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I.E.S. Ana Mª Matute Velilla de San Antonio ESTÁTICA DE FLUIDOS Estudio de los fluidos en equilibrio. Fluido: sustancia que puede cambiar de forma con gran facilidad (líquidos o gases). Aunque el tema hace referencia a fluidos en general, resaltar que hay partes específicas para líquidos, y otras para gases. 1.- Presión Magnitud física que mide el efecto deformador o rompedor de las fuerzas. Es evidente que el efecto deformador de una fuerza no sólo depende de la intensidad (módulo) de la misma, veamos un ejemplo. Si apretamos fuertemente una mano contra la pared, difícilmente provocaremos una deformación, si lo conseguiremos sin embargo si apretamos contra la pared una chincheta, ¿cuál es la diferencia?. Concluimos que el efecto deformador que provocamos será mayor, cuanto mayor sea la fuerza aplicada, y cuanto menor sea la superficie sobre la que se aplica. Definimos entonces presión a partir de la siguiente expresión que cumple los requisitos antes mencionados. UNIDADES La unidad de presión será unidad de fuerza entre unidad de superficie. N m Por tanto en el S.I. [ P ] = Pascal = Pa = 2 Existe otra unidad de presión de uso frecuente, es el Kp cm Kp 9,8 N 10000 cm = 1 ⋅ ⋅ 2 2 cm 1Kp 1m P = r F cm N = 98000 m 2 1 2 2 = S Kp , y su relación con el Pa es la siguiente: 2 98000 Pa 2.- Presión en el interior de los líquidos Un líquido es un fluido incompresible. Podemos imaginarlo como un conjunto de bolas (las moléculas del líquido), que se encuentran prácticamente en contacto y deslizándose unas sobre otras. 28
I.E.S. Ana Mª Matute Velilla de San Antonio Existe sin embargo una diferencia sustancial con la imagen mental que nos podemos hacer de un cajón lleno de canicas, en nuestro caso las moléculas del líquido están moviéndose continuamente, con una velocidad media que depende de la temperatura a la que se encuentre el líquido. La presión que ejerce un líquido está provocada por el peso de las moléculas que lo componen, de forma que una molécula situada a cierta profundidad es empujada (presionada) hacia abajo por el peso de todas las que tiene encima. La presión sin embargo no hace fuerza únicamente hacia abajo, sino en todas direcciones. La fuerza ejercida por la presión es normal (perpendicular) a cualquier superficie en contacto con el líquido. La bola de la segunda fila presiona a las de la primera, esto acaba traduciéndose en una fuerza perpendicular a las paredes verticales. aire F r 1 h 1 mg r F r 2 agua Para calcular la presión hidrostática (ejercida por un líquido), supondremos una pequeña porción de líquido encerrado dentro de un cilindro, de paredes muy finas y sin masa. Este cilindro estará en equilibrio, flotando entre dos aguas y en posición vertical. Por estar en equilibrio la suma de fuerzas aplicadas a él debe ser cero, aplicando esto en dirección vertical tendremos: F 2 – F 1 – m·g = 0 como F 2 = P 2·S F 1 = P 1·S m = V·d V=S·(h 2 -h 1 ) h 2 P 2 – P 1 = d·g·(h 2 – h 1 ) Sustituyendo todos estos valores: P 2·S - P 1·S - S·(h 2 -h 1 )·d·g = 0 Simplificando y reordenando nos quedará: que es la ecuación fundamental de la hidrostática, y que nos da la diferencia de presión entre dos puntos cualquiera de un líquido. Destacar que según se deduce de esta ecuación todos los puntos a la misma profundidad están a la misma presión. Si en esta ecuación consideramos que el punto superior está en la superficie libre del líquido, y llamamos a este punto con subíndice cero y al otro con ninguno, nos quedará: P = P 0 + d·g·h 29
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