Principios De La Hidrostática Y La Hidrodinámica

UNIVERSIDAD ARTURO MICHELENA

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

ESCUELA DE FISIOTERAPIA

Principios de la Hidrostática y la Hidrodinámica

Autor:

Arlem Rodríguez

C.I.: 24.859.325

Nohelia Gómez

C.I.: 24.859.325

San Diego, mayo de 2013

INTRODUCCIÓN

Grandes aportes realizados por científicos como Arquímedes, Pascal y Bernoulli, han dado un enorme desarrollo a maquinarias y productos que hoy en día son indispensables para el buen funcionamiento de las necesidades básicas de la sociedad.

Uno de los primeros descubrimientos de la rama de la física fue el de la hidrostática que según relatos fue descubierta de una manera muy irregular por Arquímedes, ¿Quién es capaz de desarrollar una teoría con el simple hecho de ver su tina llenarse de agua? Aunque no suene lógico fue suficiente para Arquímedes desarrollar uno de los grandes principios de la hidrostática y realizar su tratado sobre los cuerpos flotantes. Con el pasar de muchos años el tema no quedo ahí otro grande científico complemento los principios de Arquímedes, también considerado una gran contribución científica lo que se denomina “Principio de Pascal”: que se resume en la frase: la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. Este científico es Blaise Pascal Blaise Pascal. El principio de Pascal fundamenta la hidrostática como una rama de la mecánica de fluidos que estudia los líquidos en estado de reposo; es decir; sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición y el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas: la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la grúa, entre otras.

Años después el científico Bernoulli aportó a la física el “Principio de Bernoulli” el cual fue expuesto en su obra de hidrodinámica que estudia la dinámica de los fluidos en 1738, Su obra describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado.

Hoy aportes de estos grandes científicos se han implementado en maquinarias industriales, en las tuberías de agua en el día a día de cada ser humano, pero no solo lo encontramos en industrias también estos aportes influye en el campo de la salud principalmente en el campo de la fisioterapia ya que a través ellos se han implementado técnicas con fines terapéuticos.

ARQUÍMEDES Notable matemático e inventor griego, que escribió importantes obras sobre geometría plana y del espacio, aritmética y mecánica. Nació en Siracusa, Sicilia, y se educó en Alejandría, Egipto. En el campo de las matemáticas puras, se anticipó a muchos de los descubrimientos de la ciencia moderna, como el cálculo integral, con sus estudios de áreas y volúmenes de figuras sólidas curvadas y de áreas de figuras planas. Demostró también que el volumen de una esfera es dos tercios del volumen del cilindro que la circunscribe. Arquímedes pasó la mayor parte de su vida en Sicilia, en Siracusa y sus alrededores, dedicado a la investigación y los experimentos, aunque no tuvo ningún cargo público, durante la conquista de Sicilia por los romanos se puso a disposición de las autoridades de la ciudad y muchos de sus instrumentos mecánicos se utilizaron en la defensa de Siracusa. Entre la maquinaria de guerra cuya invención se le atribuye está la catapulta y un sistema de espejos “quizás legendario” que incendiaba las embarcaciones enemigas al enfocarlas con los rayos del sol.

En mecánica, Arquímedes definió la ley de la palanca y se le reconoce como el inventor de la polea compuesta. Durante su estancia en Egipto inventó el ‘tornillo sin fin’ para elevar el agua de nivel. Pero Arquímedes es reconocido como uno de los grandes de la física por su gran descubrimiento de la ley de la hidrostática, el llamado principio de Arquímedes, que establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una pérdida de peso igual al peso del volumen del fluido que desaloja .Se dice que este descubrimiento lo hizo mientras se bañaba, al comprobar cómo el agua se desplazaba y se desbordaba.

Según relatos, se dice que el invento el método para determinar el volumen de un objeto de una manera muy irregular, de acuerdo a un arquitecto de la antigua Roma una nueva corona con forma de corona triunfal había sido fabricada para Hierón II, tirano gobernador de Siracusa, el cual le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha de oro sólido o si un orfebre deshonesto le había agregado plata por lo que Arquímedes tenía que resolver el problema sin dañar la corona, así que no podía fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su densidad, entonces un día cuando mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la tina cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua sería despreciable, la corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Entonces, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles, tan emocionado estaba por su descubrimiento para recordar vestirse, gritando "¡Eureka!" (en griego antiguo: "εὕρηκα" que significa "¡Lo he encontrado!)" y lo cual lo llevo a concluir en su tratado Sobre los cuerpos flotantes el principio de hidrostática conocido como el principio de Arquímedes. Este plantea que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado es decir dos cuerpos que se sumergen en una superficie (ej:agua), y el más denso o el que tenga compuestos más pesados se sumerge más rápido, es decir, tarda menos tiempo, aunque es igual la distancia por la cantidad de volumen que tenga cada cuerpo sumergido, entonces es decir, que según Arquímedes todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

El principio de Arquímedes consta de dos partes:

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

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

La Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido se puede explicar en primer lugar considerando; la fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p•dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.

Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje. De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple:

Empuje=peso=rf.g.V

Es decir; El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.

Y ¿Cómo se explicara La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones? Muy sencillo, al sustituir la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones, las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje. Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.

Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coincide el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.

Años más tarde, un conocido como matemático, científico y autor, abrazó la religión hacia el final de su corta vida, Blaise Pascal Blaise Pascal. Nació en Clermont-Ferrand el 19 de junio de 1623, y su familia se estableció en París en 1629. Bajo la tutela de su padre, Pascal pronto se manifestó como un prodigio en matemáticas, y a la edad de 16 años formuló uno de los teoremas básicos de la geometría proyectiva, conocido como el teorema de Pascal y descrito en su Ensayo sobre las cónicas (1639).

En 1642 inventó la primera máquina de calcular mecánica. Pascal demostró mediante un experimento en 1648 que el nivel de la columna de mercurio de un barómetro lo determina el aumento o disminución de la presión atmosférica circundante. Este descubrimiento verificó la hipótesis del físico italiano

...