Introducción

La Hidrostática es la parte de la física que estudia los fluidos líquidos en reposo. Entendemos por fluido cualquier sustancia con capacidad para fluir, como es el caso de los líquidos y los gases. Éstos se caracterizan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptar la del recipiente que los contiene. Por otra parte, los líquidos (difícilmente compresibles) poseen volumen propio mientras que los gases (compresibles), ocupan la totalidad del volumen del recipiente que los contiene.
Todo fluido soporta fuerzas normales o perpendiculares a sus fronteras, sin que haya escurrimiento, y puede estar en equilibrio bajo la acción de una diversidad de fuerzas de este tipo. Sin embargo, un fluido no puede resistir la acción de una fuerza tangencial, ya que tan pronto como se ejerce este tipo de fuerza, el fluido responde deslizándose sobre sus fronteras, provocando el movimiento del fluido.
Por lo tanto, una condición necesaria para que un fluido esté en equilibrio, es que sus fronteras sólo experimenten fuerzas normales (perpendiculares).

Presión

En el estudio de los fluidos, resulta necesario conocer cómo es la fuerza que se ejerce en cada punto de las superficies, más que la fuerza en sí misma. Una persona acostada o parada sobre una colchoneta aplica la misma fuerza en ambos casos (su peso). Sin embargo, la colchoneta se hunde más cuando se concentra la fuerza sobre la pequeña superficie de los pies. El peso de la persona se reparte entre los puntos de la superficie de contacto: cuanto menor sea esta superficie, más fuerza corresponderá a cada punto.

Es la relación entre una fuerza F y la superficie S sobre la que dicha fuerza actúa en dirección perpendicular. Siendo su ecuación dimensional:

Algunos ejemplos comunes sobre la presión

Algunas presiones interesantes

PRESIÓN ATMOSFERICA
El aire parece no pesar nada, pero en realidad pesa. Un litro de aire pesa un poco mas de 1 gramo. El aire que está arriba de tu cabeza en este momento también pesa. Y pesa mucho porque son varios Km de altura de aire. Dicho de otra manera, en realidad es como si viviéramos sumergidos un el fondo de un mar de aire. El peso de todo ese aire distribuido sobre la superficie de la Tierra es lo que se llama PRESIÓN ATMOSFERICA.
La presión atmosférica varía según el día y según la altura a la que estés. El valor al nivel del mar es de 1,033 Kgf/cm2. Esto equivale a los conocidos 760 mm de mercurio.

PRESIÓN SANGUÍNEA

La presión sanguínea o tensión sanguínea es la fuerza de presión ejercida por la sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye una de los principales signos vitales. La presión de la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas.

PRESIÓN DE LAS RUEDAS
Cuando inflás las ruedas del auto y le decís "poneme 28 en todas", lo que querés decir es 28 libras fuerza por pulgada 2. (28 lbf/in2 ). Esto equivale a unas 2 atmósferas. A la unidad “ libras fuerza por pulgada cuadrada“ se la llama PSI ( Pound per square inch).

PRESIÓN ABAJO DEL AGUA
Cuando nadás abajo del agua sentís presión sobre los oídos. Esa presión es el peso del agua que está arriba tuyo que te está comprimiendo. Al nadar a 10 m de profundidad tenés sobre tu cuerpo una presión aproximada de 1 atmósfera. ( = 1 Kgf/cm2). Es decir, la presión sobre tu cuerpo es de una atmósfera POR ENCIMA de la presión atmosférica.

Unidades de presión

Sistema Internacional de Unidades
Gigapascal (GPa), 109 Pa
Megapascal (MPa), 106 Pa
Kilopascal (kPa), 103 Pa
Pascal (Pa), unidad derivada de presión del SI, equivalente a un newton por metro cuadrado ortogonal a la fuerza.

Sistema Inglés
KSI, 1000 PSI
PSI, unidad de presión básica de este sistema.
Libra por pulgada cuadrado (lbf/in2)

Sistema cegesimal Baria
Sistema técnico gravitatorioKilogramo fuerza por centímetro cuadrado (kgf/cm2)

Sistema técnico de unidades
Metro de columna de agua (mc.a.), unidad de presión básica de este sistema
Centímetro columna de agua
Milímetro columna de agua (mmc.a.)

Sistema técnico inglés
Pie columna de agua: un pie columna de agua es equivalente a 0,433 (lbf/ft2), 2,989 kilo pascals (kPa), 29,89 milibars (mb) o 0.882 (pulgadas de Hg)
Pulgada columna de agua

Otros sistemas de unidades

atmósfera (atm) = 101325 Pa = 1013,25 mbar
Milímetro de mercurio (mmHg) = Torricelli (Torr)
Pulgadas de mercurio (pulgadas Hg)
Bar

Resumiendo:

Ejemplos en la vida cotidiana

Cuando apretamos una chinche, la fuerza que el pulgar hace sobre la cabeza es igual a la que la punta de la chinche ejerce sobre la pared. La gran superficie de la cabeza alivia la presión sobre el pulgar; la punta afilada permite que la presión sobre la pared alcance para perforarla.
Cuando caminamos sobre un terreno blando debemos usar zapatos que cubran una mayor superficie de apoyo de tal manera que la presión sobre el piso sea la mas pequeña posible. Seria casi imposible para una mujer, inclusive las mas liviana, camina con tacos altos sobre la arena, porque se hundiría inexorablemente.
El peso de las estructuras como las casas y edificios se asientan sobre el terreno a través de zapatas de hormigón o cimientos para conseguir repartir todo el peso en la mayor cantidad de área para que de este modo la tierra pueda soportarlo.

