿A quiénes se les considera fluidos?

• A los sólidos y líquidos .

• A los gases.

• A los líquidos.

• A los líquidos y gases.

Presión en un fluido

El concepto de presión es particularmente útil al tratar con fluidos. Es un hecho experimental que un fluido ejerce una presión en todas direcciones. Esto es algo que conocen muy bien los nadadores y clavadistas, quienes sienten la presión del agua en todo su cuerpo.

En cualquier profundidad dada de un fluido en reposo, la presión es la misma en todas direcciones. Examinemos el diminuto cubo de fluido en la figura, el cual es tan pequeño que podemos considerarlo un punto e ignorar la fuerza de gravedad sobre él. La presión sobre uno de sus lados debe ser igual a la presión sobre el lado opuesto. Si esto no fuera cierto, se tendría una fuerza neta sobre el cubo y éste comenzaría a moverse.

Para un fluido en reposo, la fuerza que se debe a la presión del fluido siempre actúa perpendicular a cualquier superficie sólida con la que esté en contacto. Si hubiera una componente de la fuerza paralela a la superficie, entonces, de acuerdo con la tercera ley de Newton, la superficie sólida ejercería una fuerza de regreso sobre el fluido que también tendría una componente paralela a la superficie, lo que ocasionaría que éste fluyera,

en contradicción con nuestra suposición de que el fluido está en reposo. Por lo tanto, la fuerza debida a la presión siempre es perpendicular a la superficie.

Calculemos ahora cuantitativamente cómo varía con la profundidad la presión en un líquido de densidad uniforme. Consideremos un punto que está a una profundidad h por debajo de la superficie del líquido,

Multiple Choice

En la imagen, las presiones en los puntos A, B y C son:

• A > B > C

• B > A > C

• B = A > C

• C = A = B

Multiple Choice

Se tiene una probeta conteniendo un líquido de cierta densidad. Señale la relación correcta con respecto a las presiones en los puntos A, B y C.

• P_B > P_C > P_A

• P_C > P_A > P_B

• P_A > P_C > P_B

• P_A > P_B > P_C

Multiple Choice

Un tanque de almacenamiento de 12.0 m de profundidad está lleno de agua. La parte superior del tanque está abierto al aire. ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo del tanque?

• $$2.19\times10^{5\ \ }Pa$$

• $$1.18\times10^{5\ }Pa$$

• $$117.6\ Pa$$

• $$1.014\times10^5\ Pa$$

Multiple Choice

La superficie del agua en un tanque de almacenamiento está 30 m por arriba de un grifo de agua en la cocina de una casa. Calcula la diferencia en la presión del agua entre el grifo y la superficie del agua en el tanque. Nota que la presión atmosférica en la superficie del agua en el tanque de almacenamiento es la misma que en el agua que sale por el grifo (se anula).

• $$2.94\ \times10^5\ Pa$$

• $$249\ \frac{N}{m^2}$$

• $$3.95\ \times10^5\ Pa$$

• $$3.95\ \times10^5\ \frac{N}{m^2}$$