Investigación de Termodinámica

“Presión”El poder deformador de una fuerza se "reparte" en la superficie sobre la que actúa. La magnitud escalar que mide este "reparto" es la presión, que se define como la "fuerza aplicada perpendicularmente sobre cada unidad de superficie". Se obtiene dividiendo la fuerza perpendicular F entre la superficie S.

En el Sistema Internacional (SI) la unidad de presión es el N / m2 o Pascal (Pa).

La presión hidrostática en un punto del interior de un fluido en reposo es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, y a la profundidad, h.

Debido a la presión hidrostática,p, siempre actuará una fuerza de valor p•S sobre cualquier superficie S situada en el seno de un fluido. La dirección de esta fuerza es perpendicular a dicha superficie, independientemente de la orientación que tenga. El punto de aplicación de la fuerza se sitúa sobre la superficie

La presión hidrostática sólo depende de la densidad del fluido y de la profundidad (g es constante e igual a 9,8 m/s2).

Como la densidad de los gases es muy pequeña, la presión hidrostática es inapreciable para pequeñas alturas de gas, pero es importante en los líquidos, tanto más cuanto mayor sea su densidad.

La densidad del mercurio es casi 14 veces mayor que la del agua, por eso, si llenamos dos recipientes iguales con agua y con mercurio, respectivamente, la presión en el fondo será casi 14 veces mayor en el recipiente que contiene mercurio.

Principio de Pascal: enunciado

La presión aplicada a un punto de un fluido estático e incompresible encerrado en un recipiente se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido.

Si ejerces una fuerza F sobre un émbolo de sección S, se origina una presión (p = F / S) que se manifiesta en toda la masa líquida. La presión es una magnitud escalar, pero la fuerza que la origina es un vector perpendicular a la superficie sobre la que actúa. Por lo tanto dentro de la jeringuilla es perpendicular a las caras laterales, al fondo y también al émbolo que comprime el líquido.

Prensa hidráulica

El "gato" hidráulico empleado para elevar coches en los talleres es una prensa hidráulica, un depósito con dos émbolos de distinta sección conectados a él. Amplifica la fuerza aplicada en el émbolo pequeño. Da una ventaja mecánica.La prensa no solo amplifica la fuerza, sino que cambia la dirección de aplicación.

Si ejerces una fuerza F1 sobre el émbolo pequeño de sección S1, creas una presión P en el líquido bajo el émbolo pequeño de valor F1 / S1. Esta misma presión P se manifiesta en toda la masa fluida, y ejerce en el émbolo grande, de sección S2 una fuerza F2 tal que:

Es decir, la fuerza que hace el líquido sobre el émbolo grande es F2.

La fuerza que hace la prensa (F2) es la que tú has hecho (F1) multiplicada por la relación entre las superficies de los émbolos (S2 / S1). Si la superficie del émbolo grande es doble que la del émbolo pequeño, la fuerza ejercida por la prensa es doble que la que tú has hecho; si la relación es triple, la fuerza es triple, etc.

No debe quedar gas entre los émbolos y el líquido. El gas es compresible y la prensa hidráulica se basa en una propiedad de los líquidos incompresibles.

Medida de la presión: manómetros

Un manómetro es un dispositivo diseñado para medir la presión en los fluidos. Uno de uso frecuente es el manómetro de rama abierta, que consiste en un tubo en U con una de sus

dos ramas conectada al recipiente cuya presión queremos medir y la otra abierta a la atmósfera.

Manómetro de dos ramas abiertas

Estos son los elementos con los que se mide la presión positiva, estos pueden adoptar distintas escalas. El manómetro más sencillo consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir. El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que resulta fácil deducir la presión manométrica en el depósito: resulta:

donde ρm = densidad del líquido manométrico. ρ = densidad del fluido contenido en el depósito.

Si la densidad de dicho fluido es muy inferior a la del líquido manométrico, en la mayoría de los casos podemos despreciar el término ρgd, y tenemos

de modo que la presión manométrica p-patm es proporcional a la diferencia de alturas que alcanza el líquido manométrico en las dos ramas. Evidentemente, el manómetro será tanto más sensible cuanto menor sea la densidad del líquido manométrico utilizado.

Manómetro truncado

El llamado manómetro truncado sirve para medir pequeñas presiones gaseosas, desde varios torrs hasta 1 Torr. No es más que un barómetro de sifón con sus dos ramas cortas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se

forma un vacío barométrico en la rama cerrada y la presión absoluta en el depósito vendrá dada por

Obsérvese que este dispositivo mide presiones absolutas, por lo que no es un verdadero manómetro.

Bibliografía y Fuentes de consulta

1. Ortega, Manuel R. & Ibañez, José A. (1989-2003) (en español). Lecciones de Física (Termofísica). Monytex. ISBN 84-404-4291-2.

2. Resnick,Robert & Krane, Kenneth S. (2001) (en inglés). Physics. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9.

3. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004) (en inglés). Physics for Scientists and Engineers (6ª edición). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.

4. Tipler, Paul A. (2000) (en español). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3.

5. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/presion/manometros2.htm 6. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/presion/enunciadoP.htm?3&0 7. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/presion/prensa.htm?3&1 8. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/presion/quees.htm 9. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/presion/unidades.htm 10. http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro