Hidrostática

Presentación Contenido Temático Recursos Evaluación Bibliografía Créditos

Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2011

Inicio

Presentación Los movimientos internos que ocurren en los seres vivos se basan en principios físicos.

Nuestro cuerpo está compuesto en gran parte de líquidos como la sangre, la orina y secreciones que se hayan en constantes movimientos.

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

Inicio

Contenido Temático CONCEPTOS INHERENTES PRESIÓN HIDROSTÁTICA PRESIÓN ATMOSFÉRICA VASOS COMUNICANTES PRESIÓN ARTERIAL EL PRINCIPIO DE PASCAL EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

EJERCICIOS

Inicio

CONCEPTOS INHERENTES Fluido: sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas, es capaz de fluir, el término comprende líquidos y gases.

Volumen (V): En matemáticas, medida del espacio ocupado por un cuerpo sólido. El volumen se mide en unidades cúbicas, como metros cúbicos o centímetros cúbicos en el sistema métrico decimal de pesos y medidas. El volumen también se expresa a veces en unidades de medida de líquidos, como litros:

1 litro = 1 l = 1 dm ³

CONTINUA>>

Inicio

CONCEPTOS INHERENTES Densidad (δ ): relación entre la masa (m) y el volumen que ocupa.

δ = m/V [kg/m ³; g/cm ³] Peso específico (ρ): relación entre el peso (P) y el volumen que ocupa.

ρ = P/V [N/m³; kg/m ³; gr/cm ³

CONTINUA>>

Inicio

CONCEPTOS INHERENTES Presión La presión (p) en cualquier punto es la razón de la fuerza normal, ejercida sobre una pequeña superficie, que incluya dicho punto.

p = F/A [N/m ²; kg/cm ²] En la mecánica de los fluidos, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atmósfera); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado (N/m ²):

1 N/m ² = 1 Pa (pascal) La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.

CONTINUA>>

Inicio

PRESIÓN HIDROSTÁTICA “La presión hidrostática se debe a la acción de la gravedad sobre el líquido; esto quiere decir que se debe al peso del propio líquido y se manifiesta como un efecto de compresión que actúa perpendicularmente en cada punto de la superficie del cuerpo sumergido.”

Todo líquido en reposo ejerce una fuerza perpendicular a cualquier superficie en contacto con él. Como esta fuerza se distribuye en toda la superficie, la llamamos presión hidrostática.

La presión hidrostática (pH) en un punto situado debajo del nivel del agua depende de la densidad del líquido (  ), de la profundidad (h) y de la aceleración gravitatoria (g).

En el S.I. la presión hidrostática se mide en pascales (Pa)

pH  .g.h

Donde: g = aceleración gravitatoria.  = densidad del líquido. h = profundidad o altura.

CONTINUA>>

Inicio

Ejemplo Presión Hidrostática “Una piscina de 5 m de profundidad se encuentra totalmente llena de agua. ¿Cuál es la presión, en el fondo, debida únicamente al peso del agua?.”

Donde: g = aceleración gravitatoria.  = densidad del líquido. h = profundidad o altura pH= presión hidrostática.

pH   agua .g .h kg m pH  (1000 3 )(9,8 2 )5m m s N pH  49000 2 m pH  49000Pa

Rpta.- La presión que ejerce el agua en el fondo es de 49000 N por cada m 2 En el SI 49000 Pa CONTINUA>>

Inicio

PRESIÓN ATMOSFÉRICA La presión no es exclusiva de los líquidos. Los gases también ejercen presión sobre el recipiente que los contiene.

Nuestra vida se desarrolla dentro de una atmósfera que contiene muchos gases, por lo que continuamente estamos sujetos a una presión, conocida como la presión atmosférica.

El aire, como cualquier sustancia cercana a la Tierra es atraído por ella; es decir, el aire tiene peso. Debido a esto, la capa atmosférica que envuelve a la Tierra y que alcanza una altura de decenas de kilómetros, ejerce una presión sobre los cuerpos sumergidos en ella. Esta presión se denomina "presión atmosférica" "Es la presión que ejerce el aire sobre los cuerpos sumergidos debido a la acción del campo gravitatorio"

CONTINUA>>

Inicio

¿Cuál es le valor de la presión atmosférica?

En 1643 el científico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) determinó el valor de la presión atmosférica al nivel del mar. Torricelli llenó con mercurio un recipiente y un tubo de vidrio abierto solo por un extremo. Tapando el extremo abierto, sumergió el tubo en el recipiente y al destaparlo observó que el mercurio descendía hasta quedar a una altura de 760 mm.

