Física

Ley de Stevin – Hidrostática

Publicado por Monica González

Simon Stevin fue un físico y matemático Belga que concentró sus investigaciones en los campos de la estática y de la hidrostática a finales del siglo XVI y desarrolló estudios también en el campo de la geometría vectorial.

Entre otras cosas, el demostró, experimentalmente, que la presión ejercida por un fluido depende exclusivamente de su altura. La ley de Stevin está relacionada con verificaciones que podemos realizar sobre la presión atmosférica y la presión en los líquidos. Como sabemos, de los estudios en el campo de la hidrostática, cuando consideramos un líquido cualquiera que está en equilibrio, tenemos magnitudes importantes a observar, tales como:

  • Masa específica (densidad)
  • Aceleración gravitatoria local (g)
  • Altura de la columna de líquido (h)

Es posible describir la presión para dos puntos diferentes de la siguiente forma:

STEV1

PA = d g hA

PB = d g hB

En este caso, podemos observar que la presión del punto B es ciertamente superior a la presión en el punto A. Esto ocurre porque el punto B está en una profundidad mayor y por tanto, debe soportar una columna mayor de líquido.

Podemos utilizar un artilugio matemático para obtener una expresión que relacione la presión de B en función de la presión del punto A (diferencia entre las presiones), observando:

PB – PA = dghB – dghA

PB – PA = dg (hB – hA)

PB – PA = dgh

PB = PA + dg

Utilizando esta constatación, par un líquido en equilibrio cuya superficie está bajo la acción de la presión atmosférica, la presión absoluta (P) ejercida en un punto sumergido cualquiera del líquid sería:

P = Patm + Phidrost = Patm + d g h

Vasos comunicantes

Una de las aplicaciones del Teorema de Stevin son los vasos comunicantes. En un líquido que está en recipientes interligados, cada uno de ellos con formas y capacidades diversas, observaremos que la altura del líquido será igual en todos ellos después de establecido el equilibrio. Esto ocurre porque la presión ejercida por el líquido, depende apenas de la altura de la columna.

STEV2

Las demás magnitudes son constantes para una situación de este tipo (presión atmosférica, densidad y aceleración de la gravedad).

Los tanques y reservorios de agua, que generalmente vemos utilizar en algunas casas e industrias, por ejemplo, se aprovechan de este principio para recibir o distribuir agua sin la necesidad de utilizar bombas para auxiliar el desplazamiento del líquido.

Además de los tanques y reservorios de agua, la Ley de Stevin tiene aplicaciones en una variedad de contextos. Por ejemplo, en la ingeniería civil y la arquitectura, se utiliza para calcular la presión que ejerce un fluido en las paredes de un recipiente o en una estructura sumergida. Esto es crucial para el diseño de presas, acueductos, y otros proyectos que implican el manejo de grandes volúmenes de agua.

En la medicina, la Ley de Stevin se aplica en la comprensión de cómo los fluidos corporales, como la sangre, se mueven y ejercen presión en diferentes partes del cuerpo. Esto es especialmente relevante en la cardiología, donde el flujo de sangre y la presión arterial son factores clave.

En la industria de la energía, la Ley de Stevin se utiliza en el diseño de sistemas de refrigeración para centrales nucleares y otras instalaciones de energía. Estos sistemas a menudo implican el movimiento de grandes cantidades de agua u otros fluidos, y la comprensión de la presión que estos fluidos ejercen es esencial para el diseño seguro y eficiente de estos sistemas.

En la industria aeroespacial, la Ley de Stevin se utiliza para entender cómo los fluidos se comportan en condiciones de microgravedad. Esto es importante para el diseño de sistemas de soporte vital y otros sistemas que involucran fluidos en naves espaciales.

En resumen, la Ley de Stevin es una pieza fundamental en la comprensión de cómo los fluidos ejercen presión en función de su altura. Esta ley tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, desde la ingeniería civil hasta la medicina y la industria aeroespacial.