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Presión y estática de fluidos

Juan Manuel Rodríguez Prieto

I.M., M.Sc., Ph.D.

Presión y estática de fluidos

• ¿Qué es presión?
• Presión absoluta y manométrica
• La presión en un punto
• La variación de la presión con la profundidad en un campo gravitacional
• Instrumentos para medir presión
• Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas
• Fuerzas hidrostáticas sobre superficies curvas

Presión

La contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo normal La presión, en el sistema internacional tiene la unidad de Newtons por metro cuadrado (N/m 2 ), también llamada Pascal (Pa)

Presión

La unidad de presión Pascal es demasiado pequeña para las presiones que se encuentran en la cotidianidad; por lo tanto son de uso común sus múltiplos kilopascal (1 kPa = 10 3 Pa) y el Megapascal (1 MPa = 10 6 Pa).

Presión

En sólidos, la presión se usa como sinónimo para el esfuerzo normal. Por ejemplo, una persona de masa 68,kg con área de impresión de los pies de 300 cm 2 , ejerce una presión de 22229.5 Pa. Si la persona dobla su masa, la presión ejercida sobre sus pies se duplica.

Presión

La presión también explica por qué una persona puede caminar sobre nieve recién caída sin hundirse si usa z a p a t o s g r a n d e s p a r a c a m i n a r s o b r e e l l a. También, explica como una persona corta algún objeto ejerciendo poca fuerza si usa un cuchillo afilado.

Presión

El manómetro que se utiliza para medir la presión de aire en un neumático de automóvil da como lectura la presión manométrica

Presión en un punto

La presión es la fuerza de compresión por unidad de área. La presión en cualquier punto en un fluido es la misma en todas las direcciones; es decir, tiene magnitud pero no una dirección especifica y, en consecuencia es una cantidad escalar Usando Se llega

La variación de la presión con la

profundidad en un campo

gravitacional

La presión en un fluido en reposo no cambia con la dirección horizontal La presión en un fluido aumenta con la profundidad porque descansa más fluido sobre las capas más profundas, y el efecto de este “ peso adicional ” sobre una capa más profunda se equilibra con un aumento de la presión. La diferencia de presión entre dos puntos en un fluido de densidad constante es proporcional a la distancia vertical h entre esos puntos y a la densidad del fluido. La presión en un fluido aumenta de manera lineal con la profundidad

La variación de la presión con la

profundidad en un campo

gravitacional

La diferencia de presión entre dos puntos en un fluido de d e n s i d a d c o n s t a n t e e s proporcional a la distancia vertical h entre esos puntos y a la densidad del fluido. La presión en un fluido aumenta de manera lineal con la profundidad

La variación de la presión con la

profundidad en un campo

gravitacional

La presión a una profundidad h de la superficie libre se puede escribir como

La variación de la presión con la

profundidad en un campo

gravitacional

Densidad cambia significativamente con la altura Cuando la densidad cambia de manera significativa con la altura, la siguiente ecuación diferencial nos permite determinar la presión en función de la altura El signo menos se debe a que dP es negativo cuando dz es positivo, puesto que la presión disminuye cuando z aumenta

El manómetro

Manómetro: es un instrumento que usa una columna de fluido para medir diferencias de presión. Un manómetro consta de un tubo en u de vidrio o de plástico que contiene uno o más fluidos como mercurio, agua, alcohol, aceite. El diámetro del tubo debe ser lo s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e p a r a garantizar que el efecto por tensión superficial sea despreciable.

El manómetro

Estrategias de solución de problemas

1. El cambio de presión de un lado al otro lado de la columna de fluido de altura h es ρ gh.
2. La presión aumenta hacia debajo de un fluido dado y disminuye hacia arriba
3. Dos puntos a la misma altura de un fluido continuo en reposo están en la misma presión