UNIDAD DIDÁCTICA 3:

FUERZAS EN LOS

FLUIDOS

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

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

Una misma fuerza puede dar lugar a una presión mayor o menor

dependiendo del área sobre la que actúe.

Los esquiadores utilizan los esquís para no hundirse en la nieve

2. FUERZAS QUE EJERCEN LOS FLUIDOS EN EQUILIBRIO

Un líquido ejerce fuerzas perpendiculares sobre las superficies que están en contacto con él.

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

La presión hidrostática en un punto del líquido depende de la profundidad, a mayor profundidad mayor presión.

4. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA

pA = ρ• g •hA

pB = ρ•g • hB

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 )

“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

5. VASOS COMUNICANTES

Líquidos no miscibles pA = pB

ρA • g• hA = ρB •g • h hA /hB =

ρB/ρA

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”

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.”

Elevador hidráulico

Frenos hidráulicos

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.

• 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.

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

El principio de Arquímedes establece que:

“ Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.”

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

Se define el peso aparente, Pa, de un sólido sumergido en un fluido como el peso(P) menos el empuje (E):

Pa = P – E

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

• Se hundea > 0 P> E ρs> ρf

• Asciendea < 0 P< E ρs< ρf

• Equilibrioa = 0 P = E ρs= ρf