estática de fluidos
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UNIDAD DIDÁCTICA 3:
FUERZAS EN LOS
FLUIDOS
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1. CONCEPTO DE PRESIÓN
• Es una magnitud escalar que mide el efecto que ejerce una fuerza sobre la superficie que actúa.
• Se define como el cociente entre la fuerza aplicada (F) y la superficie sobre la que actúa(S).
p = F/S
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La presión se mide en pascales (pa) en el S.I.
1 pa = 1N/m2
otras unidades son: atm, mmHg
1 atm = 101 325 pa = 760 mmHg
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Una misma fuerza puede dar lugar a una presión mayor o menor
dependiendo del área sobre la que actúe.
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Los esquiadores utilizan los esquís para no hundirse en la nieve
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2. FUERZAS QUE EJERCEN LOS FLUIDOS EN EQUILIBRIO
Un líquido ejerce fuerzas perpendiculares sobre las superficies que están en contacto con él.
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3. PRESIÓN EN EL INTERIOR DE UN LÍQUIDO
Fuerza = peso del líquidoF = m •g = ρ •V • gPresión= Fuerza/SuperficieP = ρ •V • g/S
Presión
hidrostática
p = ρ • g • h
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La presión hidrostática en un punto del líquido depende de la profundidad, a mayor profundidad mayor presión.
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4. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA
pA = ρ• g •hA
pB = ρ•g • hB
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La diferencia de presión entre los dos puntos es igual a :
“La diferencia de presión entre dos puntos de un líquido en equilibrio es igual al producto de la densidad por la gravedad y por la diferencia de altura.”
pA - pB = ρ• g • (hA – hB )
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“Paradoja hidrostática”
Aunque cada uno de estos tres recipientes contiene distinta cantidad de líquido, el fondo de todos ellos soporta la misma presión. pA = pB = pC
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5. VASOS COMUNICANTES
Líquidos no miscibles pA = pB
ρA • g• hA = ρB •g • h hA /hB =
ρB/ρA
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6. PRINCIPIO DE PASCAL
• Es una consecuencia del principio fundamental de la hidrostática.
• “La presión ejercida en un punto de un líquido, considerado incompresible, se trasmite por igual en todas las direcciones”
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Aplicaciones
Prensa hidráulica
p1 = p2
F1/S1 = F2/S2
F2 = F1 • S2/S1
“Se produce un efecto multiplicador de la fuerza proporcional a S2/S1.”
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Elevador hidráulico
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Frenos hidráulicos
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7. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
• En una porción de fluido considerada las fuerzas horizontales debidas a la presión de las restantes partes de fluido aumentan con la profundidad.
• Pero las fuerzas en cada nivel quedan compensadas unas con otras.
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• Las fuerzas verticales debidas, a la presión hidrostática sobre las dos bases del cubo, no se compensan, ya que es mayor en la base inferior que en la superior.
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El resultado es una fuerza de empuje, E, hacia arriba debida a la diferencia de presiones en las bases, cuyo valor es:
E = F2- F1
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El principio de Arquímedes establece que:
“ Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.”
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E = peso de líquido desalojado = mlíquido•g
El empuje se mide en Newton en el S.I. ya que es una fuerza.
E = ρf • g• Vd
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Se define el peso aparente, Pa, de un sólido sumergido en un fluido como el peso(P) menos el empuje (E):
Pa = P – E
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FLOTABILIDAD DE LOS CUERPOS
∑F = m •a (Principio fundamental de la dinámica)P – E = m • aρS •g • Vsumergido – ρf •g • Vdesalojado = ρS•Vs• a
Vsumergido = Vdesalojado = V
ρS •g • V – ρf •g • V = ρS•V• a
a = (ρS – ρf ) •g/ ρS
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• Se hundea > 0 P> E ρs> ρf
• Asciendea < 0 P< E ρs< ρf
• Equilibrioa = 0 P = E ρs= ρf