HIDROSTÁTICA

Presión:

Acción y efecto de apretar o comprimir. Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie. Su unidad en el Sistema Internacional es el pascal.[1]

La unidad en la cual se mide la presión es el Pascal el cual equivale a:  

Es importante comprender que la presión será mayor mientras mayor sea la fuerza y mientras menor sea el área de contacto.

Presión hidrostática:[2]

Consideremos un cilindro imaginario dentro de un líquido (cilindro gris oscuro de la imagen).

Su volumen será igual al producto del área de su base por su altura. 

La presión que ejercerá sobre su base será su peso dividido por el área de su base.

Y considerando la fórmula de la densidad: 

Ahora aplicando la fórmula de la presión, se tiene que: 

Expresión que conocemos como el Principio Fundamental de la Hidrostática y según el cual, la presión ejercida por un líquido a una profundidad h es igual al producto de la profundidad h, de la densidad d del líquido y de la aceleración de la gravedad.

Consecuencias del Principio Fundamental de la Hidrostática: Todos los puntos del fluido en reposo que se encuentran a igual profundidad están sometidos a igual presión.Todos los puntos de la superficie libre de un líquido están a la misma altura y, por tanto, la superficie es plana y horizontal, ya que todos los puntos están sometidos a la misma p°

PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

La teoría de flotabilidad fue creada por el filósofo y matemático griego Arquímides (287-212 aC). Esta teoría consiste esencialmente que cuando un cuerpo se sumerge el agua, desplazará  una cantidad de líquido igual a la masa del cuerpo sumergido.

Dependiendo de distintos factores (densidad, presión, masa, etc.) Un cuerpo puede experimentar el fenómeno de FLOTABILIDAD. Llevando este fenómeno a la práctica, cuando sumergimos una parte de nuestro cuerpo en el agua, sentimos una agradable sensación de liviandad .Esta percepción es causa da por una disminución de la tracción gravitacional.

Está comprobado que si sumergimos la mitad de nuestro cuerpo (altura de la cintura), la tracción gravitacional se reduce en un 50 %. Con esto se puede concluir que la gravedad nos afecta de forma parcial y estamos siendo sometidos al fenómeno de la FLOTABILIDAD, con esto se reduce el peso que soportan nuestras articulaciones permitiendo así un mayor grado en los movimientos.

Una persona en el agua desplaza un cierto volumen, dando lugar a una fuerza vertical y dirigida hacia arriba (FLOTABILIDAD), la cual permite al individuo realizar menos "trabajo" contra la fuerza de gravedad que le empuja hacia abajo, ahorrando así energía.

Cuanto más rápido uno se mueva en el agua, mayor resistencia crea y en consecuencia los músculos se fortalecen.

El Principio de Arquímides aplicado a nuestro cuerpo en un medio acuático[3]

Empuja el cuerpo hacia arriba y hacia afuera del agua

Disminuye el estrés y el peso sobre articulaciones y músculos

Trabaja con la flotabilidad y ayudará a mejorar la movilidad y flexibilidad

Trabajar contra la flotabilidad ayudará a mejorar la fuerza y resistencia muscular  y el tono corporal

Vasos comunicantes:

Los vasos comunicantes son unos recipientes unidos entre sí de forma que, al echar líquido en uno cualquiera de ellos, puede pasar a los demás. Al poner en los vasos comunicantes un sólo líquido, éste alcanza en ellos la misma altura.

Demostración. Como los puntos A, B, C y D se encuentran a la misma profundidad se tiene que: 

Al poner en un vaso comunicante o en un tubo en forma de “U” dos líquidos de diferente densidad y no miscibles entre sí, las alturas alcanzadas a partir de la superficie de separación de los dos líquidos son inversamente proporcionales a las densidades respectivas.

Demostración: Como los puntos A y B se encuentran a la misma profundidad se tiene que:

PRINCIPIO DE PASCAL

El principio de Pascal es uno de los pilares de la hidrostática y el responsable de una gran cantidad de aplicaciones tecnológicas. Este principio, establece que “en un fluido confinado en un recipiente, la presión se transmite en todas direcciones con igual intensidad”. Es decir, tal como muestra la figura, si se ejerce presión en el émbolo, esta se transmitirá con la misma intensidad hacia todos los tapones, haciéndolos saltar.

La Prensa hidráulica:

La prensa hidráulica es una máquina que se basa en el principio de Pascal para transmitir una fuerza. Aprovechando que la presión es la misma, una pequeña fuerza sobre una superficie chica es equivalente a una fuerza grande sobre una superficie también grande, proporcionalmente iguales.

