La esttica de fluidos
1. IntroduccinLaestticade fluidos estudia elequilibriodegasesy
lquidos. A partir de los conceptos dedensidady depresinse obtiene
la ecuacin fundamental de lahidrosttica, de la cual el principio
dePascaly el deArqumedespueden considerarse consecuencias. El hecho
de que los gases, a diferencia de los lquidos, puedan comprimirse
hace que el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas
caractersticas diferentes. En la atmsfera se dan los fenmenos de
presin y de empuje que pueden ser estudiados de acuerdo con
losprincipiosde la esttica de gases.Se entiende por fluido
unestadode lamateriaen el que la forma de los cuerpos no es
constante, sino que se adapta a la del recipiente que los contiene.
La materia fluida puede ser trasvasada de un recipiente a otro, es
decir, tiene la capacidad de fluir. Los lquidos y los gases
corresponden a dos tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen
unvolumenconstante que no puede mortificarse apreciablemente por
compresin. Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los
segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del
recipiente que los contiene; son fluidos compresibles porque, a
diferencia de los lquidos, s pueden ser comprimidos.El estudio de
los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la esttica de
fluidos, una parte de lafsicaque comprende la hidrosttica o estudio
de los lquidos en equilibrio, y la aerosttica o estudio de los
gases en equilibrio y en particular delaire.
2. La densidad de los cuerposDensidadLos cuerpos difieren por lo
general en su masa y en su volumen. Estos dos atributos fsicos
varan de un cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de
la mismanaturaleza, cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa
del cuerpo considerado. No obstante, existe algo caracterstico del
tipo de materia que compone al cuerpo en cuestin y que explica el
porqu dos cuerpos de sustancias diferentes que ocupan el mismo
volumen no tienen la misma masa o viceversa.Aun cuando para
cualquier sustancia la masa y el volumen son directamente
proporcionales, la relacin de proporcionalidad es diferente para
cada sustancia. Es precisamente la constante de proporcionalidad de
esa relacin la que se conoce por densidad y se representa por la
letra griega m = cte V es decir: m = VDespejando de la anterior
ecuacin resulta:ecuacin que facilita la definicin de y tambin su
significado fsico.La densidad de una sustancia es la masa que
corresponde a un volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el
SI es el cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es
decir kg/m3.A diferencia de la masa o el volumen, que dependen de
cada objeto, su cociente depende solamente del tipo de material de
que est constituido y no de la forma ni del tamao de aqul. Se dice
por ello que la densidad es unapropiedado atributo caracterstico de
cada sustancia. En los slidos la densidad es aproximadamente
constante, pero en los lquidos, y particularmente en los gases,
vara con las condiciones de medida. As en el caso de los lquidos se
suele especificar latemperaturaa la que se refiere elvalordado para
la densidad y en el caso de los gases se ha de indicar, junto con
dicho valor, la presin.
3. Densidad y peso especficoLa densidad est relacionada con el
grado de acumulacin de materia (un cuerpo compacto es, por lo
general, ms denso que otro ms disperso), pero tambin lo est con el
peso. As, un cuerpo pequeo que es mucho ms pesado que otro ms
grande es tambin mucho ms denso. Esto es debido a la relacin P = m
g existente entre masa y peso. No obstante, para referirse al peso
por unidad de volumen la fsica ha introducido elconceptode peso
especficopeque se define como el cociente entre el peso P de un
cuerpo y su volumenEl peso especfico representa lafuerzacon quela
Tierraatrae a un volumen unidad de la misma sustancia
considerada.La relacin entre peso especfico y densidad es la misma
que la existente entre peso y masa. En efecto:siendo g la
aceleracin de la gravedad.La unidad del peso especfico en el SI es
el N/m3.4. Densidad relativaLa densidad relativa de una sustancia
es el cociente entre su densidad y la de otra sustancia diferente
que se toma como referencia o patrn:Para sustancias lquidas se
suele tomar como sustancia patrnel aguacuya densidad a 4 C es igual
a 1000 kg/m3. Para gases la sustancia de referencia la constituye
con frecuencia el aire que a 0 C de temperatura y 1 atm de presin
tiene una densidad de 1,293 kg/m3. Como toda magnitud relativa, que
se obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad
relativa carece de unidades fsicas.5. El fundamento del densmetroLa
determinacin de densidades de lquidos tiene importancia no slo en
lafsica, sino tambin en el mundo delcomercioy de laindustria. Por
el hecho de ser ladensidadunapropiedadcaracterstica (cada sustancia
tiene una densidad diferente) suvalorpuede emplearse para efectuar
una primera comprobacin del grado de pureza de una sustancia
lquida.El densmetro es un sencillo aparato que se basa en el
principio deArqumedes(mas adelante se explica ) . Es, en esencia,
un flotador devidriocon un lastre demercurioen su parte inferior
(que le hace sumergirse parcialmente en el lquido) y un extremo
graduado directamente en unidades en densidad. El nivel del
lquidomarcasobre laescalael valor de su densidad.En elequilibrio,
el peso P del densmetro ser igual al empuje E:P = ESi se admite,
para simplificar el razonamiento, que su forma es la de un
cilindro, E ser igual, de acuerdo con el principio de Arqumedes, al
peso delvolumenV del lquido desalojado, es decir:donde h es la
altura sumergida y S la superficie de la base del cilindro.Dado que
el peso del densmetro es igual a su masa m por la gravedad g,
igualndolo al empuje resulta:es decir:donde m y S son constantes,
luego es inversamente proporcional a la altura sumergida. Midiendo
alturas sumergidas pueden, por tanto, determinarse densidades.La
determinacin de la pureza de lalechede vaca es una de las
aplicaciones industriales del densmetro.6. La PresinCuando se
ejerce unafuerzasobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca
dependen no slo de su intensidad, sino tambin de cmo est repartida
sobre la superficie del cuerpo. As, un golpe de martillo sobre un
clavo bien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo
hara otro clavo sin punta que recibiera el mismo impacto.
Unindividuosituado de puntillas sobre una capa de nieve blanda se
hunde, en tanto que otro de igual peso que calce raquetas, al
repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sin
dificultad.El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada
perpendicularmente sobre una superficie dada y el rea S de dicha
superficie se denominapresin:La presin representa la intensidad de
la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de rea de la superficie
considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que acta sobre una
superficie dada, mayor ser la presin, y cuanto menor sea la
superficie para una fuerza dada, mayor ser entonces la presin
resultante.La presin en los fluidosElconceptode presin es muy
general y por ello puede emplearse siempre que exista una fuerza
actuando sobre una superficie. Sin embargo, suempleoresulta
especialmente til cuando el cuerpo osistemasobre el que se ejercen
las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia y
constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es ms
adecuado utilizar el concepto de presin que el de fuerza.Cuando un
fluido est contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre sus
