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HIDROSTÁTICA




La hidrostática es la rama de la física que estudia los fluidos en estado de
equilibrio. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la
hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
CONTENIDO
Concepto de presión




• El cuchillo cortará mejor cuanto más afilado esté, porque la fuerza ejercida se
   concentra en un área menor
• El esquiador no se hunde en la nieve porque la fuerza ejercida se reparte sobre un
   área mayor
• La presión ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente
    entre la intensidad de la fuerza y la superficie:
                                                F
                                         P=
                                                S
       • Su unidad en el S.I. es el pascal (Pa) ⇒ 1 Pa = 1 N/m2
               Sus múltiplos son: 1 bar = 100 000 Pa ⇒ 1 mb = 100 Pa
Se denomina “presión” ejercida por una fuerza sobre una superficie S:

       Al producto de la fuerza por el área o superficie en cuestión
       Al cociente entre la fuerza y la superficie
       Al cociente entre la superficie y la fuerza

- La unidad en el SI de unidades es el pascal (Pa), donde 1 Pa es igual a:

       1 N m2                1 N cm2                1 N/m2

- Como el pascal es una unidad pequeña se utilizan múltiplos conocidos como el bar (b) y
milibar (mb) que equivalen a:

       1 b = 100000 Pa       1mb = 100 Pa
       1 b = 1000000 Pa       1mb = 1000 Pa
       1 b = 0,001 Pa       1mb = 0,000001 Pa

          Cuando acabes pulsa aquí:
    VISITA LA SIGUIENTE ANIMACIÓN
     http://newton.cnice.mec.es/4eso/presion/quees.htm
Efecto de las fuerzas sobre los fluidos



• Se denominan fluidos los cuerpos que pueden fluir; carecen de forma y necesitan
   recipientes para contenerlos. Los líquidos y los gases son fluidos
• Cuando se aplica una fuerza sobre un fluido, éste disminuye de volumen. A esta
   propiedad se denomina compresibilidad




                 Líquido                                              Gas




                 Líquido                                                  Gas


 Los líquidos son fluidos poco compresibles           Los gases son fluidos muy compresibles
Principio fundamental de la estática de fluidos


                                 • La experiencia muestra que un líquido ejerce presión
                                    sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo
                                    contiene

                                 • El principio fundamental de la estática de fluidos
                                    dice:la presión en un líquido a una profundidad h es
                                    igual al producto de la profundidad h, de la densidad
                                    d del líquido y de la aceleración de la gravedad g

Un líquido escapa por un
                                 • La presión ejercida por el cilindro imaginario sobre la
orificio de la pared del            superficie S es: p = P/S = h. d. g
recipiente   en    sentido
perpendicular a la misma         • El cilindro está en equilibrio y por tanto el líquido
                                    ejerce sobre la base de éste una presión igual a la
                                    ejercida por su peso

                                 • La presión en un punto del líquido es directamente
                                    proporcional a la profundidad

                     h           • La presión en un punto del líquido no depende de la
                                    forma del recipiente y se ejerce en todas las
           S                        direcciones
La presión hidrostática


  Se ejerce una presión debida al peso de la
 columna de líquido que hay sobre el prisma.



                                                  Pesolíquido = mlíquido · g = dlíquido · Vlíquido · g

                           h

                                                               P = dlíquido· S · h · g
                 S


                                                      F          dlíquido· S · h · g
                                                 p=        =                           = dlíquido· h · g
                                                      S                   S


               La presión ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido
                depende de la columna de fluido que hay sobre el cuerpo.
¿Cuál de los siguientes esquemas cumple el principio fundamental de la
estática de fluidos?




La presión en un líquido a una determinada profundidad depende de la
aceleración de la gravedad g, de la profundidad h y es:

     Directamente proporcional a la densidad del líquido.
     Inversamente proporcional a la densidad del líquido.
      Independiente de la densidad del líquido.



            Cuando acabes pulsa aquí:
Presión aplicada un líquido. El principio de Pascal




     La presión ejercida en un punto de un líquido, se transmite
      por él en todas las direcciones con la misma intensidad

     CONSULTA LA SIGUIENTE PÁGINA

http://newton.cnice.mec.es/4eso/presion/mayorabajo.htm?2&1
La botella de Pascal

     AGUA – FLUIDO INCOMPRESIBLE                                AIRE – FLUIDO COMPRESIBLE


                      Bajamos el émbolo                                        Bajamos el émbolo




        Botella de Pascal




Tapones de goma

                  La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite
                         íntegramente a todos los puntos del mismo.
Blaise Pascal fue un filósofo, matemático y físico
francés, considerado una de las mentes privilegiadas
de la historia intelectual de Occidente y el primero en
establecer las bases de lo que serían las calculadoras
y los ordenadores actuales.




 Para saber más:

 http://www.astromia.com/biografias/pascal.htm
Principio fundamental de la hidrostática

Dos puntos que se encuentren sumergidos en un
líquido a la misma altura, estarán sometidos a la
                 misma presión.                                  VASOS COMUNICANTES CON
                                                                   LÍQUIDOS INMISCIBLES




                                 h1
        h2
                                                                hA                              hB
                      S          B
                                                            A                                          B

        A                                                       Aceite

                                                                                                Agua

 La diferencia de presión entre A y B es:
        p2 - p1 = dlíquido · g · (h2 - h1)


                                        pA = pB → daceite·g · hA = dagua·g ·hB → daceite ·hA = dagua · hB
La prensa hidráulica




                                        F1                  F2
                                 p1 =              p2 =
                                        S1                  S2
→
F1


                       S2   →
                                             p1 = p2
                            F2
          S1


                                         F1            F2
                                               =
                                        S1          S2
Calcula la fuerza que se ejerce en este sistema hidráulico.

  Datos:

  F1 = 1000 N
  S1 = 25 cm2
  S2 = 10 cm2



Este es un problema que aplica el principio de Pascal. Nos dan tres datos
y tenemos que calcular un cuarto, F2. Hay que tener cuidado, pues la
presión que se ejerce en el primer tubo se reparte en cuatro como a
continuación, en pasos sucesivos veremos.
Como hemos dicho antes, el principio teórico en el que se basa este
problema es el principio de Pascal:

La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite por él en
todas las direcciones con la misma intensidad

Y la definición de presión:




Como la presión tiene que ser la misma en todas las direcciones, se tiene
que cumplir:
Ya solo nos resta despejar los datos del enunciado para encontrar F2.




Por último, interpretamos los resultados obtenidos.
Observamos como funciona una prensa hidráulica.

