Concepto de presión
Fuerza y presión
Definición. — La presión es la razón de una fuerza a la superficie sobre la cual se ejerce esta fuerza. Sea un cuerpo A (fig. 85-1) que ejerce sobre un plano una fuerza vertical igual a su peso,
50
— = 5 Kg.
10
En este caso se dirá que el cuerpo A ejerce sobre el plano una presión de 5Kg. / cm2
En el ejemplo citado vemos que por un lado se trata de una fuerza representada por el peso del cuerpo igual a
ejemplo/ a 25 cm2, el peso o la fuerza no cambiará, seguirá siempre igual a
Prácticamente la presión es la fuerza que actúa por Unidad de superficie, o sea:
La presión es directamente proporción a la fuerza e inversamente proporcional a la superficie.
Aplicaciones. — La penetración de un clavo en la madera en una pared, será tanto más fácil cuanto menor sea la superficie ofrecida por su punta.
El uso de esquíes, en las montañas, que permiten repartir el peso del cuerpo de una persona en una superficie mayor que las plantas de los pies.
HIDROSTÁTICA
Definición. — La hidrostática es el estudio de ciertas propiedades de los líquidos en equilibrio:
Tiene por objeto principal el estudio de las presiones que ejercen los líquidos sobre las paredes de los vasos que los encierran y sobre los cuerpos sumergidos en ellos.
Sabemos que:
Ejemplo: Si una superficie de 10 cm2 soporta la fuerza de
la presión de superficie será:
Diferencia fundamental entre los sólidos y los fluidos.
a) El sólido ideal es un cuerpo indeformable por la acción de las fuerzas externas, es decir: tienen un volumen constante y una forma invariable.
Los sólidos reales como la madera, el hierro, la piedra, etc., no poseen en absoluto la invariabilidad del volumen ni de la forma
porque se contraen con el frío y se dilatan con el calor y sufren deformaciones por la acción de fuerzas externas.
En el estado sólido, las fuerzas intermoleculares producen una gran cohesión que se opone a la deformación y a la ruptura.
b) Los fluidos (fluere, correr) son los cuerpos no sólidos, es decir los líquidos y los gases. Los líquidos, por efecto de la gravedad pueden derramarse; los gases por su fuerza expansiva tienden a escapar de los recipientes.
Transmisión de la presión. — Si se ejerce una determinada fuerza sobre la superficie de un sólido, dicha fuerza se transmite íntegramente y en un sólo sentido. Por el contrario, si la fuerza se ejerce sobre la superficie libre de un líquido en reposo; lo que se va a transmitir será la presión y se hará en todo sentido y en todos los puntos ya sea en el seno del líquido como en las paredes del recipiente (véase el Principio de Pascal).
RESUMIENDO: Los sólidos transmiten fuerzas; los líquidos presiones.
Ejemplo:
Si sobre el émbolo A’ (de 1 cm2 de sup.) ejercemos una fuerza de
En el émbolo B’ se soportará la misma presión pero como la superficie es de 5 cm2 se tendrá allí una fuerza total de
F= P x S = 5kg / cm2x 5 cm2 =
PRINCIPIO DE PASCAL. — TRANSMISION DE PRESION
Enunciado. — Toda presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en reposo se transmite íntegramente y en todo sentido, a todos los puntos de masa del líquido y de las paredes del recipiente.
Sean los dos vasos comunicantes cerrados por los émbolos B y A (fig. 86). B tiene una superficie 25 veces mayor que A. Si ponemos un kilo sobre el émbolo A tendremos que poner 25 K sobre el émbolo B para impedir que suba (se prescinde de los roces).
Además, la presión se transmite en todo sentido.
Experimento. — Sea un vaso de forma cualquiera (fig. 87), cuyas paredes contengan aberturas de igual extensión y cerradas por émbolos movibles de 1 cm2 de superficie. Supongamos que este vaso esté exactamente lleno de un líquido, que, para el rigor de la demostración, admitiremos como incomprensible y sin peso. Si sobre el émbolo superior ejercemos una presión cualquiera, de
Lo mismo sucederá con cada porción de las paredes del vaso, de superficie igual a la del émbolo, y también por cada porción, igual en la masa del líquido.
Efecto de la presión sobre un punto de la pared lateral de un recipiente
VASOS COMUNICANTES Y APLICACIONES
Vasos comunicantes. — Se llaman vasos comunicantes a un conjunto de vasos unidos entre sí por su parte inferior. Para qué un líquido homogéneo esté en equilibrio en varios vasos comunicantes es indispensable que los niveles de este líquido, en los diversos vasos, estén en el mismo plano horizontal.
Se compone de dos recipientes de diferente ancho, comunicados por la base. Cada uno de ellos posee un émbolo, que permite ejercer presión sobre el líquido. Aplicando una fuerza hacia abajo en el émbolo pequeño, se ejerce una presión en el líquido que se transmite al émbolo del recipiente grande. Como este émbolo posee mayor superficie, la fuerza que aparece en él, hacia arriba, es mayor que la que se aplicó al émbolo pequeño. Este tipo de dispositivos sirven como amplificadores de fuerza.
Los FRENOS HIDRÁULICOS
Al presionar el pedal de freno, se ejerce una presión sobre el líquido la que se transmite hasta los dispositivos que accionan los frenos de las ruedas.
