TIPOS DE PRESION

PRESION.

La presión indica la relación entre' una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre una superficie. Matemáticamente la  presión se expresa por: P=F/A.

La expresión matemática de la presión señala que a mayor fuerza aplicada, mayor presión y a mayor área sobre la cual actúa la fuerza, menor presión. Es por ello que un bloque rectangular metálico ejercerá menor presión si se coloca sobre una de sus caras de mayor área, que si se coloca sobre una de área menor.

La presión que ejercen los liquidas es perpendicular a las paredes del recipiente que los contiene. Dicha presión actúa en todas direcciones y sólo es nula en la superficie libre del líquido.

PRESION HIDROSTATICA.

La presión hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene . Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada; la presión aumenta conforme es mayor la profundidad. . . La presión hidrostática en cualquier punto puede calcularse multiplicando el peso específico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto considerado:
Ph= Peh  ó  bien Ph= pgh
donde: Ph= presión hidrostática en N/m2

p=densidad del líquido en kg/m3

Pe=peso específico del líquido en N/m3

g= aceleración de la gravedad, igual a 9.8 m/s2

h= altura de la superficie líbre al punto en metros (m)

EJEMPLO: Consideremos tres recipientes con agua, dos a la misma altura y otro con diferente altura, como se aprecia en la figura. Cálculo de la presión hidrostatica en el punto A, que corresponde al fondo de los tres recipientes:

PARADOJA DE STEVIN

La llamada paradoja hidrostática de Stevin señala lo siguiente: la presión ejercida por un líquido en cualquier punto de un recipiente, no depende de la forma de éste ni de la cantidad de líquido contenido, sino únicamente del peso especifico y de la altura que hay del punto considerado a la superficie libre del líquido. Esto lo observamos en el recipiente 1y 2, en los cuales la presión hidrostática en el punto A es la misma, porque la altura también lo es; mientras la presión hidrostática disminuye en el recipiente 3, por ser menor la altura.

PRESION ATMOSFERICA

La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una mezclá de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica. La presión atmosférica varía con la altura, por lo que al nivel del mar tiene su máximo valor o presión normal equivalente a:

1 atmósfera = 760 mm de Hg = 1.013 X 105 N/m2

A medida que es mayor la altura sobre el nivel del mar, la presión atmosférica disminuye. En la Ciudad de México su valor es de 586 mm de Hg equivalente a: 0,78 x 105N/m2. Es común expresar las presiones en milímetros de mercurio, por tanto, resulta conveniente recordar la siguiente equivalencia:

1 mm de Hg = 133.2 N/m2 o bien: 1 cm de Hg = 1332 N/m2

La presión atmosférica no puede calcularse fácilmente, pero sí medirse utilizando un Barómetro, ínstrumento que sirve para determinar experimentalmente 1.1presión atmosférica Evangelista Torricelli (1,608-1647) fue el primero en idear un barómetro de mercurio; para ello, llenó de mercurio un tubo de vidrio de casi un metro de longitud enterrado por un extremo, tapó con su dedo el extremo abierto, invirtió el tubo y lo introdujo en la superficie de mercurio contenido en una cuba. Al retirar su dedo observó que el líquido descendía del tubo hasta alcanzar un equilibrio a una altura de 76 cm sobre la superficie libre del mercurio. La fuerza que equilibra e impide el descenso de la columna de mercurio en el tubo es la que ejerce la presión atmosférica sobre la superficie libre del mercurio, y es la misma que recibe el tubo de vidrio por su extremo abierto.

Al conocer el experimento de Torricelli al nivel del mar, Pascal supuso que si la presión atmosférica tenía su origen en el peso del aire que envolvía a la Tierra, la presión barométrica sería menor a mayor altura. Al experimentar a una altura mayor se comprobó que la columna de mercurio descendía a menos de 76 cm en el tubo de vidrio; este experimento comprobaba la hipótesis de Pascal. La equivalencia de la presión atmosférica, que al nivel del mar es de 76 cm de Hg 0760 mm de Hg, en unidades del Sistema Internacional la obtenemos con la expresión:
P = pgh
como:

p Hg (densidad del mercurio)= 13600 kg/m3

g = 9.8 m/s2

h = 0.76 m

PRESION MANOMETRICA Y PRESION ABSOLUTA.

Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso, soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por todo el volumen del líquido. En el caso de un líquido encerrado en un recipiente, además de la presión atmosférica puede recibir otra presión causada por su calentamiento, tal como sucede con las autoclaves que contienen un fluido bajo presión y se emplean como esterilizadores en clínicas y hospitales; también es común detectar la presión en las calderas de vapor, o la presión en los neumáticos de los vehículos como resultado del aire comprimido. La presión diferente a la atmosférica recibe el nombre de presión manométrica. De donde la presión absoluta que soporta el fluido encerrado es igual a la suma de las presiones manométrica y atmosférica
Los dispositivos para medir la presión manométrica se llaman manómetros. La presión manométrica es igual a la diferencia entre la presión absoluta.

PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de pascal quiere decir que el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (liquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada uno de las partes del mismo.

Se puede poner como ejemplo un recipiente de aluminio, hierro, plástico, etc., que se le realizan unos agujeros y luego se llena con algún liquido, que mas tarde es presionada por un embolo, lo que traerá como consecuencia el escape del agua por los diferentes agujeros a la misma presión.

Por ejemplo se puede  usar una jeringa tapada por su extremo y perforada por varias partes (que sean de poco diámetro por ejemplo del tamaño de una aguja) de modo que cuando se empuje el embolo, un chorro de agua que estuviere contenida en dicha jeringa salga por cada orificio.
Dicho chorro saldría con la misma fuerza por todos lados.

¿En qué consiste la aplicación de la prensa hidráulica como principio de pascal?

La prensa hidráulica es un dispositivo que puede servir para explicar mucho mejor el significado y sus diferentes funciones del principio de pascal.

La prensa hidráulica consiste en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y el interior del recipiente está lleno de un líquido. Dos  émbolos (los encargados de hacer la presión) de diferentes secciones de cada cilindro  se ajustan respectivamente, pero estos materiales deben estar en contacto con el liquido. Cuando uno de los émbolos realice una fuerza, la presión se dispersara por todo el líquido. Teniendo en cuenta lo anterior, por el principio de pascal esta presión será igual a la presión que se le hace al liquido sobre el embolo de mayor capacidad.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

El principio de Arquímedes consiste en que los cuerpos que se sumergen en un fluido experimentan un empuje vertical y con dirección hacia arriba que es igual al peso de la ausencia del fluido, o sea, el fluido desalojado.
Esta fuerza sobre la que hablaba Arquímedes es llamada empuje hidroestático o de Arquímedes.

Arquímedes ha llegado a esta conclusión luego de que intentaba determinar el volumen de los distintos tipos de sólidos, lo cual es conocido como medición de volumen por desplazamiento en cuanto a líquidos refiere. Esto explicado de una forma simple sería: el volumen de un cuerpo es igual a la cantidad de espacio que ocupa. Pero para demostrar esto existen varias maneras, por lo cual medir el volumen de estos cuerpos tiene algunas variantes.

La descubierta por el científico griego es muy útil para medir el volumen en los cuerpos que no son permeables al agua.

Para que un barco flote debe desalojar un volumen de líquido cuyo peso sea igual al del barco. Por ejemplo, si el peso del barco es de 1000 toneladas, debe desalojar un volumen de 1000 metros cúbicos de agua dulce, considerando que un metro cúbico de esa agua pesa una tonelada. Alguna vez nos habremos preguntado cómo es posible que flote un barco si está construido con algunos materiales de mayor densidad que el agua y, por si fuera poco, llenos de gente, muebles, automóviles, alimentos y muchas otras cosas más. Para explicamos esto analicemos lo que le pasa a una lámina de acero extendida sobre un estanque lleno de agua; evidentemente la lámina se hunde, pues su densidad es mayor que la del agua. Pero ¿qué pasará si la doblamos en forma de caja y la sumergimos nuevamente en el estanque?, quizá con sorpresa veamos que flota. Esto sucede porque al dividir la masa de la lámina entre el volumen de agua que desaloja, obtenemos la densidad promedio de la lámina, valor inferior a la densidad del agua. Para que un cuerpo flote en cualquier fluido, su densidad promedio debe ser menor a la .del fluido El empuje que recibe un cuerpo sumergido en un liquido se determina multiplicando el peso específico del liquido por el volumen desalojado de éste: .
E =PeV

donde:

E= empuje

Pe= peso especifico

V= volumen

Algunas aplicaciones del principio de Arquímedes son flotación de barcos, submarinos, salvavidas, densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros.

EJERCICIOS.

INSTRUCCIONES: CONTESTE LO QUE SE LE PIDE EN CADA UNO DE LOS SIGUIENTES EJERCICIOS. NO OLVIDE ESCRIBIR LOS DATOS, FORMULA, SUSTITUCION Y RESULTADO.