Cada uno de los tubos tiene 400 N de fuerza de empuje con los
cuatro juntos 1600 N dados como resultado.
Compresibilidad de los gases. Ley de Boyle

• Los gases se pueden comprimir cuando se ejerce sobre ellos una presión

    P
    P1                                      • La experiencia demuestra que el volumen
                                               de un gas es inversamente proporcional a
                                               la presión ejercida sobre él, siempre que
                                               la temperatura permanezca constante


                                            • La gráfica p – V correspondiente a un gas,
    P2
                                               es una hipérbola
         V1                V2     V



          La ley de Boyle dice: En una gas, el producto de la presión por el
           volumen se mantiene constante si la temperatura permanece constante
Principio de Pascal para gases




Si en un gas se duplica la presión,        La presión ejercida en un punto de un gas se transmite
el volumen se reduce a la mitad            por él en todas las direcciones con la misma intensidad
BOMBAS DE VACÍO


Gas                                                           Válvula




                                      Válvula




• Permiten extraer el gas encerrado en una vasija
• Constan de un recipiente con dos válvulas y un émbolo y la bomba se conecta al
   recipiente que contiene el gas que se quiere extraer
• Al subir el émbolo se cierra la válvula externa y se produce el paso de gas del
   recipiente a la bomba a través de la válvula interna; al bajar el émbolo se cierra esta
   válvula y se abre la externa que comunica directamente con el ambiente
Aplicaciones del principio de Pascal


                                   Vasos comunicantes

         Nivel freático




                                                                           El nivel del líquido en varios
                               El nivel en dos tubos unidos por otro de     vasos comunicantes es el
                                goma, es el mismo en cualquier posición     mismo cualquiera que sea
 Pozo artesiano                                                             la forma de cada uno
                                  Sistemas hidráulicos
     →
  F1                               →                   Depósito de
                                  F2                líquido de frenos

S1       F1       F2
              =
         S1       S2      S2                                                               Pedal de freno

                                                                                 Pistón


     Prensa hidráulica                                      Frenos hidráulicos
El liquido de frenos es un liquido hidráulico que hace posible la transmisión
de la fuerza ejercida sobre el pedal de freno a los cilindros de freno en las
ruedas de los vehículos.
El líquido de frenos se compone normalmente de derivados de poliglicol (HO-
CH2CH2-OH). El punto de ebullición del liquido de frenos ha de ser elevado ya
que las aplicaciones de frenos producen mucho calor (además la formación de
burbujas puede dañar el freno, y la temperatura de congelación ha de ser también
muy baja, para que no se hiele con el frío.
Debido a que el liquido de frenos es higroscópico, es decir, atrae y absorbe
humedad (ej. del aire) se corre el peligro de que pequeñas cantidades de agua
puedan llevar consigo una disminución considerable de la temperatura de
ebullición (este fenómeno se denomina “desvanecimiento gradual de los frenos”.).
El hecho de que el líquido de frenos sea higroscópico tiene un motivo: impedir la
formación de gotas de agua (se diluyen), que puedan provocar corrosión local y
que pueda helarse a bajas temperaturas. Debido a su propiedad higroscópica se
ha cerrar la tapa del recipiente lo antes posible.

Se emplea un líquido porque los líquidos no pierden energía en recorridos a baja
velocidad por caminos tortuosos y a la vez, los líquidos no se pueden comprimir,
por lo tanto, no pierdes eficiencia. Lógico, no debe haber aire ni otro tipo de gas
en burbujas en el sistema porque los gases sí se comprimen.
La presión atmosférica

                                            • Para comprobar que el aire pesa, se puede
                                               comparar el peso de un recipiente lleno de
                                               aire con su peso cuando se ha hecho el vacío
                                               en su interior
                                            • Se denomina presión atmosférica la fuerza por
                                               unidad de superficie ejercida por la atmósfera
                                               sobre los cuerpos situados en su interior
Un recipiente con aire pesa más que
otro igual en el que se ha hecho el vacío   • Torricelli mostró que la presión atmosférica
                                               equilibra una columna de 76 cm de Hg de 1
                                               cm2 de sección
                     Presión                • La masa de la columna es:
                   atmosférica
                                                 M = V. dHg = 7,6. 10-5 . 13600 = 1,0336 kg
         76 cm
                                            • Su peso es: p = m. g = 1,036 . 9,8 = 10,13 N

                                            • La presión ejercida sobre la sección es:
                                                       P    0,13
                                                  p=     =     −4
                                                                  = 101 300 Pa
La experiencia de Torricelli: la presión               S    10
del aire no deja caer la columna de
mercurio
Barómetros
• Son aparatos que miden la presión atmosférica
• Los más utilizados son los barómetros metálicos que constan de una
   caja metálica en cuyo interior se ha hecho el vacío

• La presión atmosférica deforma la caja, midiendo la deformación con
   una aguja acoplada a la caja y una escala graduada




                                                  Interior de un
             Barómetro metálico                     barómetro
                                                     metálico

• Los barómetros de mercurio o de Torricelli, constan de un tubo de
   vidrio lleno de mercurio sobre una cubeta con el mismo líquido        Barómetro
                                                                        de mercurio
• La altura alcanzada indica el valor de la presión atmosférica
Presión increíble
Necesitas:

Un vaso
Agua
Un cuadrado de cartulina

Montaje:

Llena un vaso de agua hasta el borde. Coloque una cartulina en la superficie sin que
queden burbujas de aire. Ahora gire el vaso sobre el lavabo, sosteniendo firmemente la
cartulina. Retira tu mano de la cartulina y observa.

¿Qué está pasando?

Lo que mantiene la cartulina en su lugar es la presión del aire que empuja
hacia arriba. La presión del aire es mayor que el peso del agua hacia abajo
sobre la cartulina. Mientras que la cartulina no se humedezca y no hayan
muchas burbujas de aire en el vaso, se mantendrá en su lugar.
Los humanos y la mayoría de los seres vivos conocidos no
somos capaces de vivir con una presión atmosférica
menor que la quinta parte de la considerada normal en
nuestro planeta. Si la presión fuera mucho más baja, no
habría oxígeno. Esta es la razón por la que los alpinistas
que van a escalar montañas muy altas llevan oxígeno.
Pero hay bacterias capaces de vivir con bajas
concentraciones de oxígeno y que resisten bajísimas
presiones atmosféricas. De hecho se han encontrado
algunas en regiones de la estratosfera, a presiones
minúsculas. Según John Postgate, químico y profesor de
microbiología de la Universidad de Sussex, estas
bacterias suelen ser anaerobias, que pueden vivir sin
oxígeno, pero necesitan agua, así que pueden vivir cerca
del vacío si también hay agua. Por eso, aparecen
bacterias cuando caducan productos que se dice que
están envasados al vacío pero que en realidad sólo llevan
una baja presión de vapor de agua.
El peso de la atmósfera
Necesitas:
   •Una lata de refresco vacía (aluminio)
   •Una fuente de calor (lámpara de alcohol, la cocina de su casa)
   •Un plato con agua
   •Unas pinzas o un par de guantes aislantes de cocina.
   • Cuidado

Montaje:

Pon un poco de agua en la lata, no más de 1/4 de la lata. Llevála al fuego y
deja que hierva por unos 30 segundos. Con ayuda de los guantes y mucho
cuidado, retira del calor la lata e inmediatamente póngala boca abajo en el
agua del plato. Observa lo que sucede.

