Lo que se debe conocer de la Estática de fluido

En esta ocasión, el siguiente artículo será más dinámico y educativo, para el tener fácil entendimiento sobre el tema, empiezo con la hidrostática es la parte de la mecánica, que se dedica al estudio del comportamiento de los distintos fluidos en estado de reposo, es una ciencia antigua por mencionarlo, en donde cuyo principios básicos son muy utilizados en la actualidad, con el caso de la navegación y la hidráulica.

En referencia de la presión, el efecto de una fuerza depende de la superficie sobre la cual actúan. La magnitud que caracterizan en función de la superficie en la que actúan se denomina presión, esta magnitud se define a partir de la relación entere fuerza y la superficie y se mide por el cociente entre ambas, cuando mayor sea la fuerza y menor sea la superficie sobre la que actúa, mayor será la presión ejercida.

A continuación tenemos el siguiente aporte sobre la densidad de los fluidos.

La densidad de un cuerpo es la relación que existe entre la masa del mismo dividida por su unidad de volumen.
Densidad (p)= masa/volumen.
En el sistema internacional de unidades del agua es de 1000kg/m^3 a una temperatura de 4°C.
La densidad relativa de un cuerpo es un numero adimensional establecido por la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de un volumen igual de una sustancia que se toma como referencia. Los sólidos y líquidos toman como referencia al agua a una temperatura de 20°C, mientras que los gases se refieren al aire a una temperatura de 0°C y una atmósfera de presión, como condiciones normal o estándar.

La siguiente cita fue tomada del libro:
Mecánica de los fluidos e hidráulica por Jaime Ernesto Díaz Ortíz – 2006; pagina 9.

Hay que tomar en cuenta, que en este campo se cumple varios precios, al momento de aplicar una fuerza sobre un sólido, su efecto se reparte según lo intensas que sea las fuerzas de unión con respecto a la fuerza aplicada, con lo cual el bloque se moverá como un todo o se deformará en mayor o en menor grado. En un fluido, cuyas partículas se pueden desplazar con mayor libertad, se establece una propiedad conocida con el nombre de principio de pascal: al aplicar una presión sobre un fluido, ya sea líquido o gas, se trasmite con la misma intensidad a todos los puntos del fluido y así mismo en todas direcciones.

los rompehielos utilizan los motores con el fin de conseguir cargar el peso del barco sobre el hielo y que al aplicarlo sobre una quilla estrecha, se trasmita una gran presión sobre aquel, fuente de imagen de pixabay

Utilizando este principio es posible modificar fuerzas, generalmente aumentarlas, como en los frenos, elevadores y prensa hidráulicas. Si se aplica una fuerza sobre una determinada émbolo, que cierra un volumen que contiene fluido, la presión creada en el primer émbolo por la aplicación de fuerza se trasmite hasta un segundo émbolo de distinta superficie.

En cuanto a la fuerza en el segundo émbolo será tantas veces mayor o menor, como lo sea la segunda superficie con respecto a la primera, ya que en un fluido, la presión en un punto sumergido dependerá de la distancia vertical, que hay entre él y el nivel superior del fluido y no del fluido que se encuentra materialmente sobre él. Dos puntos que estén al mismo nivel reciben la misma presión, en el caso de no ser así, el que estuviese sometido a una presión mayor se hundiría y provocaría una elevación del que está a menor presión.

Lo que quiero a dar a entender es que el principio fundamental de la hidráulica, es garantizar que la presión entre dos puntos de un fluido a distinto nivel de altura de cada uno de ellos y al peso específico del fluido. Este principio se cumple para cualquier fluido líquido cuyo volumen no varía con la presión, en el caso de los gases por lo contrario, la presión provoca una disminución, por lo que el peso específico de éstos varía en función de la presión a la que estén sometidos.

Una consecuencia del principio fundamental es el hecho, es que la superficie de los líquidos en reposo sea planas. De forma semejante, si tenemos recipientes comunicados, que contiene el mismo líquido, la altura que alcanza en cada uno de ellos es la misma cualquiera que sea la forma de los recipientes y siempre que estén comunicados con el aire exterior.

También tenemos el caso, donde de ser liquido distintos y al mismo tiempo inmiscible, la altura en cada uno de los recipientes, dependerá de la relación que exista entre los respectivos pesos específico, de tal forma que la presión que ejerzan las distintas columnas de líquido, sobre la superficie de contacto sea la misma.

Un cuerpo introducido en un fluido se encuentra sometido en cada punto a la presión hidrostática, correspondiente a la nivel a que esta sumergido. La fuerza que se producen en estas presiones debe dar una resultante, cuyo cálculo pueden ser muy complicado según la forma del cuerpo, considerando el principio de Arquímedes, en donde afirma que al sumergir un cuerpo en un fluido, este ejerce sobre aquel una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido, el cual ha sido desplazado por el cuerpo.

El ejemplo más común es este caso es el de un barco y la navegación de un submarino, también el caso de la navegación de los globos.

Ahora nos enfocamos en referencia de la presión atmosférica, en donde el aire que nos rodea es un gas y cumple con los principios de la hidrostática, dado que cualquier punto sumergido en aire queda sometido una presión debida al aire que queda por encima. La presión producida por la atmósfera fue evidenciada por Torriceli, quien coloco un tubo lleno de mercurio en posición invertida, con su extremo cerrado hacia arriba y su boca introducida en un recipiente con mercurio, de manera que no entrara aire al tubo, la diferencia de presión mantiene un nivel dentro del tubo de unos 76 cm por encima del nivel exterior del recipiente, el cual está expuesto a la presión atmosférica.

El principio de Arquímides explica el funcionamiento de los globos aerostáticos, fuente de imagen de pixabay

Debido a los movimientos del aire y a las variaciones de temperatura y de la composición del aire, la presión no se mantiene constante en un mismo punto de la tierra, ni con el mismo valor en un momento determinado en todo los puntos, con idénticos nivel, en donde su valor, más las variaciones en el tiempo es un indicador del estado de la atmósfera.

Espero que sea de su agrado y educativo, me despido dándole un saludos a las comunidades de #cervantes, #proconocimiento, #steemstem.

Fuente bibliográfica usada en esta oportunidad:

Mecánica de los fluidos e hidráulica por Jaime Ernesto Díaz Ortíz – 2006.

Mecánica de fluidos: fundamentos y aplicaciones por Yunus A. Çengel, John M. Cimbala – 2006.

Mecánica de fluidos: Breve introducción teórica con problemas resueltos por Bergada Grañó, Josep María – 2012.