Tarea 1: Hidrostática (Videos)

1) Responda las siguientes preguntas teniendo en cuenta las condiciones establecidas en la oferta pedagógica.
2) Explique las características químicas de los fluidos, compárelos con los gases y sólidos.
3) Explique las características de las fuerzas que los fluidos ejercen sobre las superficies.
4) Explique el concepto de presión y escriba su ecuación, ¿qué efectos sobre el cuerpo humano tiene sumergirse a demasiada profundidad dentro del agua?
5) Explique el principio de Arquímedes, escriba la ecuación y qué significa cada una de las variables involucradas. Consulte al menos dos aplicaciones prácticas.
6) Explique el funcionamiento de un submarino.

El principio de Arquímedes y la Fuerza de empuje

El principio de Arquímedes

"Un cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotabilidad igual en magnitud al peso del volumen del fluido desplazado."

La fuerza de buoyancia o fuerza de empuje se mide en Newtons. La densidad del fluido se representa mediante (ρf), la aceleración de la gravedad mediante (g) y el volumen del fluido mediante (Vf).

La densidad que equivale a la masa sobre el volumen del fluido, se reemplaza para obtener que la Fuerza de buoyancia o Fuerza de empuje es igual a la masa del fluido que desplaza el cuerpo por la aceleración de la gravedad.

Ejemplo (Uso cotidiano):

En la fisio terapia, cuando las personas sufren fracturas, son sumergidas en cuerpos de agua ya que de este modo, el cuerpo de la persona pesará menos cuando esta sumergida. Esto se debe a la fuerza de empuje que se genera sobre el cuerpo.

Presión y profundidad

El concepto de presión utilizado en el principio de Pascal explica que cualquier fuerza externa aplicada sobre un fluido genera presión a hacia todas las direcciones del fluido. En el caso de la profundidad, se habla sobre la presión interna de ese fluido al sumergir un cuerpo.

Básicamente, la presión aumenta con la profundidad. Las fuerzas laterales que se aplican a un objeto que se sumerge en un fluido en reposo tendrá una fuerza neta de cero. Ahora, la pregunta queraria en qué pasará con las fuerzas del eje vertical. La fuerza ejercida hacia arriba no siempre será igual a la fuerza que se ejerce hacia abajo, y aquí es donde interviene el concepto de profundidad:

Donde (p) es la presión, (ρf) es la densidad del fluido, (g) la aceleración de la gravedad y (h) la altura que se encuentra el cuerpo de la superficie del fluido o la profundidad del cuerpo.

Fluidos, presión y el principio de Pascal

Video 1: ¿Qué es un fluido? Diferencia entre líquidos y gases (Fluidos). Introducción al concepto de presión.




Video 2: Presión y el principio de Pascal.

Presion y el principio de Pascal

Al hablar de presión y del principio de Pascal, remite directamente a hablar sobre fluidos. Es posible aplicar una fuerza a un sólido en un punto de contacto específico, mas no lo es en el caso de los fluidos. Cuando se aplican fuerzas sobre un fluido habrá que tener en cuenta el área que lo afecta y no el punto de contacto.

¿Qué es presión?

La presión equivale a la fuerza por unidad de área:

Donde:

La presión es una cantidad escalar o que solo tiene magnitud, a pesar de que la fuerza que produce sea un vector. Hay que tener en cuenta que la ecuación mostrada aplica para los casos donde la fuerza que se aplica sobre un área determinada sea perpendicular a ésta (Fuerza normal).

El principio de Pascal

"La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin perdida a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente."

Volviendo al concepto de presión:

Donde F1 y F2 son las fuerzas que se aplican sobre determinada A (Área). En éste caso, entre mayor sea A2 a comparación de A1, se producirá mayor fuerza (F2).

Ejemplo:

El elevador y los amortiguadores hidráulicos (Prensa hidráulica)