Hidrostática: densidad, presión, empuje y fórmulas

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La hidrostática es un área de la física que estudia la líquidos en reposo. Esta rama involucra varios conceptos como densidad, presión, volumen y fuerza de flotación.

Conceptos principales de hidrostática

Densidad

[ align=»alignleft» width=»350″] Presa Presas se refuerzan más en la parte inferior

La densidad determina la concentración de materia en un volumen dado.

En cuanto a la densidad del cuerpo y los fluidos tenemos:

  • Si la densidad del cuerpo es menor que la densidad del fluido, el cuerpo flotará sobre la superficie del fluido;
  • Si la densidad del cuerpo es equivalente a la densidad del fluido, el cuerpo estará en equilibrio con el fluido;
  • Si la densidad del cuerpo es mayor que la densidad del fluido, el cuerpo se hundirá.

Para calcular la densidad se utiliza la siguiente fórmula:

d = m / v

ser,

D: densidad
metro: pasta
v: volumen

En el sistema internacional (SI):

  • La densidad está en gramos por centímetro cúbico (g / cm3), pero también se puede expresar en kilogramos por metro cúbico (kg / m3) o en gramos por mililitro (g / ml);
  • la masa está en kilogramos (Kg);
  • el volumen está en metros cúbicos (m3).

Lea también sobre Densidad y densidad del agua.

Presión

[ align=»alignleft» width=»350″] Paradoja hidrostática La presión en el fondo de los diferentes viales es la misma

La presión es un concepto esencial de la hidrostática, y en esta área de estudio se denomina presión hidrostática. Determina la presión que ejercen los fluidos sobre los demás.

Como ejemplo, podemos pensar en la presión que sentimos cuando estamos nadando. Entonces, cuanto más profundo buceamos, mayor es la presión hidrostática.

Este concepto está estrechamente relacionado con la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad. Por lo tanto, la presión hidrostática se calcula utilizando la siguiente fórmula:

P = d. H. gramo

Dónde,

PAG: presion hidrostatica
D: densidad del líquido
H: altura del líquido en el recipiente
gramo: aceleración de la gravedad

En el Sistema Internacional (SI):

  • la presión hidrostática está en Pascal (Pa), pero también se utilizan la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg);
  • la densidad del líquido está en gramos por centímetro cúbico (g / cm3);
  • la altura está en metros (m);
  • la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / segdos).

Nota: Tenga en cuenta que la presión hidrostática no depende de la forma del recipiente. Depende de la densidad del fluido, la altura de la columna del líquido y la gravedad de la ubicación.

¿Quiere saber más? Lea también sobre la presión atmosférica.

Flotabilidad

El empuje, también llamado empuje, es un fuerza hidrostática que actúa sobre un cuerpo que está sumergido en un fluido. Por tanto, la fuerza de flotación es la fuerza resultante ejercida por el fluido sobre un cuerpo dado.

Como ejemplo, podemos pensar en nuestro cuerpo que se siente más ligero cuando estamos en el agua, ya sea en la piscina o en el mar.

Tenga en cuenta que esta fuerza ejercida por el líquido sobre el cuerpo ya se estudió en la antigüedad.

El matemático griego Arquímedes fue quien realizó un experimento hidrostático que le permitió calcular el valor de la fuerza de flotación (vertical y ascendente) que aligera un cuerpo dentro de un fluido. Tenga en cuenta que funciona contra la fuerza del peso.

[ width=»250″] Hidrostática Activación de la fuerza de flotación y la fuerza del peso.

Por lo tanto, el enunciado del teorema o ley de flotabilidad de Arquímedes es:

«Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un impulso ascendente igual al peso del volumen de fluido desplazado, por esta razón los cuerpos más densos que el agua se hunden, mientras que los menos densos flotan”.

