La Presion
Godinez1227 de Agosto de 2014
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1. Presión
Definición y Unidades
Un sólido al entrar en contacto con otro ejerce una
fuerza en su superficie tratando de penetrarlo. El
efecto deformador de esa fuerza o la capacidad de
penetración depende de la intensidad de la fuerza y
del área de contacto. La presión es la magnitud que
mide esa capacidad.
Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal
(Pa=1 N / m2).
Es la unidad de presión que debes usar en todos los
ejercicios de este tema y en general en Física, pero,
como oirás expresar la presión en otras unidades,
vamos a darte sus equivalencias.
En la industria se usa el kp/cm2. Cuando alguien dice
que la presión de un neumático es de "2 kilos" se está
refiriendo a esta unidad, el kp/cm2, (kp/cm2 = 98
000 Pa). Naturalmente esta forma de expresar la
presión como unidad de masa es una incorrección,
pero los usos incorrectos en el lenguaje vulgar con el
tiempo se afianzan aunque son inadmisibles,
conducen a errores conceptuales y son una muestra
de ignorancia.
La presión atmosférica se mide en atmósferas y mm Hg.
1 atm = 760 mm Hg
1 atm =101300 Pa.
Otra unidad son los bar; 1 bar (b) = 1.000 mb
1 bar (b) = 100.000 Pa. En Meteorología se usa el
milibar o hPa (1 mb = 100 Pa). Una presión de 1 atm
equivale a 1013 mb (recuerda los mapas del tiempo).
Las borrascas tienen valores inferiores a ésa y los anticiclones
mayores.
A efectos de exactitud, cuando medimos la presión de
los neumáticos, una presión de 2 kp/cm2 equivalen
“casi" a 2 bar.
¿Por qué raquetas?
Equivalencias
kp/cm2 = 98 000 Pa
1 atm = 760 mm Hg
1 atm = 101300 Pa.
1 atm = 1013 mb
Fuerza y presión en los fluidos
FÍSICA Y QUÍMICA 73
Fuerza y presión en los sólidos y en los fluidos
Una fuerza externa aplicada a una pared móvil de
un recipiente que contiene un fluido crea una
presión que lo comprime. La fuerza repartida sobre
la superficie de la pared móvil da el valor de la
presión (P = F/S). El volumen que ocupa el fluido
disminuye al aumentar la presión. La compresibilidad
es casi nula en los líquidos.
Aún sin fuerza externa, el peso del líquido ejercerá
una presión hidrostática sobre sus capas inferiores.
Esta presión engendra una fuerza que actúa
desde el interior del líquido hacia fuera y
perpendicularmente a todas las paredes del
recipiente.
-
F = PS
Experiencia: La presión crea una fuerza
Adosamos una chapa ligera al extremo inferior de un
tubo abierto por sus dos extremos y la fijamos por
medio de un hilo, que sujetamos con una mano por el
otro extremo del tubo.
Si soltamos el hilo cuando el tubo está vertical y en el
aire, la chapa se cae; pero si lo soltamos una vez que
hemos introducido el tubo en un recipiente con agua,
la presión hidrostática origina una fuerza sobre el
fondo de la chapa y hacia arriba que impide que se
caiga.
Esta experiencia muestra como la presión dentro de
un líquido crea una fuerza sobre la superficie de
los objetos situados en su interior.
Observa la escena de la página web para ver como al
penetrar el agua en el tubo, cuando la suma del peso
de la chapa más la fuerza de la presión interior es
mayor que la fuerza de la presión exterior, la chapa
se cae.
Una chapa inicialmente sujeta
por un hilo, y sumergida en un
líquido, se mantiene pegada al
tubo al soltar el hilo.
Fuerza y presión en los fluidos
74 FÍSICA Y QUÍMICA
2. Densidad
Definición y unidades
La densidad es una propiedad característica de
cada sustancia y da idea de lo pesado de los átomos
que la forman y de lo juntos que están: una misma
masa de distintas sustancias ocupa distinto
volumen.
Si algunas sustancias ordenaran sus átomos como A y
B, y los átomos de B fueran tres veces más pesados
que los de A, aún así sería más densa la sustancia A.
La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3.
