Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Presión Prof. Fernando Aso PRESIÓN En las zonas de montaña, sobre una gran capa de nieve acumulada, una persona puede pararse sobre los esquís sin hundirse, pero seguramente se hundiría si caminara por la nieve. En ambos casos, la fuerza que ejerce sobre la nieve tiene igual intensidad pero cambia el área de la superficie de contacto. La presión que ejerce sobre la nieve es diferente en cada caso. Concepto de presión El efecto de aplicar una fuerza sobre una superficie depende el área sobre la que se aplica. La deformación que se produce al pararse un chico sobre le colchón es mayor que cuando está acostado. La relación entre la fuerza aplicada y el área de la superficie sobre la que se aplica se llama presión (p). La deformación del colchón es provocada por la presión que ejerce el cuerpo sobre la superficie. La presión es una magnitud escalar, y se calcula así.

p=

F A

donde F es la componente de la fuerza perpendicular a la superficie y A es el área de la superficie sobre la que se aplica. Así una misma fuerza aplicada sobre dos superficies distintas produce diferentes presiones, siendo mayor la presión que se ejerce sobre una superficie menor. La unidad de medida de la presión es el pascal (Pa):

[ p] = [F ] = N2 [A] m

= Pa

Una presión de 1 Pa es muy chica: es la presión que ejerce una fuerza de 1 N al aplicarla sobre una superficie de 1 m2 (y 1 m2 es una superficie grande). Por eso suelen usarse el kilopascal (kPa) = 1000 Pa y el hectopascal (hPa) = 100 Pa. Densidad Un litro de una sustancia determinada tiene una masa m y dos litros de la misma sustancia tendrán una masa 2m. Existe una proporcionalidad directa entre la masa de un cuerpo y su volumen. La constante de proporcionalidad se llama densidad:

ρ=

m V

Su unidad de medida es:

[ρ ] = [m] = Kg3 [V ] m La densidad es una propiedad intensiva de la materia, propia de cada sustancia, que permite identificarla y diferenciarla de otra. Presión Hidrostática Los líquidos no solo ejercen presión sobres las paredes y el fondo del recipiente que los contiene, sino también sobre todo punto en su interior. Se llama presión hidrostática a la presión debida únicamente al líquido en un punto en su interior.

Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Presión Prof. Fernando Aso Se puede medir la presión hidrostática que ejerce un líquido sobre cualquier superficie imaginaria en su interior y observar que depende únicamente de la profundidad (h) a la que se encuentre dentro del líquido. Esto quiere decir que a una determinada profundidad, la presión hidrostática es la misma sobre las paredes del recipiente que sobre un objeto sumergido en medio del líquido, independientemente de la forma del recipiente y de la cantidad total del líquido que haya en él.

la presión en el punto 1 es mayor que en el punto 2 La presión hidrostática es generada por el peso del líquido que está sobre el punto considerado; peor ese motivo, es natural que la presión dependa de la densidad de cada líquido. A una misma profundidad, un líquido de mayor densidad ejercerá mayor presión. En símbolos: donde pH es la presión hidrostática, ρ es la densidad del líquido y h es la profundidad. pH = ρ ⋅ g ⋅ h

Teorema fundamental de la hidrostática A medida que aumenta la profundidad dentro de un líquido, se incrementa proporcionalmente la presión que este ejerce. Si se consideran dos puntos A y B dentro de un mismo líquido, la diferencia de presión entre ellos será:

Δp = ρ ⋅ g ⋅ Δh Esta es la expresión matemática del Teorema Fundamental de la Hidrostática, que establece que la diferencia de presiones entre dos puntos ubicados a distintas profundidades dentro de un líquido depende sólo de la diferencia de profundidad.

Principio de Pascal. Si se hace la experiencia de pinchar un globo con un alfiler en distintos puntos de su superficie y luego inflarlo con agua de la canilla, se verá que el agua sale por todos los orificios con cierta velocidad. Si se aumenta la presión en alguna zona del globo (por ejemplo apretándolo con la mano), se provoca un aumento en la presión del agua en cada orificio. Cada variación de la presión producida en alguna zona de un líquido provoca una variación igual de la presión en cada punto del resto del líquido, ya que este transmite los cambios de presión que se ejercen sobre él a todas las regiones que ocupa. De acuerdo con esto se puede enunciar el Principio de Pascal que establece que los cambios de presión ejercidos en un líquido se transmiten a todos los puntos de él con la misma intensidad.

Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Presión Prof. Fernando Aso Presión Atmosférica Los gases y los líquidos comparten algunas propiedades y características, entre ellas el fluir y no tener forma propia; por eso se los llama fluidos. Al igual que los líquidos, los gases ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene y sobre cualquier superficie en su interior. La atmósfera, capa gaseosa que rodea a la Tierra, ejerce presión sobre cualquier superficie que esté “sumergida” en ella. El valor promedio de la presión atmosférica a nivel del mar es aproximadamente 101300 Pa. Este valor es 1 atmósfera (1atm) y es la unidad de presión que se utilizada cuando se trabaja con presión atmosférica o de gases. 1 atm = 101300 Pa = 1013,24 hPa Otra unidad de presión que se utiliza con gases es le milímetro de mercurio (mmHg), cuya equivalencia es: 1 atm = 760 mmHg Presión Total La presión en un punto por debajo de la superficie de un líquido será la suma de la presión atmosférica y la presión hidrostática, en ecuaciones:

ptot = p atm + p H ptot = p atm + ρ ⋅ g ⋅ h Si ascendemos a un punto por encima de la superficie del mar, la presión atmosférica disminuye ya que es menor la capa de aire que tenemos por encima, para alturas pequeñas podemos calcular la disminución de la presión atmosférica con la siguiente ecuación:

p = p atm − p aire p = p atm − ρ aire ⋅ g ⋅ h Prensa Hidráulica El funcionamiento de esta prensa se basa en el Principio de Pascal, la cual sirve para multiplicar fuerzas. Consiste en dos tubos de diferentes diámetros que contienen un fluido, unidos y provistos de sus respectivos pistones. Al aplicar una fuerza sobre le pistón más chico, la presión ejercida se transmite por todo el fluido y provoca la fuerza correspondiente en el pistón más grande. Como las presiones sobre ambos pistones son iguales, se obtiene que: F1

A1

p1

F2 p2

p1 = p 2 A2

F1 F2 = A1 A2

De esta manera, la relación entre la superficie de los pistones (A1 y A2) será la misma que habrá entre la fuerza aplicada (F1) y la que resulte en el segundo pistón (F2). Esto permite aplicar fuerzas pequeñas y obtener fuerzas grandes. La prensa hidráulica o neumática se utiliza tanto para prensar como para levantar objetos pesados, por ejemplo, los elevadores de autos y los frenos hidráulicos o neumáticos.