Principio de Arquimedes-Empuje y Flotabilidad

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto. De este modo cuando un cuerpo está sumergido en el fluido se genera un empuje sobre la superficie del cuerpo que actúa siempre hacia arriba a través del centro de gravedad del cuerpo del fluido desplazado y de valor igual al peso del fluido desplazado.

Sabemos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad y conocemos también que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies sólidas que contacta. Esas fuerzas no sólo se ejercen sobre las paredes del contenedor del líquido sino también sobre las paredes de cualquier cuerpo sumergido en él.

Cuando un cuerpo esta sumergido las fuerzas se distribuyen en forma simetrica de acuerdo al teorema general de la hidrostática. La simetría de la distribución de las fuerzas permite deducir que la resultante de todas ellas en la dirección horizontal será cero, pero en la dirección vertical las fuerzas no se compensan: sobre la parte superior de los cuerpos actúa una fuerza neta hacia abajo, mientras que sobre la parte inferior, una fuerza neta hacia arriba. Como la presión crece con la profundidad, resulta más intensa la fuerza sobre la superficie inferior. Concluimos entonces que: sobre el cuerpo actúa una resultante vertical hacia arriba que llamamos empuje.

"Un cuerpo sumergido recibe un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desplazado."

Para calcular el empuje que actua sobre ese cuerpo se tiene en cuenta su peso en el aire y su peso sumergido en el liquido.

Empuje = Peso del cuerpo en el aire – Peso del cuerpo sumergido.

Empuje = Peso del líquido desplazado = Densidad del liquido. g . Volumen del liquido desplazado = Densidad del liquido. g . Volumen del cuerpo

Un poco de historia...¿Como Arquímedes dijo EUREKA?


El rey Hierón le entregó 2,5 kg de oro a su joyero para la construcción de la corona real. Si bien ése fue el peso de la corona terminada, el rey sospechó que el artesano lo había estafado sustituyendo oro por plata en el oculto interior de la corona. Le encomendó entonces a Arquímedes que dilucidara la cuestión sin dañar la corona.

Con sólo tres experiencias el sabio pudo determinar que al monarca le habían robado casi un kilo de oro. Veamos cómo lo hizo.

En primer lugar, Arquímedes sumergió una barra de medio kilo de oro puro y comprobó que desplazaba 25,9 cm3. Por lo tanto, el peso específico del oro es:

Pesp oro = 500 gr/25.3 cm3 =19.3 gr/cm3

Si el joyero hubiera hecho las cosas como le habían indicado, el volumen de líquido desplazado por la corona real, que pesaba 2,5 kilogramos, debería haber sido:

Vcorona = 2.500 gr/19.3 gr/cm3=129.5 cm3

A continuación, sumergió la corona real y midió que el volumen de agua desplazado era de 166 cm3, o sea, mayor del esperado. ¡Hierón había sido estafado! ¿En cuánto? Para saber qué cantidad de oro había sido reemplazado por plata, Arquímedes repitió la primera experiencia sumergiendo una barra de un kilo de plata para conocer su peso específico. Como el volumen desplazado resultó 95,2 cm3, se tiene que:

Pplata=1000 gr/95.2 gr/cm3=10.5 gr/cm3

Sabemos que el peso total de la corona es 2.500 gr. (el joyero tuvo la precaución de que así fuera) y su volumen total, de 166 cm3. Entonces:

Vcorona=Voro+Vplata=166 cm3
Vplata=166-Voro
Pcorona=Poro+Pplata=2500 gr.

Si reescribimos la última ecuación en función del peso específico y el volumen, nos queda que:

19.3 gr/cm3 . Voro + 10.5 gr/cm3 . Vplata = 2500 gr

Tenemos dos ecuaciones con dos incógnitas (Voro y Vplata). Sustituyendo una ecuación con la otra, se tiene que:

19,3 gr/cm3. Voro + 10.5 gr/cm3. (166 cm3-Voro) = 2.500 g

de donde se despeja la incógnita:

Voro =86cm3

con lo que se deduce que:

Poro =Pesp oro . Voro = 19,3 gr/cm3 . 86 cm3 = 1.660 gr
Pplata=Pcorona - Poro =2.500gr -1.660 gr =840 gr

De esta manera, Arquímedes pudo comprobar que al rey le habían cambiado 840 gr. de oro por plata. Cuenta la leyenda que el joyero no pudo disfrutar del oro mal habido.

P=PESO
P esp= PESO ESPECÍFICO
V=VOLUMEN

Flotabilidad: Efectos físicos del agua sobre el cuerpo:

· La flotabilidad: Del principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje o flotabilidad positiva proporcional al volumen del líquido desplazado”.


La respiración es un agente importante en la flotabilidad. Otros agentes son la contextura, la osamenta y la cantidad de tejido adiposo. Si una persona está detenida y relajada la flotabilidad aumenta, pero la agitación disminuye el aire en los pulmones y aumenta la densidad del cuerpo en el agua.


· Resistencia al agua: En inmersión la resistencia del agua dependerá de la posición de desplazamiento del sujeto. Por ejemplo, para una embarazada la resistencia del agua depende de la forma que tiene su cuerpo, el que se va modificando a lo largo del embarazo. Generalmente la posición vertical ofrece mayor resistencia al desplazamiento que la posición horizontal.