4. Principio de Pascal
Presión. A la fuerza normal por unidad de área se le llama presión. La presión P esta dada por la ecuación:
Donde:
A mayor fuerza aplicada, mayor presión y a mayor área sobre la cuál actúa la fuerza, menor presión.
El sólido es un cuerpo rígido, puede soportar que se le aplique una fuerza sin cambiar apreciablemente su forma. Por otra parte, un liquido puede soportar una fuerza únicamente en un superficie o frontera cerrada. - La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene siempre actúa en forma.
Los fluidos ejercen presión en todas direcciones perpendicular a esas paredes.
Podemos calcular la presión ejercida por los líquidos en un punto determinado o Presión hidrostática, considerando la densidad del líquido y la profundidad a la que se encuentre el punto.
Donde:
Cualquier líquido en un recipiente abierto, por ejemplo, está sujeto a la presión atmosférica además de la presión externa de la atmósfera se transmite por igual a través del volumen del líquido.
4.1. Principio de Pascal parte 2
Blaise o Blas Pascal; nació en Clermont-Ferrand, Francia en 1623 y murió en Paris, 1662. Filósofo, físico y matemático francés. Genio precoz y de clara inteligencia, su entusiasmo juvenil por la ciencia se materializó en importantes y precursoras aportaciones a la Física y a las matemáticas.
La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
Se puede resumir afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se propagará sobre toda la sustancia de manera uniforme. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el cual el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.
También se puede observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos, en los puentes hidráulicos y en los gatos hidráulicos.
Ejemplo de ejercicio empleando la fórmula
Más ejemplos:
5. Principio de Arquímedes
Arquímedes de Siracusa (en griego antiguo, Ἀρχιμήδης Arkhimḗdēs; Siracusa (Sicilia), ca. 287 a. C.-ibidem, ca. 212 a. C.) fue un físico, ingeniero, inventor, astrónomo y matemático griego. Aunque se conocen pocos detalles de su vida, es considerado uno de los científicos más importantes de la Antigüedad.
Arquímedes descubrió que un cuerpo, al ser sumergido parcial o totalmente en el interior de un fluido, experimenta una fuerza hacia arriba, llamada fuerza de empuje o, simplemente, empuje, cuyo módulo es igual al peso del fluido que desplaza.
El aumento del nivel de agua en el jarro es el mismo que se tendría si, en vez de poner la piedra en el jarro, se vertiera en él un volumen de agua igual al volumen de la piedra.
Resulta que el empuje que recibe cualquier cuerpo sumergido será igual al volumen sumergido multiplicado por el peso específico del fluido que se trate, es decir:
6. Ecuación de Continuidad
Hidrodinámica
La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los fluidos en movimiento. Los fluidos son sustancias capaces de fluir y que se adaptan a la forma del recipiente que los contiene: líquidos y gases.
Las aplicaciones de la hidrodinámica se presentan en el diseño de canales, presas, diseño de sistemas de riego, puertos, diseño de los cascos de los barcos, hélices, turbinas, diseño de sistemas de suministro de agua, diseño de formas aerodinámicas de aviones, trenes, autos, y ductos en general.
Gases en movimiento
Sostén una tira de papel debajo de tu labio inferior y sopla fuertemente sobre la parte superior. ¿Qué sucedió?
La tira de papel ascendió, porque la velocidad de este, disminuye la presión en la parte superior del papel y la presión atmosférica lo empuja hacia arriba.
Líquidos en movimiento
Es importante poder determinar la cantidad de un líquido que fluye a través de tuberías y, también, el cambio de presión en las mismas al aumentar o disminuir su sección transversal, entre otras propiedades.
Gasto. Es el volumen de fluido que pasa a través del área de la sección transversal de un tubo, en la unidad de tiempo. Lo anterior quiere decir que el gasto es la relación que existe entre el volumen de líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir.
La ecuación de continuidad es un caso particular del principio de conservación de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo de toda la conducción.
Ejercicios:
7. Teorema de Bernoulli .
En este enfoque de dinámica de fluidos simplificado se acostumbra considerar cuatro características de un fluido ideal:
- Flujo constante, implica que todas las partículas de un fluido tienen la misma velocidad al pasar por un punto.
- Flujo irrotacional, significa que un elemento de fluido (un volumen pequeño del fluido) no posee una velocidad angular neta, esto elimina la posibilidad de remolinos, (el flujo no es turbulento).
- Flujo no viscoso, implica que la viscosidad es insignificante.
- Flujo incompresible, significa que la densidad del fluido es constante.
Este problema lo estudió por primera vez Daniel Bernoulli en 1738, en su tratado de Hidrodinámica, creando lo que conocemos como Principio de Bernoulli.
La conservación de la energía, o el teorema general del trabajo-energía, nos lleva a una relación muy general para el flujo de fluidos. El primero en deducir esta relación fue el matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782).
“El trabajo total externo, aplicado a un sistema de flujo estacionario de un fluido ideal, es igual al cambio de la energía mecánica del sistema”.
El Principio de Bernoulli establece que:
La suma de las energías cinética y potencial y de presión que tiene el líquido en un punto, es igual a la suma de estas energías en otro punto cualquiera.
Ejemplo de ejercicio:
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