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Plomo, 11.300 kg/m3
Oro, 19.300 kg/m3
Platino, 21.400 kg/m3
EJERCICIOS RESUELTOS
1. Halla el valor en Pascales de las siguientes unidades de presión:
a) 13 kp/cm2; b) 73 cm Hg; c) 1200 mb
Solución: a) 1,27 106 Pa; b) 9,73104 Pa; c) 1,2105 Pa
2. Escribe los factores de transformación que se deducen de la equivalencia siguiente:
1 Pa = 101.300 mb
Solución: k1 = 101.300 mb/1 Pa; k2 = 1 Pa / 101.300 mb
3. Un hombre de 70 kg de masa está parado y apoyado en sus dos pies. La superficie
de apoyo de cada zapato es de 200 cm2. ¿Cuál será la presión, expresada en
Pascales, ejercida sobre el suelo?. Dato: g = 9,81 m/s2
Solución: P = 17.167,5 Pa
4. Una aguja hipodérmica de sección 0,01 mm2 se clava en la piel con una fuerza de
50 N. ¿Cuál es presión ejercida?
Solución: P= 5109 Pa
5. Sobre un émbolo de sección 3 cm2 que se mueve dentro de un pistón se coloca una
masa de 20 kg. ¿Qué presión ejerce en el fluido del interior del pistón?
Solución: P= 6,54105 Pa
Fuerza y presión en los fluidos
FÍSICA Y QUÍMICA 75
3. Presión hidrostática
Principio fundamental
La Hidrostática trata de los líquidos en reposo.
Un líquido encerrado en un recipiente crea una
presión en su seno y ejerce una fuerza sobre las
paredes que lo contienen.
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una
presión, P = dgh, sobre cualquier cuerpo sumergido
en ellos. La presión será tanto mayor cuanto más
denso sea el fluido y mayor la profundidad. Todos
los puntos situados a la misma profundidad
tienen la misma presión.
Experiencia I: Mayor cuanto más abajo
Podemos comprobar que la presión hidrostática
aumenta al descender dentro de un líquido viendo
que la velocidad con la que sale el líquido es mayor
cuanto más abajo esté el agujero efectuado en la
pared lateral del recipiente.
La presión sobre las paredes aumenta hacia abajo y
por tanto también lo hace la fuerza sobre las mismas.
Si perforamos agujeros a distintas profundidades, la
velocidad de salida se hace mayor al aumentar la
profundidad.
En la página web se muestra una animación de esta
experiencia y además se pone de manifiesto que, a
pesar de la menor velocidad de salida, el alcance del
chorro del medio puede ser mayor que el de más
abajo según donde pongamos el nivel de referencia.
La fórmula se calcula partiendo del
peso de una columna imaginaria
sobre su fondo y la presión en ese
punto. Se generaliza al resto del
líquido.
(Ver demostración en la escena de
la página web).
Fuerza y presión en los fluidos
76 FÍSICA Y QUÍMICA
EJERCICIOS RESUELTOS
6. Calcula la presión que soporta un submarino que navega a 150 m de
profundidad si la densidad del agua es 1030 kg/ m3
Solución: P = 1,51106 Pa
7. Calcula la fuerza que ejerce el agua sobre los cristales de las gafas, de superficie
40 cm2, de un submarinista que bucea a 17 m de profundidad si la densidad del
agua es 1,02 g/cc.
Solución: F= 680,4 N
8. Calcula la presión media sobre las compuertas de un embalse si el agua en ellas
tiene una profundidad de 40 m. Nota: Recuerda que la presión arriba es cero y
abajo es la máxima. El embalse contiene agua dulce: densidad = 1000 kg/m3.
Solución: Pm = 196.200 Pa
Experiencia II: Vasos comunicantes
Dos o más vasos comunicados por su base se llaman
vasos comunicantes. Si se vierte un líquido en uno de
ellos, se distribuirá de tal modo que el nivel del
líquido en todos los recipientes es el mismo,
independientemente de su forma y sus capacidades.
Éste es el llamado Principio de los vasos
comunicantes.
Este principio es una consecuencia de la ecuación
fundamental de la Hidrostática: Los puntos que
están a la misma profundidad tienen la misma
presión hidrostática y, para que eso ocurra,
todas las columnas líquidas que están encima de
ellos deben tener la misma altura.
Parece "de sentido común" pensar que el recipiente
que contiene más agua, y que por tanto tiene mayor
peso, el que tiene paredes que convergen hacia el
fondo, soporta mayor presión, pero no es así: la Física
lo demuestra y la experiencia lo confirma.
¡La Física no se guía por el llamado sentido común!
Las conclusiones a las que llegamos por el “sentido
común” proceden de razonamientos que tienen sus
...