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Enunciado. — Todo cuerpo sumergido en un líquido en reposo recibe un empuje vertical de abajo arriba igual al peso del líquido desalojado.
Demostración experimental.
La llamada “balanza hidrostática” es una balanza de dos platillos, de los que se pueden colgar diferentes cuerpos y ser sumergidos en líquidos, para así medir el empuje que reciben. Para realizar esta experiencia hay que disponer de un juego de cilindros, uno cerrado que entra exactamente en el otro que es abierto. Se equilibra la balanza con los cilindros colgando de uno de los platillos. El cilindro abierto (A) está vacío. Luego, se sumerge totalmente el cilindro cerrado (C) en un líquido. Se observa que la balanza se desequilibra debido al empuje que recibe el cilindro sumergido. Se llena el cilindro abierto con el mismo tipo de líquido en el que el otro cilindro se mantiene sumergido. Se observa que la balanza se vuelve a equilibrar. Esto es porque el peso del líquido contenido en el cilindro superior compensa el empuje que recibe el cilindro inferior .El principio de Arquímedes queda comprobado.
FLOTACIÓN
Al introducir un cuerpo en un líquido pueden presentarse tres casos:
1- Si el peso del cuerpo es superior al del líquido desalojado, el cuerpo se hunde. Ej.: el hierro, el cobre, el plomo en el agua.
2- Si el peso del cuerpo es igual al peso del líquido desalojado, el cuerpo queda en suspensión en el líquido. Ej.: un pez inmóvil entre dos aguas.
3- Si el peso del cuerpo .es inferior al del líquido desalojado, el cuerpo flota. Ej.: el corcho y la madera en el agua; el hierro en el mercurio.
Pueden realizarse también los tres casos anteriores por medio de un mismo cuerpo sólido (un huevo por ej.) sumergido en líquidos de distinta densidad (agua salada por Ej.) (fig. 104).
Cuerpos flotantes. — Un cuerpo flota en la superficie de un líquido cuando desaloja un volumen de líquido de un peso mayor al suyo.
Para hacer flotar un cuerpo más denso que el agua basta, pues, darle una forma que le permita desalojar un peso de agua mayor al suyo propio (buques, boyas metálicas).
Para que un cuerpo flote el empuje debe ser igual al peso de un cuerpo
E=P
AREOMETROS. — DENSIMETROS
Definición. — Los areómetros son flotadores lastrados que se componen de un vástago graduado, ensanchado en su parte inferior, la cual remata por una ampolla conteniendo mercurio o perdigones. El lastre permite sumergirse verticalmente (fig. 107
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
La atmósfera es la capa de aire que rodea la tierra. Se admite generalmente que llega a un espesor de
Se demuestra la existencia de la presión atmosférica con los experimentos de la lluvia de mercurio, del rompevejigas y de los hemisferios de Magdeburgo.
Lluvia de mercurio (fig. 118).— Estando el tubo T tapado en su extremidad superior con un disco de madera E ahuecado en forma de cubeta, la cual se llena de mercurio, se lo coloca sobre la platina de la máquina neumática y se hace el vacío.
El mercurio, comprimido por, la presión atmosférica exterior, que no está más equilibrada por la presión interior, atraviesa el disco y cae en el interior bajo la forma de gotitas finísimas y brillantes (Lluvia de Diana).
Este experimento también demuestra la porosidad de los cuerpos.
Rompevejigas (fig. 119). —Un tubo ancho de vidrio, colocado sobre la platina de la máquina neumática, está tapado, en su parte superior con una vejiga. Cuando se hace el vacío en el cilindro, la presión atmosférica exterior que no esta más equilibrada por la presión interior, deprime la membrana y acaba por romperla con estrépito.
Hemisferios de Magdeburgo (fig. 120). — Esos hemisferios son fáciles de separar cuando la presión atmosférica se ejerce en su interior; pero si se hace el vacío en ellos, es necesario un esfuerzo considerable para separarlos.
Si el vacío es completo, como la presión atmosférica exterior no está más equilibrada por la presión igual y opuesta del interior, para separar los hemisferios, al suponer su diámetro igual a
Otro experimento sobre presión atmosférica (fig. 121). — Se llena completamente de agua un vaso de mesa; luego se aplica en la superficie del líquido una hoja de papel que no deje aire entre ella y el líquido. Invirtiendo el vaso y manteniendo la hoja con la mano, la cual se retira después con precaución, se observa que no cae el agua. Está sostenida por la presión atmosférica que se ejerce de abajo arriba, y que resulta superior al peso del agua. La hoja de papel sirve, tan sólo, para impedir que la entrada del aire divida la masa líquida.
EXPERIMENTO DE TORRICELLI
Medida de la presión atmosférica. Para medir la presión atmosférica se toma un tubo de vidrio de un metro de largo, cerrado en una extremidad y lleno de mercurio. Se tapa la extremidad abierta con el dedo (fig. 122-1) y se le da vuelta en una cubeta de mercurio; al sacar el dedo, el líquido contenido baja hasta equilibrar la presión unos
De no existir la presión atmosférica indicada por las dos flechitas, sobre la superficie del mercurio de la cubeta, según el principio de los vasos comunicantes, el mercurio del tubo caería hasta alcanzar el mismo nivel que el de la cubeta.
APLICACIONES DE
Barómetros. — Los barómetros son instrumentos que sirven para medir la presión atmosférica.