¿Qué está pasando?

Al calentar la lata se crea un vacío y al ponerla boca abajo en el agua, se
impide la entrada del aire. Entonces la presión interna en la lata disminuye.
La diferencia creada entre la presión atmosférica externa y la presión
interna, la hará comprimirse.
Manómetros

• Los manómetros son aparatos que miden la presión del gas encerrado en un recipiente

                 Presión
               atmosférica

   Gas
                                                                                Gas
                                   Gas
                         h



  Manómetro de líquido                 Manómetro metálico                 Manómetro       de    líquido
                                                                          cerrado o de aire comprimido

• Los manómetros de líquido constan de un tubo en U con un líquido con una de sus ramas
conectadas al recipiente. La presión del gas equilibra la presión en la otra rama
                         pgas = plíquido + patm ⇒ pgas = d. g. h + patm
• Los manómetros metálicos aprovechan la elasticidad de los metales y constan de un tubo
metálico en espiral que puede conectarse con el recipiente que contiene el gas,
deformando el tubo cuando el gas penetra en él é indicándola en una escala graduada
Fuerza de empuje en fluidos

                   →
                   E




                         →
                       m. g


 Sobre un cuerpo sumergido en un fluido
actúa una fuerza de empuje vertical hacia             Empuje sobre un cuerpo sumergido
                 arriba


• La experiencia muestra que los cuerpos sumergidos en agua o en otro líquido
   experimentan una fuerza de empuje de dirección vertical y sentido hacia arriba
• Al suspender un cuerpo de un dinamómetro, el peso medido por el aparato es menor
   cuando el cuerpo está sumergido
La fuerza de empuje


      Peso real                                              Peso aparente
     (en el aire)           8N                 5N             (dentro de un
                                                                 líquido)


                                                            Empuje




                                                     Peso
                     Peso



     La fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que contrarresta el peso
                  del cuerpo se denomina fuerza de empuje.
De acuerdo con el principio fundamental de la hidrostática la presión en el interior de un líquido viene
dada por la relación:
P = d.g.h = F/S
Recuerda además que las fuerzas en el interior de los líquidos actúan perpendicularmente a la
superficie sumergida.
Observa en la figura adjunta las fuerzas que ejerce el fluido sobre las paredes del cuerpo que esta
sumergido en él.

Se puede deducir:

•Las fuerzas laterales son iguales y se anulan: FL1 = FL2 , dado que la profundidad de ambas es la misma.
•Las fuerzas verticales, las que actúan sobre la cara superior e inferior, no se anulan: F2 > F1 , debido a
que la cara inferior está a mayor profundidad.

•La resultante de todas las fuerzas que actúan es una fuerza neta dirigida verticalmente hacia arriba,
denominada fuerza de EMPUJE (E).

•El valor del empuje viene dado por el Principio de Arquímedes:
E = Peso(líquido desalojado) = m(liq).g = V (líq).d (líq) . g
El principio de Arquímedes


                                                                              →
                                →
                         v . df . g                                  v . df . g


                 V                                             V

                                                                          →
                                 →
                         v . df . g                                   m. g


           El volumen V de un                          Sobre el cuerpo de volumen V
           fluido está en equilibrio                    actúan su peso y el empuje



• El peso del fluido es: P = mf . g = V. df . g

• El empuje sobre el cuerpo sumergido es es: E = V. df . g


                     Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje
                      igual al peso del volumen de fluido que desaloja
¿Cómo saber si un cuerpo flotará o se hundirá?
Imaginemos que el cuerpo está totalmente sumergido, sobre el actúan dos
fuerzas

E(empuje) = Peso(líquido desalojado) = m(liq).g = V (líq).d (líq) . G

P (peso real del cuerpo)= m.g , recuerda que es el peso real del cuerpo, fuera del
líquido.

Según sean los valores de E y P pueden darse tres casos:
1. Que el peso y el empuje sean iguales: E = Peso(m.g). El cuerpo estará en
equilibrio (fuerza resultante nula) y "flotará entre aguas".
2. Que el empuje sea mayor que el peso: E > Peso(m.g) . El cuerpo ascenderá
y quedará flotando.
3. Que el empuje sea menor que el peso : E < Peso (m.g). El cuerpo se
hundirá.
• Un sólido sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso hacia abajo y el
   empuje hacia arriba




         P<E                            P=E                           P>E

                                 El cuerpo está en
       El cuerpo flota           equilibrio en cualquier          El cuerpo se hunde
                                 punto del fluido
Todos los barcos llevan una línea pintada alrededor del casco, de tal forma que si
  es visible por todos lados significa que el barco está cargado adecuadamente
  pero si alguna parte de la línea resulta cubierta por el agua indica que hay un
  exceso de carga que puede hacer peligrar la flotación del barco.




Está diseñado de tal manera para que la parte sumergida desplace un volumen de
agua igual al peso del barco, a la vez, el barco es hueco (no macizo), por lo que se
logra una densidad media pequeña.
Si un cuerpo flota, ¿qué volumen del cuerpo está sumergido? ¿y qué volumen
emerge?

Si el Empuje que calculamos suponiendo el cuerpo totalmente sumergido es mayor
que el Peso real de dicho cuerpo, éste flotará.

El volumen de líquido desalojado no coincide con el volumen del cuerpo.
E = Peso (líq. desalojado) = m (líq. desalojado) . g = V (líq. desalojado). d (líq). G

Si el cuerpo flota mantendrá una parte sumergida y otra emergida de tal forma que:

Peso real del cuerpo (m.g) = E (peso del líquido desalojado)



  REALIZAR LAS SIGUIENTES ACTIVIDADES:

                                              ¡eureka!
Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza
resultante. Datos: Densidad del acero 7,9 g/cm3.

El empuje viene dado por
E = dagua · Vsumergido · g
La densidad del agua se da por conocida (1000 kg/m3),

1.Calculamos lar el volumen sumergido, en este caso es el de la bola.
Utilizando el volumen de una esfera:     V = 4/3 π R3 = 4/3 π 0,053 = 5,236 · 10-4 m3

2. El empuje quedará:         E = dagua·Vsumergido·g = 1000 · 5,236 · 10-4 · 9,8 = 5,131 N

3. Sobre la bola actúa el empuje hacia arriba y su propio peso hacia abajo, la fuerza resultante será
la resta de ambas.
4. Calculamos ahora el peso P = m · g, nos hace falta previamente la masa de la bola, ésta se
calcula con su densidad y el volumen (la densidad del acero debe estar en S.I.).
dacero = 7,9 g/cm3 = 7900 kg/m3   m = dacero · V = 7900 · 5,234 · 10-4 = 4,135 kg
P = m · g = 4,135 · 9,8 = 40,52 N

5. Como vemos el peso es mucho mayor que el empuje, la fuerza resultante será P - E = 35,39 N
hacia abajo y la bola se irá al fondo.
Se desea calcular la densidad de una pieza metálica, para ello se pesa
en el aire dando un peso de 19 N y a continuación se pesa sumergida
en agua dando un peso aparente de 17 N. calcula la densidad del metal.

Si en el agua pesa 2 N menos que fuera es que el empuje vale 2 N,

2. Utilizando la fórmula del empuje podemos sacar el volumen sumergido, es decir, el volumen
de la pieza.
E = dagua·Vsumergido·g     2 = 1000 · V · 9,8    V = 2,041 · 10-4 m3

3. Sabiendo el peso real de la pieza sacamos su masa m = P/g = 19/9,8 = 1,939 kg.

4. Ya sabemos el volumen de la pieza y su masa, por tanto su densidad será:

d = m/V = 1,939/2,041 · 10-4 = 9499 kg/m3
Un cubo de madera de 10 cm de arista se sumerge en agua, calcula la fuerza resultante
sobre el bloque y el porcentaje que permanecerá emergido una vez esté a flote. Datos:
densidad de la madera 700 kg/m3.

•El cuerpo es ahora un cubo de volumen V = lado3 = 0,13 = 0,001 m3
•El empuje será:
E = dagua·Vsumergido·g = 1000 · 0,001 · 9,8 = 9,8 N

3. La masa del bloque será:
           m = dmadera · V = 700 · 0,001 = 0,7 kg
y su peso:
           P = m · g = 0,7 · 9,8 = 6,86 N
4. Vemos que el empuje es mayor que el peso, la fuerza resultante es de 2,94 N hacia arriba
lo que hace que el cuerpo suba a flote.
5. Calculemos cuánto volumen permanece sumergido cuando esté a flote.
A flote E = P          dagua·Vsumergido·g = Peso  1000 · Vsumergido · 9,8 = 6,86
Despejando Vsumergido = 7 · 10-4 m3
la diferencia de este volumen bajo el agua y el volumen total del bloque será la parte
emergida Vemergido = 0,001 - 7 · 10-4 = 3 · 10-4 m3 emergidos.

El porcentaje de bloque emergido será 3 · 10-4 /0,001 · 100 = 30 %
Estás tomando un refresco y le pides al camarero un hielo. ¿Qué
fracción del volumen del hielo permanece por encima del nivel del
refresco? (Densidad del hielo: 0,92 g/cm3-, densidad del refresco: 1,02
g/cm3)
              En primer lugar vamos a analizar los datos que tenemos
              del problema.
              Tenemos las dos densidades: la densidad del hielo, (0,92
              g/cm3) y, la densidad del refresco (1,02 g/cm3) para
              calcular el volumen desalojado.
              Se trata de un problema basado en el principio de
              Arquímedes.
Recuerda: El principio de Arquímedes dice que un cuerpo
sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del
volumen de fluido que desaloja.
Para poner más claro este principio lo podemos escribir como que el
empuje, E, es igual al peso del hielo:
                              E=p
Antes de continuar debemos recordar la definición de densidad,
para calcular el peso:




       Así que la masa es el producto de la densidad por el volumen.

              Masa = Densidad · Volumen

       Por último, en este resumen teórico de los principios involucrados
       en el problema, nos resta, si el peso es la masa por la aceleración de
       la gravedad:

              densidad refresco • g • V’ = densidadhielo • g • V
La relación entre los volúmenes es:




Para terminar este problema analizamos
brevemente los resultados obtenidos.
 El valor de 0,9 nos dice que permanecen
sumergidas en el refresco nueve décimas partes
del hielo; por tanto, el resultado correcto es que
permanece por encima del nivel del refresco la
décima parte de este.
Como hemos observado en todo el problema los
únicos datos necesarios han sido los cocientes
entre las dos densidades que determinan la
parte hundida y la parte emergente.
Flota o se hunde

Necesita:

     •3 vasos grandes
     •Un huevo
     •Agua
     •Sal

Montaje:
Llena dos vasos con agua, añade sal a uno de ellos, agítalo para disolverla. Coloca el huevo en el
vaso que tiene solo agua, y observa su comportamiento. Coloca ahora en el que tiene agua con
sal, observa que flota. En el tercer vaso pon el huevo, añada agua hasta que lo cubra y un poco
más. Agrega agua con sal, hasta que consigaa que el huevo quede entre dos aguas (ni flota ni se
hunde). Si añadea agua, observa que se hunde. Si agregas un poco de agua salada, lo verás flotar
de nuevo.