Torricelli concluyó que la presión atmosférica (patm) es igual a la presión que ejerce una columna de 760 mm Hg. Debido a este hecho, una de las unidades para medir la presión es milímetros de mercurio, llamada también torr en honor a Torricelli.

patm = 1 torr = 760 mm Hg Para calcular la presión atmosférica patm al nivel del mar en pascales (Pa), usamos la fórmula de la presión hidrostática:

patm =

Hg

Equivalencia:

g.h = (13 600 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,76 m) = 101 293 Pa 760 mm Hg = 101 293 Pa

CONTINUA>>

Inicio

PRESIÓN ABSOLUTA

La presión absoluta pabs es la presión total que soporta un punto debido a la presión hidrostática pH mas la presión externa pext que existe sobre el líquido.

pabs = pH + pext

CONTINUA>>

Inicio

VASOS COMUNICANTES: PUNTOS ISOBÁRICOS En la figura observamos que el nivel del agua en los vasos tiene la misma altura, sin importar la forma y la capacidad de estos.

Este hecho se debe a que el nivel del líquido en cada vaso soporta la misma presión externa. Es decir, los puntos A, B y C son puntos isobáricos.

A En general, se cumple que, para un líquido, dos o más puntos ubicados al mismo nivel son puntos isobáricos.

pA = pB = pC

B

C

Inicio

PROBLEMA RESUELTO Calcula la presión hidrostática en kPa y en mm Hg que siente un buzo al descender en el mar a una profundidad de 20 m.

3 ( mar = 1 030 kg/m ).



Resolución: 1.- Calculamos la presión en pascales: pH = mar g.h (1 030 kg/m) (9,8 m/s) (20 m) pH = 201 880 Pa La presión hidrostática a 20 m de profundidad es 202,0 kPa.

2.- Calculamos la altura de mercurio de dicha presión: pH = Hg g.h 201 880 Pa = (13 600 kg/m) (9,8 m/s) h H = 1,5 m



Rpta.- La presión hidrostática a 20 m de profundidad es 1 500 mm Hg.

Inicio

PRESIÓN ARTERIAL La presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre contra las paredes de las arterias. Cada vez que el corazón late, bombea sangre hacia las arterias. Su presión arterial estará al nivel más elevado al latir el corazón bombeando la sangre. A esto se le llama presión sistólica. Cuando el corazón está en reposo, entre un latido y otro, la presión sanguínea disminuye. A ésto se le llama la presión diastólica.

En la lectura de la presión arterial se utilizan estos dos valores, las presiones sistólica y diastólica. Generalmente, se escriben uno arriba del otro o uno antes del otro. La lectura con valores de: 120/80 o menos son normales 140/90 o más indican hipertensión arterial Entre 120 y 139 para el número más elevado, o entre 80 y 89 para el número más bajo es prehipertensión En el corazón, cuando el ventrículo izquierdo se contrae, la presión en la aorta aumenta y alcanza su valor máximo entre 110 y 120 mm Hg. Cuando el ventrículo se relaja, la presión arterial baja a su valor mínimo, que generalmente es de 80 mm Hg. CONTINUA>>

Inicio

¿CÓMO SE MIDE LA PRESIÓN ARTERIAL? El elemento utilizado para medir la presión arterial se denomina esfingomanómetro, o más fácil tensiómetro. Es aquel que siempre vemos en el consultorio del médico o en los departamentos de emergencias.

Consta de un manguito inflable que se coloca en el brazo y un reloj especialmente calibrado para valorar los milímetros de mercurio de presión que corresponden a la arteria del brazo (humeral).

Es sobre esta arteria que el médico coloca el estetoscopio para escuchar el flujo a través de la misma.

Escuchando los cambios en el sonido del pulso, se evalúa cuanto se debe inflar el manguito para detener el flujo sanguíneo en ese sector.

Una vez inflado, el aire del manguito se deja escapar lentamente hasta el momento preciso en que la sangre comienza a fluir nuevamente.

En este momento el tensiómetro registra lo que se llama presión Máxima o Sistólica de la sangre.

Luego se deja salir progresiva y lentamente el aire del manguito escuchando el pasaje de la sangre, hasta que los sonidos se hacen inaudibles.

El tensiómetro ahora está registrando la presión Mínima o Diastólica de la sangre.

La presión MÁXIMA se corresponde con la contracción del corazón y la MÍNIMA es la que encontramos cuando este se relaja.

CONTINUA>>

Inicio

¿CÓMO SE MIDE LA PRESIÓN ARTERIAL? La presión ARTERIAL se indica como un cociente entre el valor máximo y el mínimo, por ejemplo, 160/90.

La presión arterial está determinada por una gran variedad de factores y suele ser más elevada en los hombres que en las mujeres y los niños; además, es menor durante el sueño. Existen valores de presión arterial aceptados como normales para personas sanas según la edad: 80/45 120/80 140/85

en lactantes, para personas de 30 años y hasta a los 40 años o más.

