Hidrostática: que es, conceptos, fórmulas, ejercicios

Hidrostática es una rama de la física que estudia las características de los fluidos en reposo. En particular, establece relaciones con el presión ejercida sobre cuerpos sumergidos en fluidos como el aire y el agua atmosféricos.

veaademás:Conceptos importantes para el estudio de la hidrostática.

¿Qué es la hidrostática?

LA Hidrostática es un área de la Física que estudia las propiedades de los fluidos en reposo. Entre las propiedades físicas de los fluidos, podemos destacar las más importantes: densidad,presión y fuerza de flotabilidad. Entendemos como fluidos sustancias capaces de asumir la forma de su recipiente, cambiando de forma bajo la acción de alguna fuerza externa.

LA densidad es un parámetro importante, ya que esta propiedad mide la cantidad de materia que tiene un fluido en un espacio dado. Según el Sistema Internacional de Unidades (SI), la densidad de un fluido se mide en kilogramosporsubterraneocúbico (kg / m³).

LA presiónhidrostático mide el fuerza por unidad de área que un fluido en reposo es capaz de ejercer contra una superficie. Cuanto mayor es la profundidad de un cuerpo sumergido en un fluido, mayor es la presión que se ejerce sobre él. La unidad de presión en el SI es la

pascual (Pa), que es equivalente a la presión de 1 newton por metro cuadrado (N / m²).

O flotabilidad, a su vez, es la fuerza que todo fluido ejerce sobre los cuerpos sumergidos en él. La fuerza de flotación es responsable de expulsar las burbujas de gas de las bebidas carbonatadas. Además, hace que un corcho, un barco o un cubito de hielo floten en el agua. La fuerza de flotación es descrita por la Teorema de Arquímedes, y tu unidad es la Newton (NORTE).

presion hidrostatica

LA presiónhidrostático es la presión que ejerce una columna de fluido en reposo. Para calcular el módulo de la presión hidrostática ejercida por un fluido, usamos el principiofundamentaldaHidrostática:

La diferencia de presión entre dos puntos en un fluido está determinada por el producto de su densidad, el módulo de gravedad local y la diferencia de altura entre estos puntos.

El principio fundamental de la hidrostática establece que cuanto mayor sea la profundidad de un fluido, más presión ejercerá.
El principio fundamental de la hidrostática establece que cuanto mayor sea la profundidad de un fluido, más presión ejercerá.

Podemos traducir el principio fundamental de hidrodinámica en la siguiente ecuación:

Principio fundamental de la hidrodinámica - fórmula

ΔP - diferencia de presión (Pa)
D - densidad del fluido (kg / m³)
Oh - diferencia de altura entre puntos de fluido (m)

Un análisis cuidadoso del principio presentado anteriormente nos permite concluir que:

  • Dos puntos que se encuentran en el misma altura en un fluido tendrán la misma presión;

  • todo fluido en equilibrio presenta su superficie libre dispuesta en la dirección horizontal;

  • La presión en un fluido aumenta con su profundidad.

→ Teorema y presión de Pascal

De acuerdo a Teorema de pascal, cada aumento de presión sobre un fluido ideal, es decir, un fluido no compresible, continuo y sinviscosidad, se transmite de forma homogénea en todo su volumen. Una de las aplicaciones del principio de Pascal es el funcionamiento de prensas y pistones hidráulicos.

Teorema de Pascal

F - fuerza aplicada (N)
LA - área de aplicación de la fuerza (m²)

Hidrostática y densidad

LA densidad es una de las propiedades más importantes de un fluido. A través de él, es posible determinar la cantidad de materia que constituye un fluido en un volumen dado. La definición de densidad se muestra a continuación:

Densidad

D - densidad (kg / m³)
metro - masa (kg)
V - volumen (m³)

La densidad de un fluido se mide en base a la densidad del agua pura, cuyo módulo es 1.0 kilogramoporsubterraneocúbico. Hay varias unidades de densidad que se utilizan comúnmente en el estudio de la hidrostática. Vea algunos de ellos en la siguiente figura y aproveche la oportunidad para aprender cómo realizar conversiones de unidades cuando sea necesario:

Equivalencia entre las principales unidades de densidad.
Equivalencia entre las principales unidades de densidad.

veaademás: Diferencias entre densidad y masa específica

Flotabilidad e hidrostática

Cuando se inserta en un fluido, un cuerpo ocupa parte del espacio que antes ocupaba el propio fluido. Así, el fluido ejercerá sobre este objeto una fuerza dirigida hacia arriba de una magnitud igual al peso del fluido que fue desplazado debido a la inserción del cuerpo en su interior.