¿Qué sucede?
Sobre el huevo actúan dos fuerzas, su peso y el empuje (la fuerza que hace hacia arriba el agua).
Si el peso es mayor que el empuje, el huevo se hunde. En caso contrario flota y si son iguales,
queda entre dos aguas.
Al añadir sal al agua, conseguimos un líquido mas denso que el agua pura, lo que hace que el
empuje que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del huevo: el huevo flota.
Así también se puede explicar el hecho de que sea más fácil flotar en el agua del mar que en el
agua de ríos y piscinas
Aplicaciones del principio de Arquímedes

• La navegación se basa en el principio de Arquímedes

• Un barco flota porque hay equilibrio entre su peso y el empuje debido a la cantidad de
   agua que desaloja la parte sumergida
• Los submarinos disponen de sistemas para aumentar o disminuir el peso mediante el
   llenado o vaciado de tanques de agua




         Dirigible                     Globo                         Barco
                                     aerostático

• Los aeróstatos son aparatos llenos de gas más ligero que el aire; el empuje del aire
   sobre ellos es mayor que su peso
• Un areómetro es un recipiente cerrado,
              alargado y lastrado que lleva una escala
              graduada

            • Al sumergirlo en un líquido, su peso queda
               equilibrado por el empuje

            • La parte de areómetro que sobresale depende
               del tipo de líquido utilizado

            • Se puede medir directamente la densidad del
               líquido en la escala




Areómetro
RESPUESTAS CORRECTAS


La presión ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente
entre la intensidad de la fuerza y la superficie:
                                                            F
                                                       P=
                                                            S


Su unidad en el S.I. es el pascal (Pa) ⇒ 1 Pa = 1 N/m2




1 b = 100000 Pa              1mb = 100 Pa
RESPUESTAS CORRECTAS




El principio fundamental de la estática de fluidos dice:la presión en un líquido
a una profundidad h es igual al producto de la profundidad h, de la densidad d
del líquido y de la aceleración de la gravedad g


       Luego es : directamente proporcional a la
       densidad del líquido.

