¿Por qué los esquís no se hunden en la nieve, por qué los submarinistas notan dolor de oídos al bajar o por qué flota un barco de acero? Todas estas preguntas se responden con el concepto de presión y con dos principios clásicos de la física de fluidos: el de Pascal y el de Arquímedes.
Objetivos
- Calcular presiones y relacionar presión, fuerza y superficie
- Aplicar el principio fundamental de la hidrostática
- Explicar la presión atmosférica y sus unidades
- Aplicar los principios de Pascal y de Arquímedes
1. La presión
p =
Una persona de 600 N de peso se apoya en dos esquís de 0,2 m² en total, o en unas botas de 0,04 m²
- Con esquís: p = 600 ÷ 0,2 = 3000 Pa
- Con botas: p = 600 ÷ 0,04 = 15 000 Pa
Con los esquís la presión es 5 veces menor: se hunde menos en la nieve
2. Presión en los líquidos
Un líquido en reposo ejerce presión sobre las paredes y sobre los cuerpos sumergidos, en todas las direcciones. Esa presión aumenta con la profundidad:
p = ρ · g · h
Presión del agua (ρ = 1000 kg/m³) a 10 m de profundidad
- p = 1000 · 9,8 · 10
98 000 Pa (casi una atmósfera más)
Consecuencia: la presión no depende de la forma del recipiente, solo de la profundidad. Por eso, en unos vasos comunicantes, el líquido alcanza la misma altura en todos los recipientes.
3. La presión atmosférica
El aire también pesa y ejerce presión sobre todo lo que rodea. Torricelli (1643) la midió con un tubo de mercurio: al nivel del mar sostiene una columna de 760 mm. La presión atmosférica disminuye con la altitud.
| Unidad | Equivalencia |
|---|---|
| 1 atm | 760 mmHg |
| 1 atm | 101 300 Pa (aprox.) |
| 1 hPa (hectopascal) | 100 Pa; la presión normal es unos 1013 hPa |
Se mide con barómetros. En meteorología, las altas presiones (anticiclones) suelen traer tiempo estable y las bajas presiones (borrascas), nubes y lluvia.
4. Principio de Pascal
Principio de Pascal: La presión ejercida en un punto de un líquido en reposo se transmite íntegramente a todos los puntos del líquido.
=
Émbolos de 10 cm² y 500 cm². ¿Qué fuerza hay que hacer para levantar un coche de 10 000 N?
- F₁ = F₂ · S₁ ÷ S₂
- F₁ = 10 000 · 10 ÷ 500
F₁ = 200 N
5. Principio de Arquímedes y flotación
Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.
E = ρfluido · g · Vsumergido
- Si P > E, el cuerpo se hunde (su densidad es mayor que la del fluido).
- Si P = E, queda en equilibrio dentro del fluido.
- Si P < E al sumergirlo, sube y flota, con solo una parte sumergida, hasta que E = P.
Un objeto de 2 dm³ se sumerge totalmente en agua. ¿Qué empuje recibe?
- V = 2 dm³ = 0,002 m³
- E = 1000 · 9,8 · 0,002
E = 19,6 N
Recuerda
- p = F/S, en Pa (N/m²).
- Hidrostática: p = ρ · g · h; no depende de la forma del recipiente.
- 1 atm = 760 mmHg ≈ 101 300 Pa.
- Pascal: F₁/S₁ = F₂/S₂ (prensa hidráulica).
- Arquímedes: E = ρfluido · g · Vsumergido; flota si su densidad media es menor que la del fluido.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.