paredes y, por tanto, puede hablarse tambin de presin. Si el fluido
est en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares
a cada porcin de superficie del recipiente, ya que de no serlo
existiran componentes paralelas que provocaran el desplazamiento de
la masa de fluido en contra de lahiptesisde equilibrio. La
orientacin de la superficie determina ladireccinde la fuerza de
presin, por lo que el cociente de ambas, que es precisamente la
presin, resulta independiente de la direccin; se trata entonces de
una magnitud escalar.Unidades de presinEn el SI la unidad de presin
es elpascal, se representa por Pa y se define como la presin
correspondiente a una fuerza de unnewtonde 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 presin que sin corresponder a ningn 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
laatmsfera y el bar.La atmsfera (atm) se define como la presin que
a 0 C ejercera el peso de una columna de mercurio de 76 cm de
altura y 1 cm2 de seccin sobre su base.Es posible calcular su
equivalencia en N/m2 sabiendo que la densidad del mercurio es igual
a 13,6 103 kg/m3 y recurriendo a las siguientes relaciones entre
magnitudes:Peso (N) = masa (kg) 9,8 m/s2Masa = volumen densidadComo
el volumen del cilindro que forma la columna es igual a la
superficie de la base por la altura, se tendr:es decir: 1 atm =
1,013 105 Pa.El bar es realmente un mltiple del pascal y equivale a
105 N/m2. En meteorologa se emplea con frecuencia el milibar (mb) o
milsima parte del bar 1 mb = 102 Pa.1 atm = 1 013 mb
7. La HidrostticaTodos los lquidos pesan, por ello cuando estn
contenidos en un recipiente las capas superiores oprimen a las
inferiores, generndose una presin debida al peso. La presin en un
punto determinado del lquido deber depender entonces de la altura
de la columna de lquido que tenga por encima suyo.Considrese un
punto cualquiera del lquido que diste una altura h de la superficie
libre de dicho lquido. La fuerza del peso debido a una columna
cilndrica de lquido de base S situada sobre l puede expresarse en
la formaFpeso = mg = V g = g h Ssiendo V el volumen de la columna y
la densidad del lquido. Luego la presin debida al peso vendr dada
por:la presin en un puntoLa definicin de la presin como cociente
entre la fuerza y la superficie se refiere a una fuerza constante
que acta perpendicularmente sobre una superficie plana. En los
lquidos en equilibrio las fuerzas asociadas a la presin son en cada
punto perpendiculares a la superficie del recipiente, de ah que la
presin sea considerada como una magnitud escalar cociente de dos
magnitudes vectoriales de igual direccin: la fuerza y el vector
superficie. Dicho vector tiene por mdulo el rea y por direccin la
perpendicular a la superficie.Cuando la fuerza no es constante,
sino que vara de un punto a otro de la superficie S considerada,
tiene sentido hablar de la presin en un punto dado. Para definirla
se considera un elemento de superficie S que rodea al punto; si
dicho elemento reduce enormemente su extensin, la fuerza F que acta
sobre l puede considerarse constante. En tal caso la presin en el
punto considerado se definir en la forma matemticaesta expresin,
que es la derivada deFrespecto deS, proporciona el valor de la
presin en un punto y puede calcularse si se conoce la
ecuacinmatemticaque indica cmo vara la fuerza con la posicin.Si la
fuerza es variable yFrepresenta la resultante de todas las fuerzas
que actan sobre la superficieSla frmuladefine, en este caso, la
presin media.Si sobre la superficie libre se ejerciera una presin
exterior adicional po, como la atmosfrica por ejemplo, la presin
total p en el punto de altura h seraEsta ecuacin puede
generalizarse al caso de que se trate de calcular la diferencia de
presiones p entre dos puntos cualesquiera del interior del lquido
situados a diferentes alturas, resultando: es decir que constituye
la llamada ecuacin fundamental de lahidrosttica.Esta ecuacin indica
que para un lquido dado y para una presin exterior constante la
presin en el interior depende nicamente de la altura. Por tanto,
todos los puntos del lquido que se encuentren al mismo nivel
soportan igual presin. Ello implica que ni la forma de un
recipiente ni la cantidad de lquido que contiene influyen en la
presin que se ejerce sobre su fondo, tan slo la altura de lquido.
Esto es lo que se conoce como paradoja hidrosttica, cuya explicacin
se deduce a modo de consecuencia de la ecuacin fundamental.8. El
principio de Pascal y sus aplicacionesLa presin aplicada en un
punto de un lquido contenido en un recipiente se transmite con el
mismo valor a cada una de las partes del mismo.Este enunciado,
obtenido a partir de observaciones yexperimentospor el fsico y
matemtico francs Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio
de Pascal.El principio de Pascal puede ser interpretado como una
consecuencia de la ecuacin fundamental de la hidrosttica y
delcarcterincompresible de los lquidos. En estaclasede fluidos la
densidad es constante, de modo que de acuerdo con la ecuacin p = po
+ g h si se aumenta la presin en la superficie libre, por ejemplo,
la presin en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que g h
no vara al no hacerlo h.Laprensahidrulica constituye la aplicacin
fundamental del principio de Pascal y tambin un dispositivo que
permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos
cilindros de diferente seccin comunicados entre s, y cuyo interior
est completamente lleno de un lquido que puede seraguaoaceite. Dos
mbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada
uno de los dos cilindros, de modo que estn en contacto con el
lquido. Cuando sobre el mbolo de menor seccin S1 se ejerce una
fuerza F1 la presin p1 que se origina en el lquido en contacto con
l se transmite ntegramente y de forma instantnea a todo el resto
del lquido; por tanto, ser igual a la presin p2 que ejerce el
lquido sobre el mbolo de mayor seccin S2, es decir:p1 = p2 con lo
que: y por tanto:Si la seccin S2 es veinte veces mayor que la S1,
la fuerza F1 aplicada sobre el mbolo pequeo se ve multiplicada por
veinte en el mbolo grande.La prensa hidrulica es una mquina simple
semejante a la palanca de Arqumedes, que permite amplificar la
intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores,
prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidrulicos de
maquinaria industrial.9. El principio de los vasos comunicantesSi
se tienen dos recipientes comunicados y se vierte un lquido en uno
de ellos en ste se distribuir entre ambos de tal modo que,
independientemente de sus capacidades, el nivel de lquido en uno y
otro recipiente sea el mismo. ste es el llamado principio de los
vasos comunicantes, que es una consecuencia de la ecuacin
fundamental de la hidrosttica.Si se toman dos puntos A y B situados
en el mismo nivel, sus presiones hidrostticas han de ser las
mismas, es decir:luego si pA = pB necesariamente las alturas hA y
hB de las respectivas superficies libres han de ser idnticas hA =
hB.Si se emplean dos lquidos de diferentes densidades y no
miscibles, entonces las alturas sern inversamente proporcionales a
las respectivas densidades. En efecto, si pA = pB, se tendr:Esta
ecuacin permite, a partir de la medida de las alturas, la
determinacin experimental de la densidad relativa de un lquido
respecto de otro y constituye, por tanto, un modo de medir
densidades de lquidos no miscibles si la de uno de ellos es
conocida.10. Aplicacin de la ecuacin fundamental de la
hidrostticaUn submarinista se sumerge en el mar hasta alcanzar una
profundidad de 100 m. Determinar la presin a la que est sometido y
calcular en cuntas veces supera a la que experimentara en el
exterior, sabiendo que la densidad del agua del mar es de 1 025
kg/m3.De acuerdo con la ecuacin fundamental de la
hidrostticaConsiderando que la presin po en el exterior es de una
atmsfera (1 atm = 1,013 105 Pa), al sustituir losdatosen la
anterior ecuacin resulta:p = 1,013 105 + 1025 9,8 100 = 11,058 105
PaEl nmero de veces que p es superior a la presin exterior po se
obtiene hallando el cociente entre ambas:11. Aplicacin del
principio de pascalEl elevador hidrulico de un garaje funciona
mediante una prensa hidrulica conectada a una toma de agua de
laredurbana que llega a la mquina con una presin de 5 105 N/m2. Si
elradiodel mbolo es de 20 cm y el rendimiento es de un 90 %,
determinar cul es el valor en toneladas de la carga que como mximo
puede levantar el elevador.De acuerdo con el principio de Pascal:p1
= p2que para una prensa hidrulica se transforma en:En este caso el
dato que correspondera al mbolo pequeo de la prensa se facilita en
forma de presin, de modo que combinando lasecuacionesanteriores se
tiene:Como el rendimiento es del 90 % el valor efectivo de la carga
mxima expresado en newtons serUna tonelada mtrica equivale al peso
de un cuerpo de 1 000 kg de masa, es decir:luego:12. Empuje
hidrosttico: principio de ArqumedesLos cuerpos slidos sumergidos en
un lquido experimentan un empuje hacia arriba. Este fenmeno, que es
el fundamento de la flotacin de los barcos, era conocido desde la
ms remota antigedad, pero fue el griego Arqumedes (287-212 a. de
C.) quien indic cul es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con
el principio que lleva su nombre, todo cuerpo sumergido total o
parcialmente en un lquido experimenta un empuje vertical y hacia
arriba igual al peso del volumen de lquido desalojado.Aun cuando
para llegar a esta conclusin Arqumedes se apoy en la medida y
experimentacin, su famoso principio puede ser obtenido como una
consecuencia de la ecuacin fundamental de la hidrosttica.