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Presion

  • 1. HIDROSTÁTICA La hidrostática es la rama de la física que estudia los fluidos en estado de equilibrio. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.
  • 3. Concepto de presión • El cuchillo cortará mejor cuanto más afilado esté, porque la fuerza ejercida se concentra en un área menor • El esquiador no se hunde en la nieve porque la fuerza ejercida se reparte sobre un área mayor • La presión ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie: F P= S • Su unidad en el S.I. es el pascal (Pa) ⇒ 1 Pa = 1 N/m2 Sus múltiplos son: 1 bar = 100 000 Pa ⇒ 1 mb = 100 Pa
  • 4. Se denomina “presión” ejercida por una fuerza sobre una superficie S: Al producto de la fuerza por el área o superficie en cuestión Al cociente entre la fuerza y la superficie Al cociente entre la superficie y la fuerza - La unidad en el SI de unidades es el pascal (Pa), donde 1 Pa es igual a: 1 N m2 1 N cm2 1 N/m2 - Como el pascal es una unidad pequeña se utilizan múltiplos conocidos como el bar (b) y milibar (mb) que equivalen a: 1 b = 100000 Pa 1mb = 100 Pa 1 b = 1000000 Pa 1mb = 1000 Pa 1 b = 0,001 Pa 1mb = 0,000001 Pa Cuando acabes pulsa aquí: VISITA LA SIGUIENTE ANIMACIÓN http://newton.cnice.mec.es/4eso/presion/quees.htm
  • 5. Efecto de las fuerzas sobre los fluidos • Se denominan fluidos los cuerpos que pueden fluir; carecen de forma y necesitan recipientes para contenerlos. Los líquidos y los gases son fluidos • Cuando se aplica una fuerza sobre un fluido, éste disminuye de volumen. A esta propiedad se denomina compresibilidad Líquido Gas Líquido Gas Los líquidos son fluidos poco compresibles Los gases son fluidos muy compresibles
  • 6. Principio fundamental de la estática de fluidos • La experiencia muestra que un líquido ejerce presión sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene • El principio fundamental de la estática de fluidos dice:la presión en un líquido a una profundidad h es igual al producto de la profundidad h, de la densidad d del líquido y de la aceleración de la gravedad g Un líquido escapa por un • La presión ejercida por el cilindro imaginario sobre la orificio de la pared del superficie S es: p = P/S = h. d. g recipiente en sentido perpendicular a la misma • El cilindro está en equilibrio y por tanto el líquido ejerce sobre la base de éste una presión igual a la ejercida por su peso • La presión en un punto del líquido es directamente proporcional a la profundidad h • La presión en un punto del líquido no depende de la forma del recipiente y se ejerce en todas las S direcciones
  • 7. La presión hidrostática Se ejerce una presión debida al peso de la columna de líquido que hay sobre el prisma. Pesolíquido = mlíquido · g = dlíquido · Vlíquido · g h P = dlíquido· S · h · g S F dlíquido· S · h · g p= = = dlíquido· h · g S S La presión ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido depende de la columna de fluido que hay sobre el cuerpo.
  • 8. ¿Cuál de los siguientes esquemas cumple el principio fundamental de la estática de fluidos? La presión en un líquido a una determinada profundidad depende de la aceleración de la gravedad g, de la profundidad h y es: Directamente proporcional a la densidad del líquido. Inversamente proporcional a la densidad del líquido. Independiente de la densidad del líquido. Cuando acabes pulsa aquí:
  • 9. Presión aplicada un líquido. El principio de Pascal La presión ejercida en un punto de un líquido, se transmite por él en todas las direcciones con la misma intensidad CONSULTA LA SIGUIENTE PÁGINA http://newton.cnice.mec.es/4eso/presion/mayorabajo.htm?2&1
  • 10. La botella de Pascal AGUA – FLUIDO INCOMPRESIBLE AIRE – FLUIDO COMPRESIBLE Bajamos el émbolo Bajamos el émbolo Botella de Pascal Tapones de goma La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos del mismo.
  • 11. Blaise Pascal fue un filósofo, matemático y físico francés, considerado una de las mentes privilegiadas de la historia intelectual de Occidente y el primero en establecer las bases de lo que serían las calculadoras y los ordenadores actuales. Para saber más: http://www.astromia.com/biografias/pascal.htm
  • 12. Principio fundamental de la hidrostática Dos puntos que se encuentren sumergidos en un líquido a la misma altura, estarán sometidos a la misma presión. VASOS COMUNICANTES CON LÍQUIDOS INMISCIBLES h1 h2 hA hB S B A B A Aceite Agua La diferencia de presión entre A y B es: p2 - p1 = dlíquido · g · (h2 - h1) pA = pB → daceite·g · hA = dagua·g ·hB → daceite ·hA = dagua · hB
  • 13. La prensa hidráulica F1 F2 p1 = p2 = S1 S2 → F1 S2 → p1 = p2 F2 S1 F1 F2 = S1 S2
  • 14. Calcula la fuerza que se ejerce en este sistema hidráulico. Datos: F1 = 1000 N S1 = 25 cm2 S2 = 10 cm2 Este es un problema que aplica el principio de Pascal. Nos dan tres datos y tenemos que calcular un cuarto, F2. Hay que tener cuidado, pues la presión que se ejerce en el primer tubo se reparte en cuatro como a continuación, en pasos sucesivos veremos.
  • 15. Como hemos dicho antes, el principio teórico en el que se basa este problema es el principio de Pascal: La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite por él en todas las direcciones con la misma intensidad Y la definición de presión: Como la presión tiene que ser la misma en todas las direcciones, se tiene que cumplir:
  • 16. Ya solo nos resta despejar los datos del enunciado para encontrar F2. Por último, interpretamos los resultados obtenidos. Observamos como funciona una prensa hidráulica. Cada uno de los tubos tiene 400 N de fuerza de empuje con los cuatro juntos 1600 N dados como resultado.
  • 17. Compresibilidad de los gases. Ley de Boyle • Los gases se pueden comprimir cuando se ejerce sobre ellos una presión P P1 • La experiencia demuestra que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión ejercida sobre él, siempre que la temperatura permanezca constante • La gráfica p – V correspondiente a un gas, P2 es una hipérbola V1 V2 V La ley de Boyle dice: En una gas, el producto de la presión por el volumen se mantiene constante si la temperatura permanece constante
  • 18. Principio de Pascal para gases Si en un gas se duplica la presión, La presión ejercida en un punto de un gas se transmite el volumen se reduce a la mitad por él en todas las direcciones con la misma intensidad
  • 19. BOMBAS DE VACÍO Gas Válvula Válvula • Permiten extraer el gas encerrado en una vasija • Constan de un recipiente con dos válvulas y un émbolo y la bomba se conecta al recipiente que contiene el gas que se quiere extraer • Al subir el émbolo se cierra la válvula externa y se produce el paso de gas del recipiente a la bomba a través de la válvula interna; al bajar el émbolo se cierra esta válvula y se abre la externa que comunica directamente con el ambiente
  • 20. Aplicaciones del principio de Pascal Vasos comunicantes Nivel freático El nivel del líquido en varios El nivel en dos tubos unidos por otro de vasos comunicantes es el goma, es el mismo en cualquier posición mismo cualquiera que sea Pozo artesiano la forma de cada uno Sistemas hidráulicos → F1 → Depósito de F2 líquido de frenos S1 F1 F2 = S1 S2 S2 Pedal de freno Pistón Prensa hidráulica Frenos hidráulicos