La definición presentada anteriormente fue desarrollada por ArquímedesenSiracusa un importante matemático, inventor y físico Griego. Su declaración original se presenta a continuación:

"Todo cuerpo sumergido en un fluido en reposo sufre, por parte del fluido, una fuerza vertical ascendente, cuya intensidad es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo".


El módulo de la fuerza de flotación se puede calcular utilizando la siguiente definición:

El empuje ejercido depende del volumen (V) de fluido desplazado por la inserción de un cuerpo, la densidad del fluido y la gravedad local.
El empuje ejercido depende del volumen (V) de fluido desplazado por la inserción de un cuerpo, la densidad del fluido y la gravedad local.

La flotabilidad ejercida por un fluido Nodependerá, por lo tanto, de la Pesodelcuerpo o el tuyo densidad, pero si de densidaddellíquido, da gravedadlocal es de volumenenlíquidodesplazado, que, por cierto, es igual hacia volumen de la parte del cuerpo que esta inmerso en el líquido.

Aunque la flotabilidad no está determinada por la densidad corporal, a través de la relación entre la densidad corporal y la densidad de fluidos, es posible saber si el cuerpo flotará, permaneceráenequilibrio o se sumergirá. Mirar:

  • si el cuerpo es másdenso que el fondo tenderá a hundirse;

  • Si el cuerpo tiene una densidad Siguiente la del fluido, tenderá a permanecer en equilibrio;

  • Si el cuerpo tiene densidad menor que la densidad del fluido, tenderá a fluctuar.

peso aparente

Pesoaparente es el resultado de fuerzas Peso y flotabilidad que actúan sobre un cuerpo incrustado en un fluido. Cuando se sumerge en líquido, el cuerpo se verá más "Luz" de lo que realmente es. Esto se debe a que la fuerza de flotación actúa sobre este cuerpo en la dirección vertical, siempre apuntando porarriba.

O Pesoaparente se puede calcular de la siguiente manera:

peso aparente

PAGAP - peso aparente (N)
PAG - peso corporal (N)
Y - empuje en el cuerpo (N)

Fórmulas hidrostáticas

Consulta a continuación algunas de las principales fórmulas utilizadas en el estudio de la Hidrostática.

→ Principio fundamental de la hidrostática

El principio fundamental de la hidrostática permite calcular la diferencia de presión entre dos puntos de diferentes alturas dentro de un fluido ideal.

Principio fundamental de la hidrostática - fórmula

→ Densidad

La densidad mide la cantidad de materia contenida en un fluido o un cuerpo por unidad de espacio ocupado por él:

Densidad

→ Teorema de Pascal

El teorema de Pascal indica que el aumento de presión ejercido sobre un fluido en equilibrio se distribuye sobre él de forma integral y homogénea:

Teorema de Pascal

→ Flotabilidad

La flotabilidad es la fuerza que ejerce un fluido que se ha desplazado de su posición como resultado de la inserción de un cuerpo. La flotabilidad depende del volumen de fluido desplazado, la gravedad local y la densidad del fluido:

fórmula de empuje

→ peso aparente

El peso aparente es la fuerza resultante sobre un cuerpo insertado total o parcialmente en un líquido:

peso aparente

Ejercicios hidrostáticos

1. Determine la diferencia de presión entre dos puntos ubicados a 10 my 20 m de profundidad en un lago de agua salobre con una densidad igual a 1200 kg / m³.

adoptar:

gramo = 10 m / s²

Resolución

Para calcular la diferencia de presión entre los dos puntos mencionados en el ejercicio, usaremos el principio fundamental de Hidrostática:

'Principio fundamental de la hidrostática - fórmula

De esta forma, tendremos el siguiente cálculo:

Cálculo de la diferencia de presión


Por mí. Rafael Helerbrock

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