HIDROSTÁTICA: Presión en un líquido – Stevin

Constatación experimental de la presión en el seno de un líquido.

Inúmeras experiencias muestran la presión soportada por una superficie  sumergida en el seno de un líquido en equilibrio. Entre ellas hablaremos solamente de la experiencia realizada con la

cápsula manométrica.

Dicha cápsula es esencialmente una caja con una membrana elástica. La caja es conectada a un tubo en forma de U por medio de un conductor flexible. En las ramificaciones del tubo en U ponemos un líquido colorido. Por el desnivel del líquido en las ramificaciones del tubo observamos la presión ejercida sobre la membrana elástica de la cápsula.

Inicialmente el líquido llega al mismo nivel en los dos ramos del tubo como se puede ver en el dibujo. Eso pasa porque la presión ejercida en la superficie libre del líquido que está en el ramo izquierdo es la misma presión ejercida sobre la superficie de la membrana; esa presión es la presión atmosférica.

Si usted introducir la capsula en el seno de un liquido en equilibrio contenido en un recipiente, va a observar que se establece un desnivel en las ramificaciones del tubo en U, hecho que comprueba la existencia de una fuerza impuesta por el líquido en la superficie de la membrana, o sea, comprueba la existencia de presión que el líquido ejerce por sobre la membrana de la capsula. La fuerza ejercida por el liquido es perpendicular a la superficie de la membrana, pues de lo contrario la componente tangencial de esa fuerza arrastraría la capsula, lo que no pasa en la práctica.

Al paso que usted sumerge más la capsula en el líquido, el desnivel en el tubo U aumenta, mostrando que la presión ejercida por el líquido crece con la profundidad. En un mismo punto, en el seno del líquido, usted puede girar la capsula con tranquilidad sin alterar el desnivel en los ramos del tubo en U, significando que la presión no depende de la orientación de la superficie de la membrana elástica de la cápsula.

La presión ejercida por el líquido en la membrana de la cápsula es dicha presión hidrostática. Si a la presión hidrostática agregamos la presión ejercida por la atmosfera sobrepuesta al líquido tendremos lo que llamamos presión absoluta.

Hasta ahora, lo que tenemos en claro es que, en el seno de un líquido y a determinada profundidad la presión es igual en todos los puntos. En otras palabras, si consideramos un plan paralelo a la superficie del líquido a presión será la misma en todos los puntos de este plan. Dados ahora dos puntos, A y B, situados en diferentes profundidades, en el seno del líquido, ¿cuál es la diferencia de presión de un punto para el otro? La respuesta es el principio de Stevin a seguir.

Principio fundamental de la Hidrostática ( Principio de Stevin)

«La diferencia entre las presiones en dos puntos considerados en el seno de un liquido en equilibrio (presión en el punto más profundo y la presión en el punto menos profundo) es el producto de la masa especifica del líquido por el modulo de la aceleración de la gravedad del local donde se hace la observación, por la diferencia entre las profundidades consideradas.”

Simbólicamente: PA – PB = dgh

A partir de la Teoría de Stevin, podemos concluir:

• La presión crece con la profundidad. Para puntos situados en la superficie libre, la presión correspondiente es igual a la ejercida por el gas o aire sobre ella. Si la superficie libre está situada al aire atmosférico, la presión correspondiente será la propia presión atmosférica, p_atm .
• Puntos situados en un mismo líquido y en una misma horizontal quedan sometidos a la misma presión.
• La superficie libre de los líquidos en equilibrio es horizontal.