  • 21. El liquido de frenos es un liquido hidráulico que hace posible la transmisión de la fuerza ejercida sobre el pedal de freno a los cilindros de freno en las ruedas de los vehículos. El líquido de frenos se compone normalmente de derivados de poliglicol (HO- CH2CH2-OH). El punto de ebullición del liquido de frenos ha de ser elevado ya que las aplicaciones de frenos producen mucho calor (además la formación de burbujas puede dañar el freno, y la temperatura de congelación ha de ser también muy baja, para que no se hiele con el frío. Debido a que el liquido de frenos es higroscópico, es decir, atrae y absorbe humedad (ej. del aire) se corre el peligro de que pequeñas cantidades de agua puedan llevar consigo una disminución considerable de la temperatura de ebullición (este fenómeno se denomina “desvanecimiento gradual de los frenos”.). El hecho de que el líquido de frenos sea higroscópico tiene un motivo: impedir la formación de gotas de agua (se diluyen), que puedan provocar corrosión local y que pueda helarse a bajas temperaturas. Debido a su propiedad higroscópica se ha cerrar la tapa del recipiente lo antes posible. Se emplea un líquido porque los líquidos no pierden energía en recorridos a baja velocidad por caminos tortuosos y a la vez, los líquidos no se pueden comprimir, por lo tanto, no pierdes eficiencia. Lógico, no debe haber aire ni otro tipo de gas en burbujas en el sistema porque los gases sí se comprimen.
  • 22. La presión atmosférica • Para comprobar que el aire pesa, se puede comparar el peso de un recipiente lleno de aire con su peso cuando se ha hecho el vacío en su interior • Se denomina presión atmosférica la fuerza por unidad de superficie ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos situados en su interior Un recipiente con aire pesa más que otro igual en el que se ha hecho el vacío • Torricelli mostró que la presión atmosférica equilibra una columna de 76 cm de Hg de 1 cm2 de sección Presión • La masa de la columna es: atmosférica M = V. dHg = 7,6. 10-5 . 13600 = 1,0336 kg 76 cm • Su peso es: p = m. g = 1,036 . 9,8 = 10,13 N • La presión ejercida sobre la sección es: P 0,13 p= = −4 = 101 300 Pa La experiencia de Torricelli: la presión S 10 del aire no deja caer la columna de mercurio
  • 23. Barómetros • Son aparatos que miden la presión atmosférica • Los más utilizados son los barómetros metálicos que constan de una caja metálica en cuyo interior se ha hecho el vacío • La presión atmosférica deforma la caja, midiendo la deformación con una aguja acoplada a la caja y una escala graduada Interior de un Barómetro metálico barómetro metálico • Los barómetros de mercurio o de Torricelli, constan de un tubo de vidrio lleno de mercurio sobre una cubeta con el mismo líquido Barómetro de mercurio • La altura alcanzada indica el valor de la presión atmosférica
  • 24. Presión increíble Necesitas: Un vaso Agua Un cuadrado de cartulina Montaje: Llena un vaso de agua hasta el borde. Coloque una cartulina en la superficie sin que queden burbujas de aire. Ahora gire el vaso sobre el lavabo, sosteniendo firmemente la cartulina. Retira tu mano de la cartulina y observa. ¿Qué está pasando? Lo que mantiene la cartulina en su lugar es la presión del aire que empuja hacia arriba. La presión del aire es mayor que el peso del agua hacia abajo sobre la cartulina. Mientras que la cartulina no se humedezca y no hayan muchas burbujas de aire en el vaso, se mantendrá en su lugar.
  • 25. Los humanos y la mayoría de los seres vivos conocidos no somos capaces de vivir con una presión atmosférica menor que la quinta parte de la considerada normal en nuestro planeta. Si la presión fuera mucho más baja, no habría oxígeno. Esta es la razón por la que los alpinistas que van a escalar montañas muy altas llevan oxígeno. Pero hay bacterias capaces de vivir con bajas concentraciones de oxígeno y que resisten bajísimas presiones atmosféricas. De hecho se han encontrado algunas en regiones de la estratosfera, a presiones minúsculas. Según John Postgate, químico y profesor de microbiología de la Universidad de Sussex, estas bacterias suelen ser anaerobias, que pueden vivir sin oxígeno, pero necesitan agua, así que pueden vivir cerca del vacío si también hay agua. Por eso, aparecen bacterias cuando caducan productos que se dice que están envasados al vacío pero que en realidad sólo llevan una baja presión de vapor de agua.
  • 26. El peso de la atmósfera Necesitas: •Una lata de refresco vacía (aluminio) •Una fuente de calor (lámpara de alcohol, la cocina de su casa) •Un plato con agua •Unas pinzas o un par de guantes aislantes de cocina. • Cuidado Montaje: Pon un poco de agua en la lata, no más de 1/4 de la lata. Llevála al fuego y deja que hierva por unos 30 segundos. Con ayuda de los guantes y mucho cuidado, retira del calor la lata e inmediatamente póngala boca abajo en el agua del plato. Observa lo que sucede. ¿Qué está pasando? Al calentar la lata se crea un vacío y al ponerla boca abajo en el agua, se impide la entrada del aire. Entonces la presión interna en la lata disminuye. La diferencia creada entre la presión atmosférica externa y la presión interna, la hará comprimirse.
  • 27. Manómetros • Los manómetros son aparatos que miden la presión del gas encerrado en un recipiente Presión atmosférica Gas Gas Gas h Manómetro de líquido Manómetro metálico Manómetro de líquido cerrado o de aire comprimido • Los manómetros de líquido constan de un tubo en U con un líquido con una de sus ramas conectadas al recipiente. La presión del gas equilibra la presión en la otra rama pgas = plíquido + patm ⇒ pgas = d. g. h + patm • Los manómetros metálicos aprovechan la elasticidad de los metales y constan de un tubo metálico en espiral que puede conectarse con el recipiente que contiene el gas, deformando el tubo cuando el gas penetra en él é indicándola en una escala graduada
  • 28. Fuerza de empuje en fluidos → E → m. g Sobre un cuerpo sumergido en un fluido actúa una fuerza de empuje vertical hacia Empuje sobre un cuerpo sumergido arriba • La experiencia muestra que los cuerpos sumergidos en agua o en otro líquido experimentan una fuerza de empuje de dirección vertical y sentido hacia arriba • Al suspender un cuerpo de un dinamómetro, el peso medido por el aparato es menor cuando el cuerpo está sumergido
  • 29. La fuerza de empuje Peso real Peso aparente (en el aire) 8N 5N (dentro de un líquido) Empuje Peso Peso La fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que contrarresta el peso del cuerpo se denomina fuerza de empuje.
  • 30. De acuerdo con el principio fundamental de la hidrostática la presión en el interior de un líquido viene dada por la relación: P = d.g.h = F/S Recuerda además que las fuerzas en el interior de los líquidos actúan perpendicularmente a la superficie sumergida. Observa en la figura adjunta las fuerzas que ejerce el fluido sobre las paredes del cuerpo que esta sumergido en él. Se puede deducir: •Las fuerzas laterales son iguales y se anulan: FL1 = FL2 , dado que la profundidad de ambas es la misma. •Las fuerzas verticales, las que actúan sobre la cara superior e inferior, no se anulan: F2 > F1 , debido a que la cara inferior está a mayor profundidad. •La resultante de todas las fuerzas que actúan es una fuerza neta dirigida verticalmente hacia arriba, denominada fuerza de EMPUJE (E). •El valor del empuje viene dado por el Principio de Arquímedes: E = Peso(líquido desalojado) = m(liq).g = V (líq).d (líq) . g
  • 31. El principio de Arquímedes → → v . df . g v . df . g V V → → v . df . g m. g El volumen V de un Sobre el cuerpo de volumen V fluido está en equilibrio actúan su peso y el empuje • El peso del fluido es: P = mf . g = V. df . g • El empuje sobre el cuerpo sumergido es es: E = V. df . g Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen de fluido que desaloja
  • 32. ¿Cómo saber si un cuerpo flotará o se hundirá? Imaginemos que el cuerpo está totalmente sumergido, sobre el actúan dos fuerzas E(empuje) = Peso(líquido desalojado) = m(liq).g = V (líq).d (líq) . G P (peso real del cuerpo)= m.g , recuerda que es el peso real del cuerpo, fuera del líquido. Según sean los valores de E y P pueden darse tres casos: 1. Que el peso y el empuje sean iguales: E = Peso(m.g). El cuerpo estará en equilibrio (fuerza resultante nula) y "flotará entre aguas". 2. Que el empuje sea mayor que el peso: E > Peso(m.g) . El cuerpo ascenderá y quedará flotando. 3. Que el empuje sea menor que el peso : E < Peso (m.g). El cuerpo se hundirá.
