PRESIÒN

Definición:

La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.

Presión significa oprimir, ajustar, acercar algo contra el cuerpo. Se puede decir entonces que es la fuerza que es ejercida sobre algo.

En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica:

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el Newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de Pascal (Pa).

1 Pa = 1 N/m2

Existen distintos tipos de presión, algunos de ellos son:

Presión atmosférica:  Esta es la fuerza que el aire ejerce sobre la atmósfera, en cualquiera de sus puntos. Esta fuerza no sólo existe en el planeta Tierra, sino que en otros planetas y satélites también se presenta. El valor promedio de dicha presión terrestre es de 1013.15 Hectopascales o milibares sobre el nivel del mar y se mide con un instrumento denominado barómetro.

Lo que ocurre con la presión atmosférica es que cuando el aire está a baja temperatura, desciende aumentando así la presión. En estos casos se da un estado de estabilidad conocido como anticiclón térmico. En caso de que el aire se encuentre a altas temperaturas sube, bajando la presión. Esto causa inestabilidad, que provoca ciclones o borrascas térmicas.

Presión manométrica:  Esta presión es la que ejerce un medio distinto al de la presión atmosférica. Representa la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica. La presión manométrica sólo se aplica cuando la presión es superior a la atmosférica. Cuando esta cantidad es negativa se la conoce bajo el nombre de presión negativa. La presión manométrica se mide con un manómetro.

Presión absoluta:  Esta equivale a la sumatoria de la presión manométrica y la atmosférica. La presión absoluta es,  por lo tanto superior a la atmosférica, en caso de que sea menor, se habla de depresión. Ésta se mide en relación al vacío total o al 0 absoluto.

Pa = Ph + Patm

Presión relativa:  Esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la presión absoluta y la atmosférica en un determinado lugar.

PRESIÒN HIDROSTÀTICALa presión hidrostática, llamada también Presión Manométrica, es la presión debida al peso de un líquido en reposo y que se ejerce contra todo punto de las paredes del recipiente en contacto con él así como los puntos en el interior del líquido. Si (D) es la densidad del líquido, (h) la profundidad desde la superficie y (g) la gravedad local, el valor de la presión hidrostática (PH) se determina mediante la relación:

Es la presión que ejerce un líquido contra todo punto contenido en su masa o en contacto con ella.

Fórmula:

Ph = D. g. h

Donde:

Ph = Presión Hidrostática (En Pascales).

D = Densidad (En Kg/ m3).

g = Gravedad (En m/s2).

h = Altura o profundidad (En metros).

Principio de PascalEl hecho de que los fluidos en equilibrio transmiten la presión sin modificar su intensidad, fue establecido por el físico y matemático francés Blaise Pascal (Filosofo, matemático y físico; nacido el 19 de junio de 1623 en Francia y fallecido el 19 de agosto de 1662), y se conoce como Principio de Pascal.

Los cambios de la presión de un fluido incomprensible (líquido) en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmiten sin alteración a todo el fluido.

También se evidencia el Principio de pascal en la prensa hidráulica de la figura: Al hacer fuerza en un extremo; el cambio de presión correspondiente se transmite a través del líquido y se manifiesta por la acción de una fuerza sobre el objeto que está en el otro extremo. Los ascensores hidráulicos y los frenos hidráulicos también se basan en este principio.

La aplicación de esta ley puede observarse en diversos dispositivos que apelan a la energía hidráulica. De acuerdo a lo advertido por Pascal, el agua que ingresa a un recipiente con las características mencionadas, puede ser expulsada por cualquier agujero que tengan a la misma presión y velocidad.

Barómetro

El barómetro de mercurio, instrumento ideado por Evangelista Torricelli (1608 – 1647) y utilizado para medir la presión atmosférica, consiste en un tubo de ensayo largo, de vidrio, cerrado en un extremo, lleno de mercurio. Cuando el tubo se invierte sobre un recipiente que contiene también mercurio, se derrama una parte dentro del recipiente y el nivel del mercurio dentro del tubo baja hasta que se estabiliza cuando la columna es de unos 76 cm. El espacio generado arriba del mercurio, solo contiene vapor de mercurio, cuya presión es muy pequeña a temperatura ambiente. El hecho es que la presión en la superficie libre de mercurio en contacto con el aire (la presión atmosférica), es la misma que la que tiene el mercurio dentro de la probeta a esa misma altura. En definitiva la presión en la base de la columna de mercurio de 76 cm es igual a la presión en la base de los 100 km de aire atmosférico. Vivimos sumergidos en un mar de aire. La presión atmosférica normal se estandariza como la presión en la base de una columna de mercurio de 76 cm a una temperatura de 0ºC en un lugar donde la gravedad vale 9,80665 m/s2.A partir del PFH podemos comprobar que 760 mmHg corresponden al valor conocido de la presión atmosférica normal en Hectopascales.

Tipos de Barómetros: Barómetro de mercurio.- Fue inventado por Torricelli en 1643.

Un barómetro de mercurio está formado por un tubo de vidrio de unos

850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido. Si se destapa, se verá que el mercurio del tubo desciende unos centímetros, dejando en la parte superior un espacio vacío (cámara barométrica o vacía de Torricelli).

Definido este fenómeno en la ecuación:

Así, el barómetro de mercurio indica la presión atmosférica directamente por la altura de la columna de mercurio.