Considrese un cuerpo en forma de paraleleppedo, las longitudes de
cuyas aristas valen a, b y c metros, siendo c la correspondiente a
la arista vertical. Dado que las fuerzas laterales se compensan
mutuamente, slo se considerarn las fuerzas sobre las caras
horizontales.La fuerzaF1 sobre la cara superior estar dirigida
hacia abajo y de acuerdo con la ecuacin fundamental de la
hidrosttica su magnitud se podr escribir como :siendo S1 la
superficie de la cara superior y h1 su altura respecto de la
superficie libre del lquido.La fuerzaF2 sobre la cara inferior
estar dirigida hacia arriba y, como en el caso anterior, su
magnitud vendr dada porLa resultante de ambas representar la fuerza
de empuje hidrostticoE.pero, dado que S1 = S2 = S y h2 = h1 + c,
resulta:que es precisamente el valor del empuje predicho por
Arqumedes en su principio, ya que V = c S es el volumen del cuerpo,
la densidad del lquido, m = V la masa del liquido desalojado y
finalmente m g es el peso de un volumen de lquido igual al del
cuerpo sumergido.Equilibrio de los cuerpos sumergidosDe acuerdo con
el principio de Arqumedes, para que un cuerpo sumergido en un
lquido est en equilibrio, la fuerza de empujeEy el pesoPhan de ser
iguales en magnitudes y, adems, han de aplicarse en el mismo punto.
En tal caso la fuerza resultanteRes cero y tambin lo es el
momentoM, con lo cual se dan las dos condiciones de equilibrio. La
condicinE=Pequivale de hecho a que las densidades del cuerpo y del
lquido sean iguales. En tal caso el equilibrio del cuerpo sumergido
es indiferente.Si el cuerpo no es homogneo, el centro de gravedad
no coincide con el centro geomtrico, que es el punto en donde puede
considerarse aplicada la fuerza de empuje. Ello significa que las
fuerzasEyPforman un par que har girar el cuerpo hasta que ambas
estn alineadas.Equilibrio de los cuerpos flotantesSi un cuerpo
sumergido sale a flote es porque el empuje predomina sobre el peso
(E>P). En el equilibrio ambas fuerzas aplicadas sobre puntos
diferentes estarn alineadas; tal es el caso de las embarcaciones en
aguas tranquilas, por ejemplo. Si por efecto de una fuerza lateral,
como la producida por un golpe de mar, el eje vertical del navo se
inclinara hacia un lado, aparecer un par de fuerzas que harn
oscilar el barco de un lado a otro. Cuanto mayor sea el momentoMdel
par, mayor ser la estabilidad del navo, es decir, la capacidad para
recuperar la verticalidad. Ello se consigue diseando
convenientemente el casco y repartiendo la carga de modo que rebaje
la posicin del centro de gravedad, con lo que se consigue aumentar
el brazo del par.