  • 33. • Un sólido sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas: el peso hacia abajo y el empuje hacia arriba P<E P=E P>E El cuerpo está en El cuerpo flota equilibrio en cualquier El cuerpo se hunde punto del fluido
  • 34. Todos los barcos llevan una línea pintada alrededor del casco, de tal forma que si es visible por todos lados significa que el barco está cargado adecuadamente pero si alguna parte de la línea resulta cubierta por el agua indica que hay un exceso de carga que puede hacer peligrar la flotación del barco. Está diseñado de tal manera para que la parte sumergida desplace un volumen de agua igual al peso del barco, a la vez, el barco es hueco (no macizo), por lo que se logra una densidad media pequeña.
  • 35. Si un cuerpo flota, ¿qué volumen del cuerpo está sumergido? ¿y qué volumen emerge? Si el Empuje que calculamos suponiendo el cuerpo totalmente sumergido es mayor que el Peso real de dicho cuerpo, éste flotará. El volumen de líquido desalojado no coincide con el volumen del cuerpo. E = Peso (líq. desalojado) = m (líq. desalojado) . g = V (líq. desalojado). d (líq). G Si el cuerpo flota mantendrá una parte sumergida y otra emergida de tal forma que: Peso real del cuerpo (m.g) = E (peso del líquido desalojado) REALIZAR LAS SIGUIENTES ACTIVIDADES: ¡eureka!
  • 36. Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza resultante. Datos: Densidad del acero 7,9 g/cm3. El empuje viene dado por E = dagua · Vsumergido · g La densidad del agua se da por conocida (1000 kg/m3), 1.Calculamos lar el volumen sumergido, en este caso es el de la bola. Utilizando el volumen de una esfera: V = 4/3 π R3 = 4/3 π 0,053 = 5,236 · 10-4 m3 2. El empuje quedará: E = dagua·Vsumergido·g = 1000 · 5,236 · 10-4 · 9,8 = 5,131 N 3. Sobre la bola actúa el empuje hacia arriba y su propio peso hacia abajo, la fuerza resultante será la resta de ambas. 4. Calculamos ahora el peso P = m · g, nos hace falta previamente la masa de la bola, ésta se calcula con su densidad y el volumen (la densidad del acero debe estar en S.I.). dacero = 7,9 g/cm3 = 7900 kg/m3 m = dacero · V = 7900 · 5,234 · 10-4 = 4,135 kg P = m · g = 4,135 · 9,8 = 40,52 N 5. Como vemos el peso es mucho mayor que el empuje, la fuerza resultante será P - E = 35,39 N hacia abajo y la bola se irá al fondo.
  • 37. Se desea calcular la densidad de una pieza metálica, para ello se pesa en el aire dando un peso de 19 N y a continuación se pesa sumergida en agua dando un peso aparente de 17 N. calcula la densidad del metal. Si en el agua pesa 2 N menos que fuera es que el empuje vale 2 N, 2. Utilizando la fórmula del empuje podemos sacar el volumen sumergido, es decir, el volumen de la pieza. E = dagua·Vsumergido·g 2 = 1000 · V · 9,8 V = 2,041 · 10-4 m3 3. Sabiendo el peso real de la pieza sacamos su masa m = P/g = 19/9,8 = 1,939 kg. 4. Ya sabemos el volumen de la pieza y su masa, por tanto su densidad será: d = m/V = 1,939/2,041 · 10-4 = 9499 kg/m3
  • 38. Un cubo de madera de 10 cm de arista se sumerge en agua, calcula la fuerza resultante sobre el bloque y el porcentaje que permanecerá emergido una vez esté a flote. Datos: densidad de la madera 700 kg/m3. •El cuerpo es ahora un cubo de volumen V = lado3 = 0,13 = 0,001 m3 •El empuje será: E = dagua·Vsumergido·g = 1000 · 0,001 · 9,8 = 9,8 N 3. La masa del bloque será: m = dmadera · V = 700 · 0,001 = 0,7 kg y su peso: P = m · g = 0,7 · 9,8 = 6,86 N 4. Vemos que el empuje es mayor que el peso, la fuerza resultante es de 2,94 N hacia arriba lo que hace que el cuerpo suba a flote. 5. Calculemos cuánto volumen permanece sumergido cuando esté a flote. A flote E = P dagua·Vsumergido·g = Peso 1000 · Vsumergido · 9,8 = 6,86 Despejando Vsumergido = 7 · 10-4 m3 la diferencia de este volumen bajo el agua y el volumen total del bloque será la parte emergida Vemergido = 0,001 - 7 · 10-4 = 3 · 10-4 m3 emergidos. El porcentaje de bloque emergido será 3 · 10-4 /0,001 · 100 = 30 %
  • 39. Estás tomando un refresco y le pides al camarero un hielo. ¿Qué fracción del volumen del hielo permanece por encima del nivel del refresco? (Densidad del hielo: 0,92 g/cm3-, densidad del refresco: 1,02 g/cm3) En primer lugar vamos a analizar los datos que tenemos del problema. Tenemos las dos densidades: la densidad del hielo, (0,92 g/cm3) y, la densidad del refresco (1,02 g/cm3) para calcular el volumen desalojado. Se trata de un problema basado en el principio de Arquímedes. Recuerda: El principio de Arquímedes dice que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen de fluido que desaloja. Para poner más claro este principio lo podemos escribir como que el empuje, E, es igual al peso del hielo: E=p
  • 40. Antes de continuar debemos recordar la definición de densidad, para calcular el peso: Así que la masa es el producto de la densidad por el volumen. Masa = Densidad · Volumen Por último, en este resumen teórico de los principios involucrados en el problema, nos resta, si el peso es la masa por la aceleración de la gravedad: densidad refresco • g • V’ = densidadhielo • g • V
  • 41. La relación entre los volúmenes es: Para terminar este problema analizamos brevemente los resultados obtenidos. El valor de 0,9 nos dice que permanecen sumergidas en el refresco nueve décimas partes del hielo; por tanto, el resultado correcto es que permanece por encima del nivel del refresco la décima parte de este. Como hemos observado en todo el problema los únicos datos necesarios han sido los cocientes entre las dos densidades que determinan la parte hundida y la parte emergente.
  • 42. Flota o se hunde Necesita: •3 vasos grandes •Un huevo •Agua •Sal Montaje: Llena dos vasos con agua, añade sal a uno de ellos, agítalo para disolverla. Coloca el huevo en el vaso que tiene solo agua, y observa su comportamiento. Coloca ahora en el que tiene agua con sal, observa que flota. En el tercer vaso pon el huevo, añada agua hasta que lo cubra y un poco más. Agrega agua con sal, hasta que consigaa que el huevo quede entre dos aguas (ni flota ni se hunde). Si añadea agua, observa que se hunde. Si agregas un poco de agua salada, lo verás flotar de nuevo. ¿Qué sucede? Sobre el huevo actúan dos fuerzas, su peso y el empuje (la fuerza que hace hacia arriba el agua). Si el peso es mayor que el empuje, el huevo se hunde. En caso contrario flota y si son iguales, queda entre dos aguas. Al añadir sal al agua, conseguimos un líquido mas denso que el agua pura, lo que hace que el empuje que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del huevo: el huevo flota. Así también se puede explicar el hecho de que sea más fácil flotar en el agua del mar que en el agua de ríos y piscinas
  • 43. Aplicaciones del principio de Arquímedes • La navegación se basa en el principio de Arquímedes • Un barco flota porque hay equilibrio entre su peso y el empuje debido a la cantidad de agua que desaloja la parte sumergida • Los submarinos disponen de sistemas para aumentar o disminuir el peso mediante el llenado o vaciado de tanques de agua Dirigible Globo Barco aerostático • Los aeróstatos son aparatos llenos de gas más ligero que el aire; el empuje del aire sobre ellos es mayor que su peso
  • 44. • Un areómetro es un recipiente cerrado, alargado y lastrado que lleva una escala graduada • Al sumergirlo en un líquido, su peso queda equilibrado por el empuje • La parte de areómetro que sobresale depende del tipo de líquido utilizado • Se puede medir directamente la densidad del líquido en la escala Areómetro
  • 45. RESPUESTAS CORRECTAS La presión ejercida por una fuerza F sobre una superficie S es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie: F P= S Su unidad en el S.I. es el pascal (Pa) ⇒ 1 Pa = 1 N/m2 1 b = 100000 Pa 1mb = 100 Pa
  • 46. RESPUESTAS CORRECTAS El principio fundamental de la estática de fluidos dice:la presión en un líquido a una profundidad h es igual al producto de la profundidad h, de la densidad d del líquido y de la aceleración de la gravedad g Luego es : directamente proporcional a la densidad del líquido.