La hidrostática es un área de la física que estudia la líquidos en reposo. Esta rama involucra varios conceptos como densidad, presión, volumen y fuerza de flotación.
Conceptos principales de hidrostática
Densidad
La densidad determina la concentración de materia en un volumen dado.
En cuanto a la densidad del cuerpo y los fluidos tenemos:
- Si la densidad del cuerpo es menor que la densidad del fluido, el cuerpo flotará sobre la superficie del fluido;
- Si la densidad del cuerpo es igual a la densidad del fluido, el cuerpo estará en equilibrio con el fluido;
- Si la densidad del cuerpo es mayor que la densidad del fluido, el cuerpo se hundirá.
Para calcular la densidad se utiliza la siguiente fórmula:
d = m / v
ser,
D: densidad
metro: pasta
v: volumen
En el sistema internacional (SI):
- La densidad está en gramos por centímetro cúbico (g / cm3), pero también se puede expresar en kilogramos por metro cúbico (kg / m3) o en gramos por mililitro (g / ml);
- la masa está en kilogramos (Kg);
- el volumen está en metros cúbicos (m3).
Lea también sobre el Densidad y el densidad del agua.
Presión
La presión es un concepto esencial de la hidrostática, y en esta área de estudio se denomina presion hidrostatica. Determina la presión que ejercen los fluidos sobre los demás.
Como ejemplo, podemos pensar en la presión que sentimos cuando estamos nadando. Entonces, cuanto más profundo buceamos, mayor es la presión hidrostática.
Este concepto está estrechamente relacionado con la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad. Por lo tanto, la presión hidrostática se calcula utilizando la siguiente fórmula:
P = d. H. gramo
Dónde,
PAG: presion hidrostatica
D: densidad del líquido
H: altura del líquido en el recipiente
gramo: aceleración de la gravedad
En el Sistema Internacional (SI):
- la presión hidrostática está en Pascal (Pa), pero también se utilizan la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg);
- la densidad del líquido está en gramos por centímetro cúbico (g / cm3);
- la altura está en metros (m);
- la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / seg2).
Nota: Tenga en cuenta que la presión hidrostática no depende de la forma del recipiente. Depende de la densidad del fluido, la altura de la columna del líquido y la gravedad de la ubicación.
¿Quiere saber más? Lea también sobre el Presión atmosférica.
Flotabilidad
El empuje, también llamado empuje, es un fuerza hidrostática que actúa sobre un cuerpo que está sumergido en un fluido. Por tanto, la fuerza de flotación es la fuerza resultante ejercida por el fluido sobre un cuerpo dado.
Como ejemplo, podemos pensar en nuestro cuerpo que se siente más ligero cuando estamos en el agua, ya sea en la piscina o en el mar.
Tenga en cuenta que esta fuerza ejercida por el líquido sobre el cuerpo ya se estudió en la antigüedad.
El matemático griego Arquímedes fue quien realizó un experimento hidrostático que le permitió calcular el valor de la fuerza de flotación (vertical y ascendente) que aligera un cuerpo dentro de un fluido. Tenga en cuenta que actúa en la dirección opuesta a fuerza peso.
Activación de la fuerza de flotación y la fuerza del peso.
Por tanto, el enunciado del Teorema de Arquímedes o Ley de Flotabilidad es:
“Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un impulso ascendente igual al peso del volumen del fluido desplazado, por lo tanto, los cuerpos más densos que el agua se hunden, mientras que los menos densos flotador”.
En cuanto a la fuerza de flotación, podemos concluir que:
- Si la fuerza de flotación (E) es mayor que la fuerza del peso (P), el cuerpo subirá a la superficie;
- Si la fuerza de flotación (E) tiene la misma intensidad que la fuerza de peso (P), el cuerpo no subirá ni bajará, permaneciendo en equilibrio;
- Si la fuerza de flotación (E) es menor que la fuerza del peso (P), el cuerpo se hundirá.
Recuerde que la fuerza de flotación es un Grandeza vectorial, es decir, tiene dirección, módulo y dirección.