 1.-Determine la presión hidrostática que existirá en una prensa hidráulica a una profundidad de 3 y 6 m, respectivamente.
2.-¿Cuál será la presión hidrostática en el fondo de un barril que tiene 0.9 m de profundidad y está lleno de gasolina cuya densidad es de 680 kg/m3?
3.-Determine a qué profundidad está sumergido un buceador en el mar, si soporta una presión hidrostática de 399840 N/m2.
4.-Al medir la presión manométrica con un manómetro de tubo abierto se registró una diferencia de alturas de 7 cm de Hg. Cuál es el valor de la presión absoluta en:

5.-¿A qué altura máxima llegará el agua al ser bombeada a través de una tubería con una presión de 4 x 105N/m2?
6.-Calcular la fuerza que se aplica en el émbolo menor de una prensa hidráulica de 10 cm2 de área, si en el émbolo mayor con un área de 150 cm2 se produce una fuerza de 10500 N.
7.-¿Cuál será la fuerza que se producirá en el émbolo mayor de una prensa hidráu1ica, cuyo diámetro es de 40 cm, si en el émbolo menor de 12 cm de diámetro se ejerce una fuerza de 250 N?
8.-Calcular el diámetro del émbolo menor de una prensa hidráulica, para que con una fuerza de 400 N se produzca en el émbolo mayor, cuyo diámetro es de 50 cm, una fuerza de 4500 N.,
 9.-Un prisma rectangular de cobre, de base igual a 36 cm2 y una altura de 10 cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene alcohol. a) ¿Qué volumen de alcohol desaloja? b) ¿Qué empuje recibe? c) ¿Cuál es el peso aparente del prisma debido al empuje, si su peso real es de 31.36 N?
10.- ¿Cuál es la presión ejercida por una fuerza de 120 N que actúa sobre una superficie de 0.040 metros cuadrados?

11.- Una persona de 84 kg se para sobre la losa de una casa que tiene por superficie 225 metros cuadrados. ¿Cuál será la presión que esta persona ejerce sobre la losa?

12.- La presión atmosférica tiene un valor aproximado de 1 x10^5 Pa . ¿Qué fuerza ejerce el aire confinado en una habitación sobre una ventana de 50 cm x 75 cm?

13.- En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 40 cm, y el émbolo menor de 2.3 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque de 50,000 N?

14. Defina el término presión.¿Cuál es la ecuación matemática que permite calcular la presión?¿En qué unidades del S.I. se expresa la presión?
15. ¿Puede una fuerza grande, al actuar sobre un cuerpo, producir una presión pequeña?. ¿Cómo? Ponga algún ejemplo.
16. ¿Qué es la presión hidrostática?¿De qué factores depende la presión hidrostática?
17. ¿Por qué no se puede emplear un gas como fluido en una prensa hidráulica?

18. Enuncie el Principio de Arquímedes y explique por qué un globo puede flotar en el aire.
19. ¿Qué es el peso aparente de un objeto?
20. Un prisma rectangular mide 30 cm x 20 cm x 40 cm y pesa 100 N. Calcule la presión ejercida por cada una de sus caras al apoyarlo sobre una capa de arcilla.

 21. Sobre una superficie de 200 cm2 se ejerce una presión de 1000 Pa. ¿Cuál es la fuerza total aplicada sobre esa superficie?
22. Al presionar el interruptor de un timbre con una fuerza de 1 N, ejercemos una presión de 5000 Pa. ¿Cuál es la superficie del interruptor?
23. Una mesa con cuatro patas cilíndricas, tiene 15 Kg de masa y ejerce sobre el suelo una presión de 18000 Pa. Calcule: a) El valor de la superficie de apoyo de cada una de las cuatro patas de la mesa.
24. Calcule la presión hidrostática que se ejerce sobre el fondo de una bañera en la que el agua alcanza 35 cm de altura. Dato: O H2  = 1000 kg/m3
25. ¿Qué diferencia de presión existe entre dos puntos situados, respectivamente, a 10 cm y a 35 cm por debajo del nivel del agua?
26. ¿Qué fuerza soporta un buzo sumergido en el mar a 8 m de profundidad suponiendo que la superficie del buzo es de 150 dm2 y que la densidad del agua del mar en ese lugar es de 1030 kg/m3? 

27. Un recipiente cilíndrico de 20 cm de diámetro contiene ácido sulfúrico hasta una altura de 50 cm. Sabiendo que la densidad del ácido sulfúrico es 1'80 g/cm3, calcule: a) El volumen contenido en el recipiente y la masa de ácido que hay en su interior. b) La presión que ejerce sobre el fondo del recipiente.

 28. Necesitamos un elevador hidráulico para levantar una camioneta que pesa 20000 N. La sección del émbolo menor es de 10 cm2, y la del émbolo mayor, de 140 cm2. ¿Qué fuerza deberemos aplicar sobre el émbolo pequeño? 

29. En una prensa hidráulica, los émbolos tienen superficies de 20 cm2 y 60 cm2. Indique qué peso se puede levantar en el émbolo mayor ejerciendo una fuerza de 100 N en el menor.

30. Un elevador hidráulico tiene 2 émbolos de superficies 10 y 600 cm2 respectivamente. Si se desea elevar un coche que tiene una masa de 1200 kg, ¿qué fuerza se debe aplicar y en qué émbolo?