P1 = P2

Presión atmosférica

Si sobre una mesa se coloca un objeto pesado, el peso de ese cuerpo ejerce sobre la superficie de la mesa una cierta presión. Del mismo modo, aunque el aire no es un material muy pesado, la enorme cantidad de aire atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra hace que su peso total sea lo suficientemente grande como para que la presión que ejerce sobre ese punto tenga una gran magnitud.

Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre, que ejerce toda la masa de aire atmosférico, recibe el nombre de presión atmosférica.

Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire atmosférico sobre la superficie terrestre.

Algo importante que debemos considerar. Ya vimos, por el ejemplo inicial, que todo cuerpo genera una presión, pero esta presión que ejerce depende de su estado (sólido, líquido o gaseoso).

Los sólidos generan presión solo hacia abajo. Los líquidos generan presión hacia todos sus costados y hacia abajo. Y los gases generan presión por todo su derredor; o sea, hacia arriba, hacia todos sus costados y hacia abajo, por la propiedad más importante que los caracteriza: tienden a ocupar todo el espacio que los contiene.

La existencia de la presión atmosférica es evidente, por ejemplo, cuando se utiliza una ventosa: al comprimirla contra el vidrio eliminando el aire de su interior al soltarla recobra su forma, pero ahora la presión atmosférica la mantiene apretada contra la superficie del vidrio.

El aire atmosférico pesa

A  nivel del mar un litro de aire pesa 1,293 gramos. En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por el peso de una columna de aire cuya base es 1 cm² y la altura la distancia vertical entre el punto y el límite de la superficie libre de la atmósfera. 

La presión atmosférica normal equivale a la que ejerce a 0º C y a nivel del mar una columna de mercurio de 76 cm de altura. Ese valor se toma como unidad práctica de presión y se denomina atmósfera. (Ver Experimentos sobre la presión del aire)

Unidades de Presión

La presión atmosférica se suele expresar en mm de mercurio (milímetros de mercurio) o torricelli, diciéndose que la presión normal, a nivel del mar es de 760 mm de Hg. Este valor se llama también una atmósfera. Sin embargo, los “hombres del tiempo” suelen utilizar otra unidad para medir la presión: el milibar.

En cualquiera de las unidades, la presión que se considera normal a nivel del mar tiene un valor de 1 atmósfera o, lo que es lo mismo, 760 mm de Hg ó 1.012,9 milibares.

Medición de la presión

Para medir la presión de un fluido se utilizan manómetros. El tipo más sencillo demanómetro es el de tubo abierto.  Se trata de un tubo en forma de U que contiene un líquido, hallándose uno de sus extremos a la presión  que se desea medir, mientras el otro se encuentra en comunicación con la atmósfera.

Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen diversos tipos. El barómetro de mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha hecho el vacío, de manera que la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.

Presión atmosférica y altura

Como la presión atmosférica se debe al peso del aire sobre un cierto punto de la superficie terrestre, es lógico suponer que cuanto más alto esté el punto, tanto menor será la presión, ya que también es menor la cantidad de aire que hay en su cima.

Por ejemplo, en una montaña la cantidad de aire que hay en la parte más alta es menor que la que hay sobre una playa, debido a la diferencia de nivel.

Tomando como referencia el nivel del mar, donde la presión atmosférica tiene un valor de 760 mm, se comprueba que, al medir la presión en la cumbre que se encuentra a unos 1.500 metros sobre el nivel del mar, la presión atmosférica vale aproximadamente 635 mm; es decir, la presión disminuye con la altura.

De acuerdo a lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es la presión del aire, puesto que la columna de vidrio del barómetro que queda por encima también es menor. Dicho de otro modo:

La presión atmosférica disminuye con la altura

La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es un fluido que puede comprimirse mucho, por lo que las masas de aire más próximas al suelo están comprimidas por el propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, más densas. Así, cerca del nivel del mar un pequeño ascenso en altura supone una gran disminución de la presión, mientras que a gran altura hay que ascender mucho más para que la presión disminuya en la misma medida.

Efectos de la altura en el organismo

Los efectos de la altura sobre el organismo humano son percibidos claramente por los montañistas, quienes está propensos a sufrirlos a medida que ascienden las cumbres.

Algunos de esos síntomas se presentan como cefalea, síntomas gastrointestinales, debilidad o fatiga, inestabilidad o vértigos, transtornos del sueño, entre otros.

Según se ha visto, la medida más eficaz ante la aparición de síntomas del mal de montaña es el descenso a altitudes más bajas, aunque solamente sean unos cientos de metros.

[1] http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=presi%F3n

[2] http://www.mates-fskyqmk.net/fsk/hidrostatica.html

[3] Guía completa de ejercicios en el agua - Debbie Lawrence