El aumento de la arteria arterial es las personas mayores se debe a que las arterias pierden elasticidad.

CONTINUA>>

Inicio

EL PRINCIPIO DE PASCAL En 1647 el matemático y filósofo francés Blaise Pascal formuló que los líquidos tienen la propiedad de transmitir una presión externa con la misma intensidad en todas las direcciones.

Este principio es el fundamento de toda máquina hidráulica, como el gato hidráulico o la prensa hidráulica.

En la prensa hidráulica, la fuerza externa aplicada en el émbolo pequeño produce una presión externa que se transmite con igual intensidad al émbolo grande; este hecho hace que la fuerza que aparece en el émbolo grande sea muy intensa.

p1 = p2 F1 F2  A1 A2 F2 A2  F1 A1

En esta última relación notamos que la fuerza F2 es a F1 como A2 es a A1. Es decir, si el Área A2 es 1000 veces el Área A1, entonces la fuerza que aparece en el émbolo grande es 1000 veces la del émbolo pequeño.

CONTINUA>>

Inicio

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES: El empuje de los líquidos El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto Arquímedes. Cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, el fluido ejerce una presión sobre todas las partes de la superficie del cuerpo que están en contacto con el fluido. La presión es mayor sobre las partes sumergidas a mayor profundidad. La resultante de todas las fuerzas es una dirigida hacia arriba y llamada el empuje sobre el cuerpo sumergido.

El notable matemático e inventor griego Arquímedes (287 -212 a.c) postuló que el empuje (E) ejercido por un líquido sobre un cuerpo parcial o totalmente sumergido es igual al peso del volumen del líquido desalojado por el cuerpo.

E = (m. g) líquido desalojado Si expresamos la masa del líquido en términos de la densidad del líquido y el volumen desalojado, obtenemos: E = ( V. g) líquido desalojado Arquímedes también observó que el volumen desalojado VD es igual al volumen sumergido VS E = liq VS. g





CONTINUA>>

Inicio

EJEMPLO:

1.- Una roca suspendida de un dinamómetro pesa 4 N. Cuando es sumergida completamente en agua desaloja un volumen de 100 cm3. Determinar la nueva marca del dinamómetro mientras la roca está sumergida completamente.

Datos: P= 4 N VD= 100 cm3

Resolución: 1.- Calculamos el empuje, teniendo en cuenta que el volumen desalojado es igual que el volumen sumergido.

VD  VS VS  100cm3  0,1x103 m3 E  liqVS g E  (1000kg / m3 )(0,1x103 )(10m / s 2 ) E  1N CONTINUA>>

Rpta.- La nueva marca del dinamómetro es: 4N – 1N = 3 N

Inicio

Recursos Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las actividades educativas lúdicas

Actividades interactivas

Inicio

Créditos Presión hidrostática http://perso.gratisweb.com/grupopascal/FLUIDOS%20Profe/FLUIDOS%20Profe/Carpeta%20unidad/Phidrostatica/index.htm

Estática de fluidos http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htm

Gif presión hidrostática http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.todonatacion.com/images/fuerzas/presionHidrostatica.gif&imgrefurl=http://www.todonatacion.com/Gran_t ecnica/biomecanica.php%3Fpasado%3Dtension-superficial&usg=__w9O27FL9rH-De5dtil1wEYCVcc=&h=550&w=550&sz=37&hl=es&start=0&tbnid=4s4el1Fv5PpIzM:&tbnh=117&tbnw=117&prev=/images%3Fq%3Dpresion%2Bhidrostatica%26hl%3Des%2 6sa%3DX%26biw%3D1003%26bih%3D535%26tbs%3Disch:1&itbs=1&iact=hc&vpx=231&vpy=88&dur=932&hovh=224&hovw=224&tx=127&ty=127&ei=R5Np TPLBKYL7lwfMmvCgBQ&oei=R5NpTPLBKYL7lwfMmvCgBQ&esq=1&page=1&ndsp=18&ved=1t:429,r:1,s:0 Presión atmosférica http://gfrojas.blogspot.com/2008/12/la-presin-atmosfrica.html Vasos comunicantes raindrop-close2u.blogspot.com Presión absoluta http://www.caurium.com/clientes/rite2008/mod_001/unid_003a_000.html Concepto de presión arterial http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/highbloodpressure.html Imagen presión arterial http://tipsfamilia.com/2008/08/16/hipertension-enemiga-silenciosa/ Conceptos http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrostatica http://www.fisicanet.com.ar/fisica/estatica_fluidos/ap03_hidroestatica.php