Presión Hidrostática
De forma simple, se puede decir que un fluido adquiere el formato del recipiente que lo contiene. Son considerados fluidos los líquidos y los gases.
En este tópico, veremos las propiedades de los líquidos en equilibrio estático, más allá que esas propiedades puedan ser extendidas a los fluidos en general.
Presión: Concepto que relaciona la fuerza aplicada sobre una superficie con el área de esa superficie. Así, la presión de una fuerza sobre una superficie es la razón entre el componente normal de fuerza y el área de la superficie en la cual ella actúa: p = F/A
En el Sistema Internacional, la unidad de presión es N/m2, también conocida como Pascal (Pa)
Presión Atmosférica: La atmósfera está compuesta por varios gases que ejercen presión sobre la superficie de la Tierra, a nivel del mar, se tiene: patm = 1,01 . 105 N/m2 = 1,01 . 105 Pa.
Presión Hidrostática (o efectiva): Es la presión ejercida por el peso de una columna fluida en equilibrio. Considere un cilindro con un líquido hasta la altura h y un punto B marcado en el fondo del área A. El líquido ejerce una presión en el punto B dada por:
La presión hidrostática o efectiva depende de la densidad del fluido (d), de la altura del fluido encima del punto considerado (h) y del lugar de la experiencia (g), independiente del formato y del tamaño del recipiente.
Presión absoluta (o total) – En el fondo del recipiente, la presión total toma en cuenta la presión atmosférica.
Pabs = Patm + Pef Pabs = Patm + dgh
Masa específica y densidad
La masa específica (μ) de una sustancia es la razón entre la masa (m) de una cantidad de la sustancia y el volumen (V) correspondiente:
Una unidad muy usual para la masa específica es el g/cm3, mas en el SI la unidad es el kg/m3 . La relación entre ambos es la siguiente:
Así, para transformar una masa específica desde g/cm3 hacia kg/m3, debemos multiplicarla por 1.000. En la tabla a continuación están relacionadas las masas específicas de algunas sustancias.
| Sustancia | μ (g/cm3) | μ (kg/m3) |
| Agua | 1,0 | 1.000 |
| Hielo | 0,92 | 920 |
| Alcohol | 0,79 | 790 |
| Hierro | 7,8 | 7.800 |
| Plomo | 11,2 | 11.200 |
| Mercurio | 13,6 | 13.600 |
Observación:
Es común que encontremos el término densidad (d) en lugar de masa específica (m). Se utiliza “densidad” para representar la razón entre la masa y el volumen de objetos sólidos (huecos o macizos) y la “masa específica” para líquidos y substancias.
Ahora, vamos a profundizar un poco más en la presión hidrostática. La presión hidrostática es un concepto fundamental en la física y la ingeniería, especialmente en la hidráulica y la hidrodinámica. Es la presión que ejerce un fluido en reposo debido a la gravedad. Es importante destacar que la presión hidrostática aumenta con la profundidad debido al peso del fluido que se encuentra por encima.
En aplicaciones prácticas, la presión hidrostática se utiliza para calcular la presión en recipientes de almacenamiento de fluidos, tuberías, diques y presas, entre otros. También es esencial en la determinación de las fuerzas hidrostáticas en las paredes y fondos de estos recipientes y estructuras.
Además, la presión hidrostática juega un papel crucial en la flotabilidad. Según el principio de Arquímedes, un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del fluido desplazado por el objeto. Esta fuerza es el resultado de las diferencias de presión hidrostática en la parte superior e inferior del objeto.
Ejemplo: Son mezclados volúmenes iguales de dos líquidos con masas específicas de 0,50 g/cm3 y 0,90 g/cm3
Determinemos la masa específica de la mezcla.
Siendo los volúmenes iguales, tenemos que V1 = V2 = V. Por tanto el volumen de la mezcla es 2V.
Por otra parte, podemos decir que la masa de la mezcla es igual a la suma de las masas de los dos líquidos de la relación μ = m/v tendremos m = μV
m mezcla = m1 + m2 ==> μmezcla . 2V = μ1V + μ2V ==>
μmezcla = (μ1+ μ2)/2 ==> μmezcla = (0,50+0,90)/2 ==>
μmezcla = 0,70 g/cm3