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Física (secundario)
Hidrostática: presión, Pascal y principio de Arquímedes
La hidrostática estudia los fluidos en reposo, y aunque las fórmulas son pocas, las unidades complican mucho. La densidad puede venir en g/cm³ o en kg/m³, los volúmenes en litros o en centímetros cúbicos, y la presión en pascales o en atmósferas. Si no se unifica todo al principio, el resultado sale mil veces más grande o más chico. Por eso arrancamos por ahí.
El tema
Para arrancar
En clase practicamos los pasajes de unidades hasta que sean automáticos, y después trabajamos presión a cierta profundidad, prensa hidráulica, empuje y flotación. Según tu escuela, este tema puede aparecer en Fisicoquímica, en Física de 5° o en materias de las técnicas, así que adaptamos el nivel a tu programa. Siempre empezamos por una tabla con los datos ya pasados a unidades del Sistema Internacional.
Conceptos clave
Lo que tenés que entender
Densidad
ρ = m / V. El agua tiene 1 g/cm³, que es lo mismo que 1000 kg/m³.
Presión
p = F / A. Se mide en pascales: 1 Pa = 1 N/m².
Presión hidrostática
p = ρ · g · h. Depende de la profundidad y del líquido, no de la forma del recipiente.
Presión absoluta
Es la presión hidrostática más la atmosférica, que vale aproximadamente 101 300 Pa.
Principio de Pascal
La presión aplicada a un líquido encerrado se transmite igual a todos sus puntos. En la prensa hidráulica, F₁ / A₁ = F₂ / A₂.
Principio de Arquímedes
Un cuerpo sumergido recibe un empuje hacia arriba igual al peso del líquido que desaloja: E = ρ · g · V sumergido.
Paso a paso
Un ejercicio como los de la prueba
Resuelto como lo hacemos en clase: primero la idea, después la cuenta.
Ejercicio resuelto
a) ¿Qué presión hidrostática hay a 3 m de profundidad en una pileta de agua? b) Un cuerpo de 0,002 m³ que pesa 50 N se sumerge por completo en agua: ¿qué empuje recibe y cuál es su peso aparente? Usá g = 9,8 m/s² y ρ = 1000 kg/m³.
- a) p = ρ · g · h = 1000 · 9,8 · 3 = 29 400 Pa.
- Presión absoluta: 29 400 + 101 300 = 130 700 Pa.
- b) E = ρ · g · V = 1000 · 9,8 · 0,002 = 19,6 N.
- Peso aparente: 50 - 19,6 = 30,4 N.
- Como el empuje es menor que el peso, el cuerpo se hunde.
Resultado a) 29 400 Pa de presión hidrostática (unos 130 700 Pa absolutos). b) Empuje de 19,6 N y peso aparente de 30,4 N.
Ojo con esto
Los errores típicos
- Usar la densidad en g/cm³ junto con g en m/s² y la altura en metros.
- Confundir el volumen del cuerpo con el volumen sumergido cuando flota.
- Pensar que la presión depende de la cantidad total de agua del recipiente.
- Olvidar sumar la presión atmosférica cuando piden presión absoluta.
- Usar la masa en lugar del peso al comparar con el empuje.
En clase
Cómo lo trabajamos con Gabriela
Arrancamos unificando unidades con una tabla de equivalencias y después resolvemos problemas de presión, prensa hidráulica y flotación. Siempre cerramos preguntando si el resultado tiene sentido.
¿Por qué flota un barco de hierro?
Porque su forma desaloja mucha agua. El empuje depende del volumen de agua desalojada, y si ese volumen pesa más que el barco, flota.
¿Cuántos pascales es una atmósfera?
Aproximadamente 101 300 Pa. A unos 10 m de profundidad en agua la presión hidrostática equivale más o menos a una atmósfera más.
¿Cuándo un cuerpo flota?
Cuando su densidad es menor que la del líquido. En ese caso queda parcialmente sumergido, hasta que el empuje iguala al peso.
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