Aqu se ilustra el principio en el caso de un bloque dealuminioy
uno demadera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio
sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del
agua desplazada. (2) Si un bloque de madera est completamente
sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera
(esto se debe a que la madera es menos densa queel agua, por lo que
el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de
agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente
desplazando as menos agua hasta que el empuje iguala exactamente el
peso del bloque.13. Aplicacin del principio de ArqumedesUn globo de
goma tiene 8 g de masa cuando est vaco. Para conseguir que se eleve
se infla congasciudad. Sabiendo que la densidad delairees de 1,29
kg/m3 y la del gas ciudad 0,53 kg/m3 determinar el volumen que,
como mnimo, ha de alcanzar el globo para que comience a
elevarse.Para que el globo inicie el ascenso, la fuerza del empuje
ha de ser superior a la del peso:E > PEn virtud del principio de
Arqumedes:ya que en este caso el fluido desalojado es el aire.Por
otra parte, el peso P ser la suma del peso del globo ms el peso del
gas ciudad que corresponde al volumen V, es decir:Por tanto: es
decir: El volumen mnimo ser, por tanto, de 10,5 litros.14.
Laestticade los gases La aerosttica frente a la hidrostticaDesde un
punto de vista mecnico, la diferencia fundamental entre lquidos
ygasesconsiste en que estos ltimos pueden ser comprimidos. Su
volumen, por tanto, no es constante y consiguientemente tampoco lo
es su densidad. Teniendo en cuenta el papel fundamental de esta
magnitud fsica en la esttica de fluidos, se comprende que el
equilibrio de los gases haya de considerarse separadamente del de
los lquidos.As, la ecuacin fundamental de la hidrosttica no puede
ser aplicada a la aerosttica. El principio de Pascal, en el caso de
los gases, no permite laconstruccinde prensas hidrulicas. El
principio de Arqumedes conserva su validez para los gases y es el
responsable del empuje aerosttico, fundamento de la elevacin de los
globos y aerstatos. Sin embargo, y debido a la menor densidad de
los gases, en iguales condiciones de volumen del cuerpo sumergido,
el empuje aerosttico es considerablemente menor que el
hidrosttico.La compresibilidad de los gases.Leyde Boyle.El volumen
del gas contenido en un recipiente se reduce si se aumenta la
presin. Esta propiedad que presentan los gases depoderser
comprimidos se conoce como compresibilidad y fue estudiada por el
fsicoinglsRobert Boyle (1627-1691).Si se dispone de un cilindro con
un mbolo mvil que puede modificar el volumen de aqul y se introduce
un gas en su interior, el volumen ocupado por el gas variar con la
presin del mbolo de tal modo que suproductose mantiene constante si
latemperaturaes constante durante el experimento. Es decir:Ello
significa que a temperatura constante la presin y el volumen de un
gas son magnitudes inversamente proporcionalesy por tanto la
representacin grfica de p frente a V corresponde a una hiprbola
equiltera.Este resultado se conoce como ley de Boyle y describe de
forma aproximada elcomportamientode un gas en un amplio rango de
presiones y volmenes. No obstante, a temperaturas elevadas o a
presiones elevadas, para las cuales el gas se aproxima bastante
alestadolquido, la ley de Boyle deja de cumplirse con una precisin
razonable. La presin atmosfricaDel mismo modo que existe una presin
hidrosttica en los lquidos asociada al peso de unas capas de lquido
sobre otras, las grandes masas gaseosas pueden dar lugar a
presiones considerables debidas a su propio peso. Tal es el caso de
la atmsfera. La presin del aire sobre los objetos contenidos en su
seno se denomina presin atmosfrica.La ley de variacin de la presin
atmosfrica con la altura es mucho ms complicada que la descrita por
la ecuacin fundamental de la hidrosttica p = po + g h. Al tratarse
de un fluido compresible, la densidad no es constante, sino que
vara con la presin; pero adems, para variaciones importantes de la
altura el valor de g tampoco se mantiene constante. Esta
dependencia mutua de lasvariablesque aparecen en la anterior
ecuacin hace que elclculopreciso de la presin atmosfrica en un
punto determinado sea una tarea compleja que proporciona tan slo
resultados aproximados.La primera comprobacin experimental de la
existencia de una presin asociada al aire fue efectuada por
Evangelista Torricelli (1608-1647). El experimento de Torricelli
consisti en llenar de mercurio un tubo de vidrio de ms de un metro
de largo, cerrarlo provisionalmente e invertirlo sumergindolo en
una gran cubeta con mercurio. Cuando abri el extremo del tubo
sumergido observ que ste slo se vaciaba en parte, quedando en su
interior una columna de mercurio de unos setenta y seis
centmetros.Este resultado fue interpretado como una prueba de que
la presin del peso del aire actuando sobre la superficie libre del
mercurio de la cubeta era capaz de soportar el peso de la columna.