En cuanto a la fuerza de flotación, podemos concluir que:

  • Si la fuerza de flotación (E) es mayor que la fuerza del peso (P), el cuerpo subirá a la superficie;
  • Si la fuerza de flotación (E) tiene la misma intensidad que la fuerza de peso (P), el cuerpo no subirá ni bajará, permaneciendo en equilibrio;
  • Si la fuerza de flotación (E) es menor que la fuerza del peso (P), el cuerpo se hundirá.

Hidrostática

Recuerde que la fuerza de flotación es un Grandeza vectorial, es decir, tiene dirección, módulo y dirección.

En el Sistema Internacional (SI), el empuje (E) se da en Newton (N) y se calcula mediante la siguiente fórmula:

E = dF . Vfd . gramo

Dónde,

Y: fuerza de flotación
DF: densidad del fluido
Vfd: volumen de fluido
gramo: aceleración de la gravedad

En el Sistema Internacional (SI):

  • la densidad del fluido está en kilogramos por metro cúbico (kg / m3);
  • el volumen de fluido está en metros cúbicos (m3);
  • la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / segdos).

Lea la fórmula de empuje.

Escala hidrostática

La balanza hidrostática fue inventada por el físico, matemático y filósofo italiano Galileo Galilei (1564-1642).

Residencia en Principio de Arquimedes, este instrumento sirve para medir la fuerza de flotación ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido.

Es decir, determina el peso de un objeto sumergido en un líquido, que a su vez es más ligero que en el aire.

[ width=»250″] Hidrostática Escala hidrostática

Ley fundamental de la hidrostática

El teorema de Stevin se conoce como la «Ley fundamental de la hidrostática». Esta teoría postula la relación de variación entre los volúmenes de líquidos y la presión hidrostática. Su declaración se expresa de la siguiente manera:

«La diferencia entre las presiones de dos puntos de un fluido en equilibrio (en reposo) es igual al producto entre la densidad del fluido, la aceleración de la gravedad y la diferencia entre las profundidades de los puntos.. «

El teorema de Stevin está representado por la siguiente fórmula:

∆P = γ Oh o ∆P = dg ∆h

Dónde,

∆P: variación de la presión hidrostática
γ: peso específico del fluido
Oh: variación de la altura de la columna de líquido
D: densidad
gramo: aceleración de la gravedad

En el Sistema Internacional (SI):

  • la variación de la presión hidrostática está en Pascal (Pa);
  • el peso específico del fluido está en Newton por metro cúbico (N / m3);
  • la variación en la altura de la columna de líquido está en metros (m);
  • La densidad está en kilogramos por metro cúbico (kg / m3);
  • la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / segdos).

Teorema de stevin

Cuando un líquido tiene superficie libre, además de la presión hidrostática, la presión atmosférica actuará sobre él.

Este hecho se establece en el teorema de Stevin, que dice que la presión total en un punto dentro de un líquido está dada por la suma de la presión hidrostática y la presión atmosférica.

Por lo tanto, la presión total dentro de un líquido se calcula mediante la ley de Stevin o ley fundamental de la hidrostática:

p es igual a p con atm suscrito al final del subíndice más p con el subíndice h

Dónde:

p: presión total en un punto dentro de un líquido
PAGCajero automático: presión atmosférica
PAGH: presion hidrostatica

Vasos comunicantes

Una aplicación de la ley de Stevin ocurre en los vasos comunicantes, que son contenedores conectados por un tubo. Cuando se llena con un líquido, estará a la misma altura en todos los viales.

Por ello, los depósitos de agua de las viviendas reciben agua, sin necesidad de bomba, siempre que estén por debajo de la altura del depósito.

[ align=»aligncenter» width=»350″] Paradoja hidrostática En los vasos comunicantes el líquido está al mismo nivel.

Para obtener más información, lea también:

Hidrostática e hidrodinámica

Mientras que la hidrostática estudia los líquidos en reposo, la hidrodinámica es la rama de la física que estudia el movimiento de estos fluidos.

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