Barómetro aneroide.- Es un barómetro que no utiliza mercurio. Indica las variaciones de presión atmosférica por las deformaciones más o menos grandes que aquélla hace experimentar a una caja metálica de paredes muy elásticas en cuyo interior se ha hecho el vacío más absoluto. Se gradúa por comparación con un barómetro de mercurio pero sus indicaciones son cada vez más inexactas por causa de la variación de la elasticidad del resorte plástico. Fue inventado por Lucien Vidie en 1843 y es más grande por lo tanto el barómetro que no utiliza mercurio

Altímetros barométricos.- Utilizados en aviación son esencialmente barómetros con la escala convertida a metros o pies de altitud.

Barómetro de Fortín.- El barómetro de Fortín se compone de un tubo Torricelliano que se introduce en el mercurio contenido en una cubeta de vidrio en forma tubular, provista de una base de piel de gamo cuya forma puede ser modificada por medio de un tornillo que se apoya de la punta de un pequeño cono de marfil. Así se mantiene un nivel fijo. El barómetro está totalmente recubierto de latón, salvo dos ranuras verticales junto al tubo que permiten ver el nivel de mercurio. En la ranura frontal hay una graduación en milímetros y un nonio para la lectura de décimas de milímetros. En la posterior hay un pequeño espejo para facilitar la visibilidad del nivel. Al barómetro va unido un termómetro.

Los barómetros Fortín se usan en laboratorios científicos para las medidas de alta precisión, y las lecturas deben ser corregidas teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir sobre las mismas, tales como la temperatura del ambiente, la aceleración de gravedad de lugar, la tensión de vapor de mercurio, etc.

Sistemas de Unidades

Unidades de Presión:

Pascal (Pa).- Es la unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades.Se define como la presión que ejerce la fuerza de 1 newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado normal a la misma.

Bar (bar).- Se denomina bar a una unidad de presión equivalente a un millón de barias, aproximadamente igual a una atmosfera (1 atm).

1 bar = 1 000 000 barias = 106 barias1 bar = 100 000 pascales = 105 pascales

Milibar (mbar).- Es una unidad de presión equivalente a una milésima parte del bar, un bar es igual a otra división del bar menos usada es la baria, que es la millonésima parte de un bar. Por lo tanto 1 milibares igual a 1000 barias.

Atmósfera Técnica (at).- Es una unidad de presión que no pertenece al SI. La unidad es igual a un kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado; esto es, a la presión ejercida sobre su base, en condiciones de gravedad estándar, por una columna de fluido de un kilogramo de masa y un centímetro cuadrado de sección.

Atmósfera (atm).- La unidad de presión denominada atmósfera equivale a la presión que ejerce la atmósfera terrestre al nivel del mar. Se ha utilizado para medir presiones elevadas como la de los gases comprimidos. Esta unidad no pertenece al Sistema Internacional de Unidades y no tiene símbolo reconocido, pero suele abreviarse como atm.

El Torricelli (Torr).- Se definió como equivalente a una presión de un milímetro de mercurio. Es la presión ejercida en la base de una columna de un milímetro de altura de mercurio. La primera unidad empleada para medir la presión atmosférica fue el “milímetro del mercurio”, consistente en lograr equilibrar la referida presión.

Cuadro del Sistema de Unidades

Hidrostática

Definición: La hidrostática, llamada también Estática de Fluidos, es la rama de la física cuyo objeto de estudio son las propiedades que poseen los fluidos cuando se encuentran en estado de reposo (en equilibrio) con la

relación al recipiente que los contiene. Se considera fluidos tanto a los líquidos como a los gases.

Terminología:

Fluido.- Es cualquier sustancia capaz de formarse continuamente cuando se somete a esfuerzos cortantes (fuerzas distribuidas tangencialmente a las superficies).

Líquidos.- Son aquellas sustancias que se encuentran en un estado intermedio entre los estados sólido y gaseoso.

Densidad.- Es la magnitud física escalar que nos indica la cantidad de masa que tiene un cuerpo en cada unidad de volumen, su unidad de medida es el Kg/m3.

D= masavolumen

Peso Específico.- Es una magnitud física escalar que nos indica el peso q tiene una sustancia por cada unidad de volumen, su unidad de medida es el N/m3.

Pe=peso (newtons)volumen(m 3)

Ejercicios 1.- Un cuerpo flota en un líquido que lo sostiene con una fuerza de empuje de 40 N. Si se le sumerge 200 cm3 más, el empuje sería de 50 N ¿Cuántos cm3 se encontraba inicialmente sumergido. Solución:

Antes Después

E1= 40N ----------------------- E2= 50NVS1= x ----------------------VS2= X + 200 cm3

Dado que el empuje es directamente proporcional con el volumen sumergido, podemos establecer la siguiente proporción.

40 = 50 x x +200

Entonces x= 800 cm3.

2.- ¿Cuántos newtons de empuje experimenta un cuerpo que sumerge

6x10-3 m3 en agua? (g = 10 m/s2)

Solución:VS= 6x10-3 m3 ; DL = 103 Kg/m3

Sustituyendo en la relación del empuje, tendremos:

E= DL. g. VS ------------------ E = 103x10x6x10-3

E = 60 N

3.- Una represa tiene un muro de contención de 50 m de altura, estando el agua a 1 m del borde, En la base hay una compuerta rectangular de 4m de altura y 5 m de anchura ¿Qué fuerza ejerce el agua sobre la compuerta?

Solución:

Integrantes:

Castillo Zarate Renzo. Segundo Paredes Jimmy. Tovalino Amez Franshesko. Flores Huamán Claudia. Díaz Ferre Wilfredo.

Tema: Hidrostática.

Curso: Física Aplicada.

Docente:

William Rojas Morales.

Carrera:

Edificaciones 1 A.

Fecha de Presentación:

22 de abril del 2015.