Presión hidrostática: definición, ecuación y cálculos

Presión

Cuando te subes a una báscula, obtienes una lectura de tu peso , que es simplemente la fuerza debida a la gravedad. Su peso en la báscula se leerá igual sin importar cómo se pare sobre ella: con ambos pies en la báscula, con un pie en el aire o incluso si hace una parada de manos. Lo que es diferente es la presión que se ejerce en la escala en cada una de estas situaciones porque esta es la fuerza ejercida sobre un área dada, o en forma de ecuación, P = F / A . Su peso es la fuerza, pero la presión depende de cuánta área se aplique ese peso, ya sea en ambos pies, un pie o las dos manos. La presión en un líquido también es la fuerza que se ejerce sobre un área determinada, pero la diferencia es que la presión de un líquido empuja las paredes del recipiente circundante, así como todas las partes del propio líquido. Esto es cierto tanto para líquidos como para gases porque ambos son fluidos, pero la presión en un líquido es un poco diferente a la de un gas.

Presión en un líquido

Las partículas de gas no son muy amigables. Se extienden para llenar todo el espacio de su contenedor, disfrutando de su espacio personal y libertad. Pero a medida que las partículas de gas vuelan, a veces chocan entre sí, así como con las paredes del contenedor. Estas interacciones crean presión en el recipiente y, en un gas, esta presión es la misma en todo el fluido. Pero puede ver claramente que este no es el caso de los líquidos porque no llenan todo su recipiente como lo hacen los gases. Esto se debe a los enlaces entre las moléculas del líquido, que son los que las mantienen unidas. Cuando viertes un líquido en un recipiente, llena el fondo porque la gravedad lo empuja hacia abajo. Esta fuerza debida a la gravedad es la misma que la lectura de su báscula: es el peso del líquido y es lo que crea presión en ese líquido. La presión en el líquido también aumenta con la profundidad debido a la gravedad. El líquido del fondo tiene que soportar el peso de todo el líquido que está encima, ¡así como todo el aire que está encima! No notas el peso del aire a tu alrededor porque tu cuerpo está ‘presurizado’ al igual que la atmósfera, pero cualquier líquido debajo de esa atmósfera definitivamente lo siente. Puede experimentar este cambio de presión cuando nada hasta el fondo de una piscina. A medida que profundiza bajo el agua, siente que la presión aumenta porque hay más y más peso encima de usted. Pero la presión no solo se acumula encima de ti. Debido a que está en un líquido, sentirá que la presión aumenta a su alrededor.

Calcular la presión del líquido

Cuando un líquido está en reposo, lo que significa que no fluye, podemos determinar su presión a una profundidad determinada conocida como presión hidrostática . La forma en que lo determinamos es a través de una ecuación: P = rho * g * d , donde P es la presión, rho es la densidad del líquido, g es la gravedad yd es la profundidad. También puede ver la ecuación hidrostática escrita como P = rho * g * h , donde h representa la altura. Esto se puede usar porque a veces queremos calcular la presión de un líquido mientras llena una columna (como cuando se mide la presión barométrica), por lo que necesitamos saber la altura del fluido. Es como tomar la profundidad y darle la vuelta. Siempre que use la medida adecuada, puede usar cualquiera de las letras, pero puede ser útil ceñirse a la letra que mejor represente lo que está midiendo, ya sea la profundidad o la altura. Es importante recordar que la densidad del líquido no cambia con la profundidad más de lo que cambia la densidad de una barra de chocolate cuando la rompe en pedazos separados. Los líquidos no son comprimibles, lo que significa que sus moléculas ya están lo más juntas posible. También es un buen momento para tomar nota de esa g en la ecuación. Actúa como un recordatorio constante de cómo la gravedad juega un papel crucial en la presión de un líquido a una profundidad determinada.

Ejemplos

Ahora que sabemos cómo calcular la presión hidrostática, pongámoslo en acción. Digamos que queremos calcular la presión del agua en el fondo de una piscina de cuatro metros de profundidad. Afortunadamente, no es necesario que memorice las densidades de varios fluidos, ya que se pueden buscar y la densidad del agua es de 1000 kg / m ^ 3. Sabemos que g es siempre 9,8 m / s ^ 2, por lo que parece que tenemos todo lo que necesitamos para encontrar la presión. Reemplazando nuestros valores, obtenemos: P = 1,000 kg / m ^ 3 * 9.8 m / s ^ 2 * 4 m. Nuestra presión entonces es de 39.200 kg / ms ^ 2. Estas unidades de presión son perfectamente aceptables, pero también podemos escribirlas como Pascal . Esto está representado por las letras ‘Pa’, que es la unidad estándar de presión y lleva el nombre del matemático francés Blaise Pascal. Un Pascal es lo mismo que 1 kg / ms ^ 2, ¡pero escribir Pa lleva mucho menos tiempo! También podemos reorganizar esta ecuación para determinar otra información sobre el líquido. Digamos, por ejemplo, que ya conocemos la presión y la densidad de un líquido, pero queremos encontrar la profundidad a la que se produce esta presión. Todo lo que tenemos que hacer es mover las variables en la ecuación y luego calcular la profundidad. Digamos que nuestra presión es 10,000 Pa (lo mismo que 10,000 kg / m ^ 2) y nuestro líquido esta vez es la leche, que tiene una densidad de aproximadamente 1,035 kg / m ^ 3. Nuestra ecuación debe reorganizarse para que la profundidad esté sola, por lo que simplemente dividimos la presión entre la densidad del líquido y g . Conectando nuestras variables, obtenemos: 10,000 Pa / (1,035 kg / m ^ 3 * 9.8 m / s ^ 2) = d. Una vez que hacemos los cálculos, encontramos que esta presión ocurre en nuestra leche a una profundidad de 0.986 m. Este mismo principio se puede utilizar para encontrar la densidad del líquido si se conocen la presión y la profundidad. De hecho, dado que g es siempre 9,8 m / s ^ 2, siempre que conozca dos de las otras variables, puede calcular fácilmente la tercera. Todo lo que se necesita es una pequeña reorganización seguida de algunas matemáticas rápidas.

Resumen de la lección

En un líquido, la presión ejerce presión no solo sobre el recipiente que contiene el líquido, sino también sobre todas las partes del propio líquido. La presión en un líquido es causada por el peso del líquido, que es la fuerza debida a la gravedad. A medida que aumenta la profundidad, también lo hace la presión porque hay más peso (o fuerza) proveniente de arriba. La presión en un líquido a una profundidad determinada se llama presión hidrostática . Esto se puede calcular usando la ecuación hidrostática: P = rho * g * d , donde P es la presión, rho es la densidad del líquido, g es la gravedad (9.8 m / s ^ 2) yd es la profundidad (o altura ) del líquido. Usando esta ecuación, podemos determinar la presión a cualquier profundidad dada dentro de un líquido siempre que sepamos la densidad del líquido. También podemos encontrar la densidad o profundidad del líquido, siempre que conozcamos las otras variables y reorganicemos la ecuación de manera apropiada.

Los resultados del aprendizaje

Cuando llegue al final de esta lección, es posible que tenga la capacidad de:

• Definir presión hidrostática
• Comprender las características de la presión en un líquido.
• Calcule la presión de cualquier líquido usando la ecuación hidrostática

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador