Presión en fluidos

LICEO ROSA ESTER ALESSANDRI RODRÍGUEZ[pic 1]

“En todo ámbito siempre la excelencia”

Presión en fluidos no miscibles

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Introducción:

        En el presente informe abarcaremos conocimiento de la hidrostática entendiendo que es la rama de la mecánica de fluidos, la cual estudia estos últimos en estado de reposo y estudiaremos sus  componentes. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

        Posterior a la investigación, realizaremos un experimento donde podremos determinar la presión en fluidos no miscibles.

Principio de Pascal en vasos comunicantes con líquidos no miscibles

        La Hidrostática se ocupa del estudio de los fluidos en reposo y la Hidrodinámica de los fluidos en movimiento.        

        Como términos generales debemos considerar que la materia tiene 3  fases clásicas (sin considerar el plasma y condensado de bose Einstein) sólido, líquido y gaseoso. Estos dos últimos son fluidos. La diferencia radica en la distinta intensidad de las fuerzas de cohesión existentes entre sus moléculas.

        Fluido es toda sustancia que puede "fluir", es decir deslizarse con poca resistencia por efectos de fuerzas que actúan tangenciales a su superficie. Además, se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas a través de fuerzas cohesivas débiles y las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. La rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de los fluidos.

Propiedades de los fluidos:

Densidad: Es la masa contenida en una unidad de volumen de una sustancia. La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido. En un sólido la densidad es uniforme si la masa está distribuida uniformemente en todo su volumen. La densidad de los fluidos generalmente es uniforme por la característica de estos de ser homogénea en todo su volumen.

Presión: La presión es una magnitud escalar. Es la fuerza que ejerce una sustancia sobre una superficie.

La atmósfera ejerce, como cualquier otro fluido, una presión sobre los cuerpos que están en su interior. Este aire tiene peso y actuando sobre la superficie terrestre origina la llamada Presión Atmosférica.

        Las sustancias no miscibles son aquellas que en cualquier proporción no forman una solución, se puede explicar debido a que los componentes tienen distinta carga y esto evita una mixtura entre ambos. En el caso de los líquidos podemos medir la presión apoyándonos en los vasos comunicantes. Los vasos comunicantes son unos recipientes unidos entre sí de forma que, al echar un líquido en cualquiera de los recipientes, este puede pasar a los demás alcanzando la misma altura.

El comportamiento de un fluido en reposo en vasos comunicantes se rige por la variación de la presión con la profundidad. No interesa la forma de los tubos.

Principio de Pascal:

        Es una ley enunciada por el físico – matemático francés Blaise Pascal (1623 – 1662). Plantea que la presión que se ejerce sobre un punto de un fluido se transmite íntegramente y con la misma intensidad hacia todas las direcciones. Se resume en estipular que la presión en todo el fluido es constante.

        Se puede comprobar utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo (pieza del cilindro de un motor que se mueve hacia arriba o hacia abajo impulsando un fluido o bien recibiendo el impulso de él). Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo se observa que el líquido sale por todos los agujeros con la misma presión.[pic 3]

        Esta ley se puede aplicar en frenos hidráulicos, refrigeración, vasos comunicantes, neumáticos de los automóviles y uno de sus claros ejemplos es la prensa hidráulica, siendo un dispositivo que permite entender mejor su significado.

Prensa Hidráulica 

El principio de Pascal tiene una aplicación muy práctica: la prensa hidráulica.

Dicho anteriormente, el Principio de Pascal dice que una presión aplicada en cualquier punto de una masa liquida se transmitirá a todas las direcciones posibles. Esto trae consecuencias positivas en cuanto a sus aplicaciones.

Las prensas hidráulicas son dispositivos que constan de dos émbolos. En uno (el menor), se aplica una fuerza determinada y el otro (el mayor) recibe esa fuerza multiplicada. Esto sirve para elevar cuerpos de elevado peso aplicando fuerzas menores. Como el caso de los elevadores de autos o el sillón del odontólogo.

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La presión por concepto es igual a la fuerza aplicada dividida por la superficie sobre la que actúa la fuerza.

P = F / S

Mencionado anteriormente, según Pascal, la presión se transmite en todas las direcciones del fluido. Por lo tanto si aplicamos este concepto en la prensa hidráulica la presión sobre el émbolo menor deberá ser igual a la presión que se recibe en el émbolo mayor.

Por lo tanto si P1 es igual a P2

F1/S1 = F2/S2

Las superficies obviamente son diferentes entre ambos émbolos. Esto explica que las fuerzas también deberán ser diferentes para que los cocientes sean iguales. Si S2 es mayor que S1 F2 también será mayor que F1. Aquí radica la ventaja para elevar pesos mayores aplicando una fuerza menor.

Introducción al experimento:

        Desarrollaremos un experimento con tres tipos de combinaciones que nos permitirá estipular experimentalmente la presión en fluidos no miscibles y comprobar si estos no se mezclan en los vasos comunicantes. Las sustancias con las que trabajaremos serán: Agua, gasolina y aceite.

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