En el capitulo anterior trate el tema de la física en la parte que corresponde a las magnitudes, en este capitulo les hablare sobre otro punto no menos importante de la física como es la mecánica y mas puntualmente sobre lo que es la hidrostática.
Hablare primeramente sobre lo que es la mecánica, esta rama de la física estudia tanto al movimiento como sus causas, implicaciones y regularidades. Esta se subdivide en: Cinemática, Estática, Dinámica, etc.
La Cinemática es la rama de la física y parte de la mecánica que estudia el movimiento de un cuerpo sin considerar las causas (fuerzas) que lo producen. El objetivo principal de la cinemática es estudiar la trayectoria de un cuerpo en movimiento,
La Estática es la rama de la física y parte de la mecánica que estudia las fuerzas en equilibrio. Si sobre un cuerpo no actúan fuerzas o actúan varias fuerzas cuya resultante es cero, decimos que el cuerpo está en equilibrio. Si un cuerpo está en equilibrio significa que está en reposo o se mueve en línea recta con velocidad constante.
La Dinámica
La Dinámica es la rama de la física y parte de la mecánica que estudia la relación entre el movimiento y las causas que lo producen (las fuerzas). El movimiento de un cuerpo es el resultado de las interacciones con otros cuerpos que se describen mediante fuerzas. La masa de un cuerpo es una medida de su resistencia a cambiar de velocidad.
Es conocido que la relación existente entre la fuerza total que actúa sobre un cuerpo de masa «m» y la aceleración «a», que lo produce es: F=ma y la fuerza con que la Tierra atrae gravitatoriamente a los objetos que tienen masa se le denomina peso «W» (weight), de la formula anterior se deduce W=mg, donde «g» es la aceleración de la gravedad que en el Sistema Internacional (SI) equivale a 9.8 m/s^2.
Se define trabajo «T», como el producto del espacio recorrido «d» y el valor de la fuerza «F» en la misma dirección que el desplazamiento del cuerpo, la formula corresponde a T=Fd y se define la potencia «P» como el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo «t» invertido en su realización, P=T/t.
Conociendo los conceptos anteriores (estos pueden profundizarse mas a través de un libro de física), hablare sobre el tema de la Hidráulica, que es la parte de la física que estudia la mecánica de los líquidos. Esta se divide en Hidrostática e Hidrodinámica. La primera estudia los líquidos en reposo y la segunda los líquidos en movimiento.
Hidrostática
Hidrostática: un punto importante que hay tener en cuenta en el estudio de los líquidos es la parte de la densidad «ρ» y el peso especifico «ϒ«, en donde el primero es el cociente entre su masa y su volumen «V», siendo su formula de calculo ρ = m/V, mientras que el segundo es el cociente entre el peso y el volumen, se calcula de esta manera ϒ = W/V = mg/V.
La presión «p» se define como el cociente entre la fuerza, en este caso la ejercida por el propio fluido, y el área «A» de la superficie sobre la que actúa dicha fuerza. (en algunos libros representan a la superficie con la letra «S»), por lo anterior la presión en un liquido se calcula por la siguiente formula p = F/A.
La unidad de presión en el sistema SI es el Newton/metro^2 (N/m^2)que recibe el nombre de pascal.
A la presión producida exclusivamente por la gravedad y por fuerzas que tienden a comprimir los líquidos se le llama presión estática y a la presión derivada exclusivamente del movimiento de los líquidos se le denomina presión dinámica.
En la figura 1 vamos a considerar una superficie hipotética horizontal de área «A» o «S» y que es la base de un cilindro hipotético de liquido de altura «h». La fuerza que soporta dicha superficie será el peso de la columna de liquido que descansa justamente sobre ella. Este cilindro de volumen «V» igual al producto de A y h, ejercerá una presión de: p= F/A = mg/A = Vρg/A = ρgh, con lo anterior se calcula la presión estática debida a la gravedad, a una profundidad h bajo la superficie libre de un liquido. La presión también se puede encontrar si conocemos el peso especifico y la altura de la columna de liquido, p = ϒh.
Por lo anterior, conociendo la densidad y el peso especifico de un líquido podemos encontrar inmediatamente la presión a cualquier profundidad.
¿Qué es la presión atmosférica?
es la que corresponde a la presión que en condiciones normales, el aire atmosférico que nos envuelve ejerce al nivel del mar y su valor es de 1.013×10^5 N/m^2
¿A que nos referimos cuando un deposito no esta presurizado es decir que se trata de un deposito abierto?
En la figura 2 se presenta un depósito no presurizado que esta lleno de agua, dicho deposito tiene una tapa en su parte superior, con el fin de preservar al agua o liquido del polvo y la suciedad del ambiente pero sin constituir un cierre hermético.
Sí, mediante manómetros, midiéramos la presión a varias alturas diferentes en el deposito, mediríamos la presión estática, que será igual a cero a nivel de la superficie y máxima en el fondo del deposito, siendo su valor igual a ρgh.
¿Qué pasa con la presión si tenemos un deposito presurizado?
En la figura 3 tenemos un deposito herméticamente cerrado y sometido a una presión adicional p, transmitida a través de las tuberías que comunican dicho deposito.
Por lo anterior, la lectura de cada manómetro , cualquiera que sea su posición, sería igual al caso de la figura 2 pero incrementada en el valor de p.
Teorema de Arquímedes
Este teorema calcula el peso de un cuerpo cuando éste se encuentra sumergido, total o parcialmente, en un fluido.
El empuje «E» es la fuerza que apunta siempre hacia arriba (en sentido contrario a la gravitatoria) y se utiliza calcular el peso que se encuentra sumergido, total o parcialmente y este es igual a la fuerza de la gravedad mg disminuida en el valor de E.
El empuje es igual al volumen «Vs» de la parte sumergida del cuerpo y la densidad del liquido «ρl» . E = Vsρlg. Ver figura 4.
Sí E > W, el cuerpo ascenderá hacia la superficie en vez de hundirse. el peso «p» es igual simbólicamente a «W».
Ejercicio: ¿Qué presión existe en el fondo de un deposito de dos metros de altura cuando esta lleno de agua? Respuesta: 19,600 N/m^2
Qué interesante este artículo, un par de cosas que mejorar en el ritmo de la lectura, pero por lo demás me interesó mucho, sobre todo porque vi varios de estos temas cuando estudié en la universidad y me lo sentí súper digerible a pesar de ser un tema especializado.
Muchas gracias Jairo por tu comentario. 🙂