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RESUMEN TEÓRICO – HIDROSTÁTICA, Apuntes de Física

Fuerzas intermoleculares. Presión. Presión de un líquido en reposo. Presión total

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 15/04/2023

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RESUMEN TEÓRICO HIDROSTÁTICA PRUA 2021
Cuando las fuerzas intermoleculares en una
sustancia son bastante débiles, las moléculas
pueden resbalar unas sobre otras bajo la acción
de pequeñas fuerzas, es decir, fluyen. Por esta
razón denominamos fluidos a los líquidos y gases.
PRESIÓN
Al aplastar un globo sobre una cama de clavos,
este no revienta, ¿por qué ocurre esto?
Esto se debe a que la acción de una fuerza no solo
depende de su módulo, sino también del área de la
superficie sobre la cual actúa perpendicularmente.
Debido a ello se defina una magnitud física
denominada presión (P), que caracteriza la
distribución de la fuerza normal o perpendicular a
una superficie.
Matemáticamente:
𝑷 = 𝐹
𝐴
Donde
F: módulo de la fuerza normal o perpendicular a la
superficie (N).
A: área de la superficie (m2)
Unidad de la Presión: Pascal (Pa)
PRESIÓN DE UN LÍQUIDO EN REPOSO
La presión de un fluido estático o presión
hidrostática (𝑃𝐻) no depende de la forma de la masa
total o del área de la superficie del líquido. Por
ejemplo, en la figura mostrada la presión
hidrostática en los puntos A, B y C son iguales
debido a que se encuentran a una misma
profundidad.
La presión hidrostática se puede calcular de la
siguiente manera:
𝑷𝑯= 𝝆𝑳𝑰𝑸 𝒈 𝒉
Donde:
𝜌𝐿𝐼𝑄: densidad del líquido (kg/m3)
: profundidad (m)
𝑔: valor de la aceleración de la gravedad (m/s2)
PRESIÓN TOTAL
Si deseamos conocer la presión total en el punto B,
debemos tomar en cuenta la presión debido a la
atmósfera (𝑷𝒂𝒕𝒎) que se transmite a través del
líquido, entonces la presión total se evalúa de la
siguiente manera.
𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 + 𝑷𝑯
PRINCIPIO DE PASCAL
ÁREA
FISICA
GRUPO
CIENCIAS
TEMA
HIDROSTÁTICA
SEMANA
15 al 19 de Febrero
F
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RESUMEN TEÓRICO – HIDROSTÁTICA – PRUA 2021

Cuando las fuerzas intermoleculares en una sustancia son bastante débiles, las moléculas pueden resbalar unas sobre otras bajo la acción de pequeñas fuerzas, es decir, fluyen. Por esta razón denominamos fluidos a los líquidos y gases. PRESIÓN Al aplastar un globo sobre una “cama” de clavos, este no revienta, ¿por qué ocurre esto? Esto se debe a que la acción de una fuerza no solo depende de su módulo, sino también del área de la superficie sobre la cual actúa perpendicularmente. Debido a ello se defina una magnitud física denominada presión (P), que caracteriza la distribución de la fuerza normal o perpendicular a una superficie. Matemáticamente:

𝐹 𝐴 Donde F: módulo de la fuerza normal o perpendicular a la superficie (N). A: área de la superficie (m^2 ) Unidad de la Presión: Pascal (Pa) PRESIÓN DE UN LÍQUIDO EN REPOSO La presión de un fluido estático o presión hidrostática (𝑃𝐻) no depende de la forma de la masa total o del área de la superficie del líquido. Por ejemplo, en la figura mostrada la presión hidrostática en los puntos A, B y C son iguales debido a que se encuentran a una misma profundidad. La presión hidrostática se puede calcular de la siguiente manera:

Donde: 𝜌𝐿𝐼𝑄: densidad del líquido (kg/m^3 ) ℎ: profundidad (m) 𝑔: valor de la aceleración de la gravedad (m/s^2 ) PRESIÓN TOTAL Si deseamos conocer la presión total en el punto B, debemos tomar en cuenta la presión debido a la atmósfera (𝑷𝒂𝒕𝒎) que se transmite a través del líquido, entonces la presión total se evalúa de la siguiente manera.

