Pascal & Arquimides

Principios de Pascal y Arquímedes

Introducción

El cambio de presión aplicado a un fluido “incompresible”, contenido en un recipiente indeformable, se transmite sin disminución a todos los puntos del fluido”. Esto quiere decir que si en el interior de un líquido se origina una presión, ésta se transmite en todas las direcciones y sentidos en el fluido. La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.

Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físico y matemático francés Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio de Pascal. El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es constante, de modo que de acuerdo con la ecuación P = ρgz si se aumenta la presión en la superficie libre, por ejemplo, la presión en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que gh no varía al no hacerlo h.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes:

El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

PRINCIPIO DE PASCAL

Es la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad a cualquier otro punto del líquido.

La causa de que la presión ejercida en un líquido se transmita íntegramente en todas direcciones es debida a que los líquidos son incompresibles. Por tanto, al aplicarles una presión y no poder reducirse de volumen, la transmiten en todas direcciones perpendiculares a las paredes del recipiente que los contiene.

La comprobación experimental de este principio puede hacerse con un matraz esférico con varios orificios pequeños, lleno de líquido y cerrado por medio de un émbolo. Al presionar con el émbolo, el líquido sale al mismo tiempo y con igual velocidad por todos los orificios.

la presión aplicada en un punto de un líquido se transmite uniformemente a todos los puntos del líquido, o sea que si aplicamos una fuerza a un líquido en un recipiente, la presión que se genere va ser de igual manera para todas las paredes del recipiente. También leí sobre un experimento que hizo Blaise Pascal para comprobar su teoría, que hoy se conoce como El Tonel de Pascal, que no es más que un barril. Aquí Pascal pretendía demostrar que la presión se ejercía en todas direcciones de igual manera dentro del barril, y para comprobarlo lleno el barril de agua y lo cerro de manera que no saliera el agua por ningún orificio después por la parte superior introdujo un tubo que media más de 8mts, entonces le fue agregando agua desde esa altura gracias a un embudo y de repente el barril se rompió dejando salir el agua ya que no soporto la presión que se ejerció sobre él. Una de sus aplicaciones del principio de Pascal es la prensa hidráulica, que es una maquina simple y algunas de ellas son el gato hidráulico, los frenos de los automóviles (hidráulicos), las grúas, etc. La verdad yo no sabía cómo funcionaba el gato, ni tenía ni idea y ni tenía curiosidad de saber cómo funcionaba y cómo era posible que con solo darle vueltas a un tornillo podíamos levantar el carro para cambiarle una llanta o darle servicio, etc. Pero ya supe cómo funciona ya que ese es el chiste de la prensa que con el solo hecho de aplicar una pequeña cantidad de fuerza, este levante un peso mayor, pero comprendí que al ir dándole vueltas íbamos empujando un embolo (que por lo regular son de forma circular) y este iba ejerciendo presión sobre el liquido (aceite) y este hacia que el otro embolo pudiera levantar el carro, ya que entre más veces ocupe espacio el embolo menor en el embolo mayor, mayor va ser la presión ejercida y por lo tanto mayor va a ser el peso que pueda levantar.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Arquímedes es conocido sobre todo por el descubrimiento de la ley fundamental de la hidrostática, el llamado principio de Arquímedes, ley física que establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un líquido, éste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desalojado. La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio.

El concepto clave de este principio es el ‘empuje’, que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.

Por ejemplo, si un bloque metálico que posee un volumen de 100 cm3 se hunde en agua, desplazará un volumen similar de agua cuyo peso aproximado es 1 N. Por tanto, el bloque parecerá que pesa 1 N menos.

Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si éste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza (y, por tanto, el empuje) es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante. Así, un bloque de madera cuya densidad sea 1/6 de la del agua, flotará con 1/6 de su volumen sumergido dentro del agua, ya que en este punto el peso del fluido desplazado es igual al peso del bloque.

Por el principio de Arquímedes, los barcos flotan más bajos en el agua cuando están muy cargados (ya que se necesita desplazar mayor cantidad.

Introducción

El flujo en el cual las variaciones en la densidad no son despreciables se denomina compresible; cuando las variaciones en la densidad son despreciables, el flujo es llamado incompresible. Comúnmente, el flujo de líquidos se considera incompresible y el flujo de gases se considera incompresible si el número de Mach es menor a 0.3 o si el cambio de densidad es menor al 5% de la densidad inicial. Ejemplificando, el flujo compresible ocurre en los sistemas de aire comprimido, líneas de transporte de gases y sistemas de control neumático.

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