En el espacio restante del tubo se haba producido el primer vaco de
lahistoriade la fsica que se conoce como vaco de Torricelli. La
presin correspondiente a una columna de mercurio de 760 mm de
altura define, precisamente, la atmsfera (atm) como unidad de
presin.Adems de con la altura, la presin atmosfrica vara con la
temperatura y con la humedad y, en general, conel estadodeltiempo,
por lo que constituye una magnitud decisiva en elanlisisy en la
prediccin meteorolgicos. Las primeras variaciones de la presin
atmosfrica de un da a otro fueron observadas por el propio
Torricelli con su dispositivo, que fue precursor de los actuales
barmetros.
15. Manmetros y barmetrosUnmanmetroes un aparato que sirve para
medir la presin de los gases contenidos en recipientes cerrados.
Existen, bsicamente, dos tipos de manmetros: los de lquidos y los
metlicos.Los manmetros de lquidos emplean, por lo general, mercurio
que llena un tubo en forma de J. El tubo puede estar o abierto por
ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presin se
mide conectando al recipiente que contiene el gas el tubo por su
rama inferior y abierta y determinando el desnivel h de la columna
de mercurio entre ambas ramas. Si el manmetro es de tubo abierto
entonces es necesario tomar en cuenta la presin atmosfrica po en la
ecuacin p = po g h. Si es de tubo cerrado, la presin vendr dada
directamente por p = g h. Los manmetros de este segundo tipo
permiten, por sus caractersticas, la medida de presiones
elevadas.En los manmetros metlicos la presin del gas da lugar a
deformaciones en una cavidad o tubo metlico. Estas deformaciones se
transmiten a travs de un sistema mecnico a una aguja que marca
directamente la presin del gas sobre una escala
graduada.Elbarmetroes el aparato con el que se mide la presin
atmosfrica. Como en el caso de los manmetros, los hay tambin de
mercurio y metlicos. Los primeros se basan en el dispositivo
utilizado por Torricelli en sus experimentos. El llamado barmetro
de fortn es, de hecho, unareproduccinmejorada del aparato de
Torricelli. Su cubeta posee un fondo compuesto de un material
flexible, por lo que puede ser alterado mediante un tornillo
auxiliar con el fin de conseguir ajustar el nivel del mercurio de
la cubeta al cero de la escala graduada cada vez que se efecta una
medida. Los barmetros de sifn son simples manmetros de tubo cerrado
en los cuales la rama corta del tubo en J hace las veces de cubeta
y la rama larga de tubo de Torricelli.Los barmetros metlicos o
aneroides constan de una caja metlica de paredes relativamente
elsticas, en cuyo interior se ha efectuado el vaco. Un resorte
metlico hace que las paredes de la caja estn separadas. En su
ausencia dichas paredes tenderan a aproximarse por efecto de la
presin exterior. Por igualprocedimientovariaciones en la presin
atmosfrica producen cambios en la forma de la caja que se
transmiten al resorte y ste los indica, a travs de un mecanismo de
amplificacin, sobre una escala graduada en unidades de presin. Los
barmetros metlicos pueden mortificarse de forma que sus resultados
queden registrados en un papel. De este modo se puede disponer
deinformacinsobre cmo vara la presin atmosfrica con el tiempo.
BIBLOGRAFIA:http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htmhttp://www.juansanmartin.net/temas_pdf/fluidos.pdfhttp://es.slideshare.net/Juanguti7/presionyestaticadefluidos
