Presión Hidrostática

PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Objetivos:

• Visualizar el concepto de presión hidrostática por medio de un laboratorio virtual.
• Establecer relaciones entre las variables densidad, profundidad y gravedad con el concepto de presión hidrostática.

Introducción

Los fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida cotidiana, éstos han sido vitales para el desarrollo del hombre ya que los bebemos, respiramos, circulan por nuestro organismo y controlan el clima.  

Será considerado un fluido cualquier sustancia que puede fluir y no tiene forma propia, se usa tanto para líquidos como para gases; los fluidos han sido indispensables para el uso de elementos que el hombre ha construido para mejorar su vida, por ejemplo los aviones vuelan en ellos y los barcos flotan en ellos.

Cuando un fluido está en reposo, ejerce una fuerza perpendicular a cualquier superficie en contacto con él, como la pared de un recipiente o un cuerpo sumergido en el fluido. Ésta es la fuerza que sentimos en las piernas al meterlas en la piscina. Aunque el fluido global está en reposo, las moléculas que lo componen están en movimiento; la fuerza ejercida por el fluido se debe a los choques de las moléculas con su entorno.

Una fuerza externa aplicada a una pared móvil de un recipiente que contiene un fluido crea una presión que lo comprime. La fuerza repartida sobre la superficie de la pared móvil da el valor de la presión.  En el SI la unidad de presión es el pascal, se representa por Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un newton de intensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metro cuadrado. 1 Pa equivale, por tanto, a 1 N/m2.

Existen, no obstante, otras unidades de presión que sin corresponder a ningún sistema de unidades en particular han sido consagradas por el uso y se siguen usando en la actualidad junto con el pascal. Entre ellas se encuentran la atmósfera y el bar.

Instrucciones

A continuación encontrarás una guía que te orientará en el uso del laboratorio virtual  con el fin    de tener un acercamiento al concepto de presión hidrostática.

1. Da clic sobre la imagen, allí se encuentra una simulación virtual titulada Presión en el interior de un fluido.

       Lee la introducción allí propuesta y da clic en el icono entrar en el laboratorio.   Echa un vistazo a la página que se te abre e identifica los diferentes objetos que se encuentran allí. Observa que hay dos objetos con características diferentes, uno es rígido y el otro es comprimible; además existen 4 diferentes tipos de fluidos: Agua, aceite, alcohol, mercurio;  podrás ver un recipiente que contiene en su margen derecha 7 líneas marcadas desde 0 metros hasta 50 metros respectivamente, que indican la profundidad del mismo. Al lado derecho de la pantalla visualizarás el primer cuadrante del plano cartesiano es decir el eje x y y positivo,  el eje x estará asociado con la profundidad del cuerpo a sumergir (dada en metros) y el eje y con la presión del objeto (dada en atmósferas).

2.  Antes de iniciar la experiencia trata de definir con tus propias palabras la diferencia entre un objeto rígido y uno comprimible; además indaga acerca de lo que es la densidad y encuentra la de cada uno de los fluidos mencionados en el punto 3.

3.  Ahora da clic sobre el recipiente que contiene el agua, observa como el recipiente que se encuentra en la parte inferior se llena de este fluido. Luego da clic sobre el objeto rígido este aparecerá sobre el recipiente que contiene el agua, además encontrarás en él un número que corresponde a la presión atmosférica, 101325 pascales[1] que será equivalente a una atmósfera[2]; este número variará a medida que sumerges el objeto en el fluido.

4. Con el clic presionado desliza suavemente el objeto rígido en forma descendente tomando nota de la presión en cada una de las diferentes profundidades (puedes soltar el clic en cada línea y el objeto no se moverá de allí) y observa como varía la presión a medida que vas sumergiendo el objeto. Con el mismo objeto rígido observa que pasa si lo sumerges en los demás fluidos y toma nota también de ello.

Recomendación: Realiza una tabla de datos como la que encontrarás a continuación para llevar un registro ordenado de los datos obtenidos.

Fluido	0 metros	10 metros	20 metros	30 metros	40 metros	50 metros
Agua
Aceite
Alcohol
Mercurio

7. Observa cada uno de las gráficas que se forman con el objeto rígido en cada uno de los fluidos y describe si poseen características similares.

8.    Realiza el mismo procedimiento del punto 6 y 7 con el objeto comprimible, y describe lo que sucede en especial con este objeto en cada uno de los fluidos.

Preguntas de comprensión del fenómeno 

Luego de experimentar con este laboratorio, te invito a responder las siguientes preguntas argumentando en cada una de ellas el porque tu respuesta esto con el ánimo de comprender el concepto de presión hidrostática.

1.  ¿Varía la presión en el objeto rígido según la profundidad a la que se encuentre? ¿Es similar la presión en cada una de las profundidades para los diferentes fluidos?
2. ¿Varía la presión en el objeto comprimible según la profundidad a la que se encuentre? ¿Es similar la presión en cada una de las profundidades para los diferentes fluidos?
3. ¿Qué sucede con el objeto rígido y comprimible en cada uno de los fluidos a medida que lo sumerges?
4. ¿Crees que tiene que ver algo la densidad del fluido con respecto a la variación de la presión?
5. ¿Qué sucede con la presión a medida que sumerges el objeto? ¿Es mayor o es menor?
6. ¿Sucede algo en el fluido a medida que sumerges el objeto?
7. ¿Crees que la forma del recipiente en la que se encuentra el objeto tiene algo que ver con la presión?
8. ¿Crees que la presión es la misma en todos los puntos del objeto localizado a una misma profundidad?

Luego de responder las preguntas anteriormente propuestas daremos unas conclusiones acerca del concepto de presión hidrostática que acompañadas de todo el proceso antes realizado pretenden la comprensión del mismo.

Conclusiones

-La presión hidrostática relaciona variables tales como la presión atmosférica (p₀), la densidad del fluido (), la profundidad (h) y la gravedad (g).

 - La presión en un punto p a una profundidad h será mayor que la presión atmosférica en la superficie.

    - La presión es la misma en cualesquier dos puntos situados en el mismo nivel del fluido, la forma del recipiente no importa.

      - La presión hidrostática de un objeto viene dado por la siguiente ecuación: 

Para terminar esta experiencia te invito a que en el laboratorio virtual des clic en el icono evaluación y responde a las tres preguntas allí propuestas. Recuerda 1 atm= 101325 Pa.

Bibliografía

- Sears, Francis W, Zemansky, Mark W, Young,Hugh D. Física Universitaria Vol.1, Decimo primera edición Capítulo 14. Pearson Educación. 2004
- Sánchez, Antonio Bonet. Biblioteca Práctica de consulta del nuevo milenio, Tomo Álgebra-física, Zamora Editores Ltda. 2001. Colombia.
- http://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)
- http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/ impresos/quincena4.pdf
 - http://www.natureduca.com/fis_estaflu_presion01.php

[1]Se define como la presión que ejerce unafuerza de 1 newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado normal a la misma.

[2] Equivale a la presión que ejerce la atmósfera terrestre al nivel del mar.