PRINCIPIO DE PASCAL

ÁREA FISICA GRUPO CIENCIAS TEMA HIDROSTÁTICA SEMANA 15 al 19 de Febrero

F

Este principio establece que la presión que se le ejerce a un líquido o gas es transmitida por este en todas las direcciones con el mismo valor. Probablemente el ejemplo más común y que vamos a utilizar para demostrar este principio, es el de una esfera con hoyos en varios lados de su superficie. Hay un émbolo en un punto, que se usa para ejercer presión al fluido que tenga dentro. Al observar la reacción, podemos ver que el fluido sale con la misma velocidad en cada hoyo, lo que demuestra que la presión ejercida por el émbolo se transmitió con la misma intensidad en todos los puntos, como lo dicta el principio de pascal. Una aplicación del principio de Pascal es una prensa hidráulica. Considere que tenemos el siguiente sistema en equilibrio donde las áreas de los pistones son A 1 y A 2. Sobre el pistón de área A 1 | hacemos actuar una fuerza perpendicular F 1 , esta fuerza le comunica al líquido una presión adicional, la cual se transmite a través del líquido hasta el pistón de área A 2. Como la presión comunicada es la misma (principio de Pascal), tenemos:

Si A 2 > A 1 , entonces F 2 > F 1. Esto significa que la prensa hidráulica multiplica la fuerza. FUERZA DE EMPUJE Todo cuerpo sumergido en un líquido va a estar sometido a la presión que este le ejerce. Además, la presión está relacionada con la fuerza, entonces para examinar a las fuerzas debido a la presión de parte de un líquido, tomaremos por facilidad un cuerpo en forma de paralelepípedo. Las fuerzas que actúan sobre las caras laterales (F 3 y F 4 ) se anulan, pero las fuerzas que actúan sobre las caras superior e inferior del cuerpo no se anulan porque no son iguales. Por lo antes señalado, sobre el cuerpo actúa una fuerza resultante que es la fuerza que ejerce el líquido al cuerpo, esta recibe el nombre de empuje del líquido ( EL ).

Donde: 𝝆𝒍𝒊𝒒: densidad del líquido (kg/m^3 ) 𝑽𝑺: volumen de la parte sumergida (m^3 ) 𝒈 : valor de la aceleración de la gravedad (m/s^2 ) Unidad de la 𝐸𝐿: Newton (N)

A) 30º B) 37º C) 45º

D) 53º E) 60º

  1. Se tienen dos recipientes cúbicos de aristas 2L y L, cada uno con la mitad de su volumen lleno con agua. Si toda el agua del recipiente de arista L se llena en el otro recipiente, calcule la variación de la presión en el punto A del piso. 𝐿 = 8 𝑐𝑚; 𝜌𝐻 2 𝑂 = 1 𝑔/𝑐𝑚^3 ; 𝑔 = 10 𝑚/𝑠^2 A) 50 Pa B) 1 00 Pa C) 200 Pa D) 400 Pa E) 500 Pa
  2. La gráfica presión vs. Profundidad corresponde a puntos pertenecientes a un líquido. Determine la densidad del líquido en kg/m^3. 𝑔 = 10 𝑚/𝑠^2 A) 800 B) 900 C) 1000 D) 1100 E) 1200
    1. La barra delgada y homogénea permanece en la posición mostrada. Si la mitad de su volumen está sumergida en agua, determine la densidad de la barra. 𝑔 = 10 𝑚/𝑠^2 A) 750 kg/m^3 B) 800 kg/m^3 C) 850 kg/m^3 D) 900 kg/m^3 E) 6 00 kg/m^3
    2. Determine la diferencia de presión entre los puntos Ay B. 𝑔 = 10 𝑚/𝑠^2 A) 3 kPa B) 4 kPa C) 5 kPa D) 9 kPa E) 10 kPa
    3. El cuerpo se suelta en la posición mostrada. Determine la profundidad que alcanza el cuerpo respecto a la superficie del agua. 𝜌𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 = 500 𝑘𝑔/𝑚^3 ; 𝑔 = 10 𝑚/𝑠^2 A) 2,5 m B) 5 m C) 7,5 m D) 10 m E) 12,5 m

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