En el Sistema Internacional (SI), el empuje (E) se da en Newton (N) y se calcula mediante la siguiente fórmula:
E = dF. Vfd. gramo
Dónde,
Y: fuerza de flotación
DF: densidad del fluido
Vfd: volumen de fluido
gramo: aceleración de la gravedad
En el Sistema Internacional (SI):
- la densidad del fluido está en kilogramos por metro cúbico (kg / m3);
- el volumen de fluido está en metros cúbicos (m3);
- la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / seg2).
Leer el fórmula de empuje.
Escala hidrostática
La balanza hidrostática fue inventada por el físico, matemático y filósofo italiano Galileo Galilei (1564-1642).
Residencia en Principio de Arquimedes, este instrumento sirve para medir la fuerza de flotación ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido.
Es decir, determina el peso de un objeto sumergido en un líquido, que a su vez es más ligero que en el aire.
Escala hidrostática
Lea también: Principio de Pascal.
Ley fundamental de la hidrostática
O Teorema de Stevin se conoce como la "Ley Fundamental de la Hidrostática". Esta teoría postula la relación de variación entre los volúmenes de líquido y la presión hidrostática. Su declaración se expresa de la siguiente manera:
“La diferencia entre las presiones de dos puntos de un fluido en equilibrio (en reposo) es igual al producto entre la densidad del fluido, la aceleración de la gravedad y la diferencia entre las profundidades del puntos.”
El teorema de Stevin está representado por la siguiente fórmula:
∆P = γ ⋅ Oh o ∆P = d. gramo. Oh
Dónde,
∆P: variación de la presión hidrostática
γ: peso específico del fluido
Oh: variación de la altura de la columna de líquido
D: densidad
gramo: aceleración de la gravedad
En el Sistema Internacional (SI):
- la variación de la presión hidrostática está en Pascal (Pa);
- el peso específico del fluido está en Newton por metro cúbico (N / m3);
- la variación en la altura de la columna de líquido está en metros (m);
- La densidad está en kilogramos por metro cúbico (kg / m3);
- la aceleración de la gravedad está en metros por segundo al cuadrado (m / seg2).
Hidrostática e hidrodinámica
Mientras que la hidrostática estudia los líquidos en reposo, la hidrodinámica es la rama de la física que estudia el movimiento de estos fluidos.
Ejercicios de examen de ingreso con comentarios
1. (PUC-PR) La flotabilidad es un fenómeno muy familiar. Un ejemplo es la relativa facilidad con la que puede levantarse desde el interior de una piscina en comparación con tratar de levantarse del agua, es decir, en el aire.
Según el principio de Arquímedes, que define el empuje, marque la proposición correcta:
a) Cuando un cuerpo flota en el agua, la flotabilidad que recibe el cuerpo es menor que el peso del cuerpo.
b) El principio de Arquímedes solo es válido para cuerpos sumergidos en líquidos y no puede aplicarse a gases.
c) Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical ascendente igual en módulo al peso del fluido desplazado.
d) Si un cuerpo se hunde en agua con velocidad constante, la flotabilidad sobre él es nula.
e) Dos objetos del mismo volumen, cuando se sumergen en líquidos de diferente densidad, sufren igual empuje.
Alternativa c
2. (UERJ-RJ) Una balsa, cuya forma es un paralelepípedo rectangular, flota sobre un lago de agua dulce. La base de su casco, cuyas dimensiones son iguales a 20 m de largo y 5 m de ancho, es paralela a la superficie libre del agua y sumergida a cierta distancia de esa superficie. Suponga que la balsa está cargada con 10 automóviles, cada uno de los cuales pesa 1200 kg, de modo que la base del casco permanece paralela a la superficie libre del agua, pero sumergida a una distancia d de esa superficie.
Si la densidad del agua es 1.0 × 103 kg / m3, la variación (d - do), en centímetros, es: (g = 10 m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternativa c
3. (UNIFOR-CE) Dos líquidos químicamente inertes, no miscibles, A y B, con densidades dA = 2,80g / cm3 y dB = 1,60 g / cm3, respectivamente, se colocan en el mismo recipiente. Sabiendo que el volumen del líquido A es el doble que el de B, la densidad de la mezcla, en g / cm3, OK:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativa a
Para más preguntas, con resolución comentada, vea también: Ejercicios hidrostáticos.
