Guía De Ciencias Naturales (Fluidos)

Asignatura: Ciencias Naturales

Tema: Fluidos

Guía de Ciencias Naturales

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En clases anteriores describimos el modelo cinético molecular de la materia y se explicaron las diferencias entre sólidos, líquidos y gases, como los cambios de estado, la dilatación térmica y el de temperatura, pero lo fundamental y nuevo será introducir el concepto de presión.

Se debe entender la presión como un efecto macroscópico de la interacción entre las moléculas y los objetos con que el líquido o gas está en contacto: las paredes de los recipientes y los cuerpos que están inmersos en ellos. Esta interacción implica la acción de una fuerza.

El concepto de presión (P ), para el caso de los sólidos, como la razón entre la fuerza (F ) que aplica un cuerpo sobre otro y el área (A ) de contacto entre ellos; es decir, como: P = F/A, la unidad S.I. es newton/ metro2 = pascal = Pa, en honor a Blas Pascal (1623-1662).

Como ejerce una fuerza sobre la mesa (su peso) y entre él y la mesa hay una superficie de contacto, entonces el libro está ejerciendo una presión sobre la masa.

Como la masa del libro es 2 kg, su peso es F=20 newton. Por otra parte el área de contacto es S = 0,3 mts × 0,2 mts = 0,06 mts2. Luego, reemplazando en P= f/s; encontramos que la presión es: P = 33,3 pascal.

Es importante comprender que la presión será mayor mientras mayor sea la fuerza y mientras menor sea el área de contacto. Este último hecho explica la eficacia con utensilios como los que se ilustran en la figura cuchillos, tijeras, clavos, etc.; pues con fuerzas relativamente pequeñas es posible ejercer presiones muy grandes, que es lo que interesa realmente en estos casos

Cuando empujamos un mueble o a una persona, evidentemente estamos aplicando una fuerza, pero lo que sentimos en nuestras manos al empujar el mueble, y lo que siente la persona cuando la empujamos, es una presión. El dolorcito que sentimos cuando la enfermera nos es consecuencia de una gran presión.

¿Aproximadamente qué presión ejerce sobre el suelo una persona que está de pie? Si la masa es de 60 kg, y el área de contacto entre la planta los zapatos y el suelo es 0,012 mts2, entonces esta presión es P = Fg/S , o P = mg/S, es decir:

P= (60Kgs x 10 mts/(seg^2 ))/(0,012mts^2 )

lo que corresponde a 50.000 pascal. ¿Cómo cambia la presión si la persona levanta uno de sus pies separándolo completamente del suelo?

Ejemplos: Calcula la presión que ejerce un cilindro de acero de 2 kg apoyado por una de sus bases que tiene 3 cm de radio.

Necesitamos la fuerza que hace el cilindro sobre el apoyo, es decir, su peso P = m•g = 2 • 9,8 = 19,6 N y también calculamos la superficie de apoyo que es un circulo de radio 0,03 m, por tanto S = 0,00283 m2

Metemos esto en la fórmula de la presión y:

Ejercicios

1. Calcula la presión que ejerce Luis cuando está sobre sus dos pies suponiendo que cada pie tiene una superficie de 200 cm2 y que Luis tiene una masa de 70 kg.(resp: 17150 Pa)

2. Una fuerza de 40 N está ejerciendo 60000 Pa, calcula la superficie de apoyo.( Resp: 6,67 • 10-4 m2 )

La presión en líquidos

¿Por qué un buzo o un submarino están sometidos a mayor presión mientras mayor sea la profundidad a que se encuentren? La presión que ejerce un líquido en el fondo del recipiente que lo contiene ¿Depende no de la forma de este? ¿De qué factores depende?

Para responder a estas preguntas consideremos un líquido de densidad D (no necesariamente agua) que se halla en un recipiente cilíndrico alcanzando una altura h según se indica en la imagen. La fuerza que aplica el líquido en el fondo del recipiente debe ser su peso; es decir, F = mg. Según D =m/v su masa debe ser: m= DV y su volumen V = S h, en que S es el área del fondo del recipiente. Reemplazando en P= F/S encontramos P = mg/S= DVg/S = DShg/S; simplificando

P = Dgh

Esta importante relación nos dice que la presión que ejerce el líquido en el fondo del recipiente depende solamente de su densidad, D, de la altura h de la columna de líquido y de la aceleración de gravedad g del lugar donde se encuentre; es decir, no depende de la forma del recipiente, ni de la superficie del fondo, ni del volumen de líquido. Veamos algunos ejemplos para entender el alcance de la relación P= Dgh

Ejemplo: ¿Qué presión ejerce una columna de 15 cm de altura en el fondo del vaso que la contiene, aquí en la superficie

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