Estática

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• Cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el área de dicha superficie.

• La unidad de medida recibe el nombre de Pascal (Pa).

• 1 Pa =1 N/m2

PRESIÓN DE UN FLUÍDO

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Otras unidades de presión:

1 atm = 1,013 x 105 Pa

1 atm = 760 torr

1 mm de Hg = 1 torr

1 libra /pulgada2 (psi) = 6,90 x 103 Pa

1 bar = 105 Pa

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Me subí en Bogotá al bus que me traería a Cartagena. Compré en la terminal de buses una botella de agua. Al llegar a Cartagena observé que la botella se había comprimido hasta tener la forma que se muestra en la foto.

¿Cuál fue la razón por la que se produjo este fenómeno?

Presión atmosférica Es la presión que el aire ejerce sobre la superficie terrestre.

Cuando se mide la presión atmosférica, se está midiendo la presión que ejerce el peso de una columna de aire sobre 1 m2 de área en la superficie terrestre.

La presión atmosférica en la superficie de la Tierra es:

P = 101.325 Pa

y se aproxima a:

P = 1,013X105 Pa

Toma valores diferentes de acuerdo a la localización. Varía con la altura y con las condiciones climáticas.

Presión absoluta

• La presión real que se encuentra en una posición en relación con el vacío absoluto.

• En el vacío absoluto Pabs = 0.

• Se usa en relaciones y tablas termodinámicas.

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Presión manométrica

• Diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica local.

• Es el exceso de presión más allá de la presión atmosférica.

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Presión absoluta y manométrica

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Presión manométrica

• Se mide con manómetros.

• Tipos: – Presión sobre-atmosférica.

– Diferencial: diferencia entre dos puntos

• En el sistema ingles: – psia (presión absoluta)

– psig (presión manométrica)

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Presión de vacío

• Presiones por abajo de la atmosférica.

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Se mide con vacuometros o manómetros específicos.

Medición de la presión atmosférica Experimento de Torricelli

• Llenó un tubo de vidrio, de 1 m de longitud, con mercurio . Tapó el extremo abierto y luego lo dio vuelta en una vasija.

• El mercurio empezó a descender pero se estabilizó en el momento que la columna medía 76 cm.

• El peso de la columna de mercurio ejerce presión en el nivel en que quedó el mercurio vaciado, y esa presión, para lograr la estabilización, se equilibra con la presión a que está sometido el mercurio por fuera del tubo.

• Esa presión, la de fuera del tubo, es la presión atmosférica, cuyo símbolo es P0.

• Se mide con barómetros.

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Experimento de Torricelli

• La presión en cualquier punto en un fluido es la misma en todas direcciones; es decir, tiene magnitud pero no una dirección específica y, en consecuencia, es una cantidad escalar.

PRESIÓN DE UN FLUÍDO

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Ecuación fundamental de la hidrostática

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Leer deducción de la ecuación en libro

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P=P0+ g h

Ecuación fundamental de la hidrostática para: •Liquido incompresible y estático (no efectos viscosos) •Nivel de referencia en la superficie libre (distancias positivas hacia abajo)

Variación de la presión con la profundidad

Variación de la presión con la profundidad

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o Un líquido en reposo con densidad uniforme y ubicado en una región con g constante.

Si determinamos el peso de la columna de fluido mostrada en la figura,

Si se toma en cuenta que la presión x área es igual a la fuerza,

P=P0+ g h

presión absoluta o total

Presión atmosférica

Presión solo del liquido

(hidrostática)

F ghA

ghPP atm

Vasos comunicantes

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La presión en la parte superior de cada columna de fluido es igual a p0 (presión atmosférica).

La presión sólo depende de la altura, pero no de la forma del recipiente.

1 2 3 4

Todos los puntos a una misma profundidad y mismo liquido se encuentran a la misma presión, sin importar la forma del recipiente:

p1= p2 = p3 = p4

Determinación de la línea de nivel

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Cuando se quiere obtener un punto que esté a la misma que otro se recurre al principio de los vasos comunicantes.

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La presión es la misma en todos los puntos sobre un plano horizontal en un fluido dado, sin importar la configuración geométrica, siempre que los puntos estén interconectados por el mismo fluido.

Variación de la presión con la profundidad

Ejercicio

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Un barril de roble cuya tapa tiene un área de 0,20 m2 se llena con agua. Un tubo largo y delgado, con área transversal de 5,0 x 10-5 m2 se inserta en el agujero en el centro de la tapa y se vierte agua por el tubo.

Cuando la altura alcanza los 12,0 m, la tapa del barril estalla.

¿Cuál es el peso del agua en el tubo?

¿Cuál es la fuerza neta del agua sobre la tapa del barril?

Variación de la presión con la altura

• Para fluidos cuya densidad cambia de manera significativa respecto de la altura:

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Ejercicio: Desarrollar una expresión para el cambio de presión atmosférica con la altura.

Variación de la presión con la altura

El principio de Pascal

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La presión aplicada a un fluido confinado aumenta la presión en toda la extensión de éste en la misma cantidad.

ventaja mecánica ideal

Manómetros

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Tipo Bourdon

Se usa para líquidos y gases.

Es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados.

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Manómetros

Tipo Bourdon

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Tubos manométricos Presiones bajas

Presión sobreatmosférica o diferencial

Manómetros

Manometro de rama abierta

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Tubos manométricos

Aire

Comprimido

PA

hm

1 2

Aire

Comprimido

PA

hm

1 2

A m m atmP gh P Patm

Fluido manométrico

m

P1=P2

Manómetros

• Como 1 y 2 están a la misma altura la presión en A y en B debe ser la misma.

• Por una rama la presión en 1 es debida al gas encerrado en el recipiente.

• Por la otra rama la presión en 2 es debida a la presión atmosférica más la presión debida a la diferencia de alturas del líquido manométrico.

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Ejercicio desarrollado en clase

Desarrollo

28

Desarrollo

29

Ejercicio desarrollado en clase

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Desarrollo

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El principio de Arquímedes

Leer para próxima clase

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