Hidrostática

La presión de los fluidos en reposo.

La parte de la Física que estudia el agua (hidro) en reposo (statikos) y en general los fluidos se llama HIDROSTÁTICA.

En las fotografías que tienes a continuación ves el agua en reposo:

termo e hidro

Es importante que tengamos en cuenta cuando estudiamos la presión de los fluidos, si éstos se hallan en reposo o en movimiento.

Cuando un fluido está en reposo podemos estudiar el comportamiento de la presión que hace sobre el fondo, sobre las paredes, sobre un cuerpo que se halle sumergido o flotando.

Cuando hacemos una Fuerza sobre un objeto, por ejemplo con un dedo, obtenemos distintos resultados.

Si pulsamos sobre una tecla de nuestro ordenador, después vuelve a su estado primitivo para que podamos utilizarla nuevamente.

termo e hidro

Si aplicamos el dedo sobre una masa de agua con harina y un poco de sal para hacer pan notamos que la masa se deforma, pierde su forma primitiva.

Si el dedo introducimos en agua notamos que el dedo se ha mojado y poco más.

El comportamiento sería distinto si apoyásemos el dedo sobre el eje de un disco flotando sobre el agua y tuviese el mismo radio que el recipiente:

termo e hidro

Ahora notarías que no puedes comprimir.

¿Cómo calculamos la presión que hacemos sobre un fluido?

termo e hidro

Sobre el agua de un recipiente cilíndrico que tiene una superficie de 0,5m2 aplicamos una fuerza de 3 + 2 = 5kg

La Presión no es más que la Fuerza por unidad de superficie, en este caso calculamos la Presión por cada cm2.

Sabemos que sobre 5000cm2 (0,5m2) hacemos una Fuerza de 5kg lo que significa una Presión de:

termo e hidro

La presión que hace un fluido en reposo sobre un punto situado en su interior depende de la profundidad a la que se encuentre y del peso que el fluido tiene por decímetro cúbico.

No es lo mismo que un cuerpo se halle en el interior de un fluido como el alcohol cuyo peso por dm3 es de 0,8kg que dentro del agua cuyo peso específico es de 1kg por dm3 o que el fluido sea el agua del mar en cuyo caso 1dm3 pesa 1,025kg.

Cuanto mayor peso específico tenga el fluido mayor será la Fuerza que le hace hacia abajo a un objeto que se halle en su interior.

Recuerda que cuanto mayor sea la altura de un fluido sobre un cuerpo, mayor será la Fuerza que le empuja hacia abajo.

termo e hidro

Este dibujo te indica que el agua almacenada, supongamos en un pantano, si hacemos un agujero cerca del fondo el agua sale con más velocidad que si lo hacemos cerca del nivel de la superficie.

En las siguientes fotografías ves que cuando el desagüe se hace cerca de la superficie el agua sale suavemente (2ª foto) mientras

termo e hidro

que si la salida del agua se realiza a cierta profundidad vemos que sale con una fuerza importante, tanto mayor cuanto la altura desde el aliviadero (salida del agua) hasta la superficie sea más grande.

Unidad de la presión:

En el Sistema Internacional (SI) a la unidad de Presión llamamos Pascal (Pa).

El Pascal equivale a la Presión que hacemos perpendicularmente con la Fuerza de un Newton sobre una Superficie de 1m2.

termo e hidro

Existen otras unidades que se utilizan mucho como son el bar y la atmósfera.

4.6 ¿Por qué el muro que contiene las aguas de un embalse tiene su base más gruesa por la base?

Razona tu respuesta.

termo e hidro

Respuesta – Solución

Porque la presión que hace el agua depende de la altura. Cuanto más cerca del fondo existe mayor presión.

4.7 Queremos obtener una Presión de 10 pascales con una Fuerza de 60N ¿Sobre qué superficie habrá que aplicar dicha Fuerza?

Respuesta: 6m2

Nos basta con aplicar la fórmula, sustituir valores y realizar operaciones: 

termo e hidro

4.8 Caminar sobre la nieve no es muy agradable. Los pies se hunden y avanzar exige un esfuerzo físico, a veces, considerable.

Nos hundimos en la nieve por el peso que tenemos, es decir, por la Fuerza que hace nuestro cuerpo hacia abajo por causa de la gravedad cuyo resultado puedes comprobar en las fotos siguientes:

termo e hidro

 

¿Qué se te ocurre hacer para no hundirnos mucho y poder caminar con menos dificultades?

Respuesta – Solución

Lo que tenemos que procurar es hacer menos presión contra la nieve y para ello tenemos una sencilla solución y es sujetar a nuestro calzado unas raquetas como te muestran estas fotos:

termo e hidro

Con ellas conseguimos que nuestro peso (FUERZA) descanse en una MAYOR SUPERFICIE con lo que la PRESIÓN será menor.

Si observas la fórmula de la Presión vemos:

termo e hidro

Cuanto mayor sea S (superficie de contacto con la nieve) el cociente (P) será menor. El Peso (en newtons) - FUERZA sigue teniendo el casi el mismo valor antes y después de colocarnos el suplemento porque siempre se trata de un material muy ligero.

4.9 Supongamos una persona que pesa 60 kilos calzando unas botas que tienen como medida de suela una superficie aproximada de 30cm de largo por 10cm de ancho.

¿Qué Presión hace sobre el suelo?

Si el suelo está cubierto de nieve y se coloca unos esquíes de 1,9m de largo por 12cm de ancho ¿Qué presión hace sobre el suelo despreciando el peso de los esquíes?

Respuestas: 9800Pa y 1289,47Pa respectivamente.

Sin esquíes la Presión es:termo e hidro

 
Recuerda que por ahora (no ha habido accidente) descansa sobre dos piernas (dos botas, luego lo hará sobre 2 esquíes).

Con esquíes la Presión vale: termo e hidro

 

4.10 Esperamos que nunca te suceda el introducirte en un terreno de arenas movedizas como el de la foto siguiente:

termo e hidro

¿Qué debes hacer?

Respuesta – Solución

Debes colocarte inmediatamente en una postura que hagas la menor presión posible sobre el suelo movedizo y para ello tu cuerpo debe ocupar la máxima superficie.

Para ocupar la máxima superficie posible lo mejor es que adoptes una postura como la que ves en este dibujo:

termo e hidro

De este modo consigues repartir tu peso en la máxima superficie con lo que consigues disminuir la presión sobre el terreno movedizo y estar con la máxima tranquilidad que puedas, algo muy difícil pero muy importante si quieres seguir viviendo.

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