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Fluidos en reposo del año 2021 de la carrera de ingenieria

1. Prof. Dra. Ruth Leiton
FLUIDOS EN REPOSO
Facultad de Ingeniería
Cátedra de Física 2 -2021
Fluidos en
Reposo

2. Fluidos en reposo
Contenidos centrales
Densidad y peso específico
Concepto de presión
Presión en el interior de un fluido.
Teorema general de la hidrostática
Principio de Pascal y aplicaciones
Principio de Arquímedes

3. Se llama fluido a toda sustancia que pueda fluir
Fluidos en reposo
La viscosidad es la propiedad que
determina la medida de la fluidez a
determinadas temperaturas. Mientras más
viscoso sea un fluido, menos fluye. Cuanto
más viscoso es un fluido es “más pastoso”
y menos se desliza por las paredes del
recipiente. La viscosidad representa la
mayor o menor resistencia que ofrece un
líquido para fluir libremente. A más
resistencia a fluir más viscoso. Si existe una
mayor viscosidad, el líquido fluye más
lentamente. A más temperatura menos
viscoso es un líquido.
¿Qué es un Fluido?

4. Fluidos en reposo
En nuestro caso, no consideraremos las pequeñas variaciones de volumen que
experimenta un líquido sometido a presión.
líquidos gases
Posee un volumen definido Llenan completamente el volumen del
recipiente que los contiene
Es prácticamente incompresiblePuede ser fácilmente comprimido
Un fluido toma la forma del recipiente que lo contiene.
Los líquidos y los gases tienen la capacidad de fluir debido a
la movilidad de las partículas que los constituyen.
Comparten algunas propiedades y los diferencian otras.
Losgasesseexpandenocupandotodoelvolumendelrecipientequeles
contiene(noposeenvolumenniformapropia.Porestarazónlosrecipientescon
gasesdebenestarcerrados.Loslíquidossímantienensuvolumenyadoptanla
formadelrecipientequeloscontienehastaalcanzarunniveldeterminado.
¿Qué es un Fluido?

5. ¿Qué es un Fluido?
Fluidos en reposo
Movimiento molecular en los diferentes estados de la materia

6. Fluidos en reposo
La compresibilidad es una medida del cambio en su
densidad.
¿Qué es un Fluido?

7. Relación Masa-Volumen
Definición: Se llama densidad volumétrica a la masa contenida en una unidad de
volumen.
En cada cm
3
de volumen, “entran” 0,24 g de corcho
Fluidos en reposo

8. Fluidos en reposo
Relación Masa-Volumen

9. El agua a 4 °C tiene una densidad de 1 g/cm
3
.
Es decir: 1 gramo de agua ocupa un volumen de 1
cm
3
.
Si en un tanque de agua tuviéramos objetos de
diferente densidad como madera, corcho, piedra,
tornillo de hierro, los que tienen densidad menor a
la del agua como la madera y el corcho tenderían a
flotar, a diferencia de la piedra y el tornillo que se
hundirían.
Fluidos en reposo
Nuestrocuerpotieneunadensidadligeramente
arribade1g/m
3
.
Sinossumergimosenunapiscinadeaguadulce,
tendemosahundirnos,peroenelmar,cuya
densidadesligeramentesuperiora1,noscuesta
menosesfuerzomantenernosaflote.
EnunmarconaltocontenidodesalcomoelMar
Muerto,nosresultamuyfácilflotar.
Ladensidaddelhelioesinferioraladelaireseco
atemperaturaambiente,porquelosglobos
infladosconesegastiendenaascender.
Relación Masa-Volumen

10. Fluidos en reposo
Densidad de algunas sustancias
Pregunta:¿Observelatabla;cambiaelvalordeladensidadenalgún
momentooessiempreconstante?

11. Algunas veces no es suficiente saber solamente el valor de la fuerza que se aplica
sino que es necesario conocer cómo está distribuida esa fuerza en la superficie de
impacto.
Fluidos en reposo
Concepto y definición de presión
Se define: Presión como el cociente entre la componente normal de la fuerza que
actúa sobre una superficie y el área de esa superficie.
Estosignificaqueunamismafuerzapuede“presionar”másunasuperficie,
mientrasmenorseasuáreayviceversa.
Mayor superficie, menor
presión.
Menor superficie, mayor
presión.

12. Fluidos en reposo
Concepto y definición de presión
Distribuir el peso en una superficie grande, ocasiona menor presión sobre ella.
En términos generales: El valor de la presión en un punto se define como la razón de
la fuerza dF ejercida sobre una pequeña superficie dA que comprenda a este punto,
al área dA: dApdF
dA
dF
p .

13. Unbloquede2mdelargopor0,9mdeanchoy0,5mdeespesor,alapoyarsede
diferentemanerasobreunamismasuperficie,lapresionatambiéndediferente
manera.
Concepto y definición de presión
Fluidos en reposo

14. Fluidos en reposoPresión en un fluido en reposo
Cuandounfluidoestáenreposo,ejerceunafuerzaperpendicularacualquier
superficieencontactoconél,comolapareddelrecipientequelocontieneoun
cuerpoqueseencuentrasumergidoenél.
Aunque las superficies del
fluido (dA) estén orientadas
en diferentes sentidos, la
presión sobre ellas es la
misma. dV
dw
 dVdw dVgdw

15. Se tiene un recipiente con cierto fluido en reposo de
densidad ρ. Consideremos una porción de él.
Llamamos altura de esa porción a dy. Al área de esa
porción la llamamos A, situada a una distancia “y” de la
superficie libre que se toma como referencia para medir
alturas.
Lasfuerzasalasquesevesometidaesaporciónde
fluidoson:
1.Supesow=densidadporvolumenpor
aceleracióndelagravedad(g)=ρ.A.dy.g
2.Lafuerzaqueejerceelrestodelfluidosobresu
carasuperior=P.A
3.Lafuerzaqueejerceelrestodelfluidosobresu
carainferior=(P+dP).A
Como existe equilibrio: ∑ F=0 = -(ρ.A g. dy) -P . A + ( P + dP) A = 0
Entonces: dP = ρg Δy
y
dy
Teorema general de la hidrostática
F = P . A
F = (P + dP) . A
w = ρg . A dy
( P + dP) A = (ρ.A g. dy) +P . A
¿Por qué no se han considerado las fuerzas que actúan sobre las caras frontales y
laterales de la porción del fluido?
Teorema general de la Hidrostática

16. Consideremos un recipiente con un fluido y dentro de él
dos puntos a diferente profundidad (1 y 2). La
profundidad del punto 1 es y
1y la profundidad del
punto 2 es y
2. La diferencia de nivel entre ambos es Δy.
El teorema general de la hidrostática: dP = ρg dy

2
1
2
1
y
y
p
p
dygdp ygyygygygpp  ..).(.....
121212 
Entre los puntos 1 y 2 se tiene:
P
2–P
1= ρg dy
Diferencia de presión entre dos puntos sumergidos
en una misma masa fluida en reposo.
Fluidos en reposo
Prof. Dra. Ruth Leiton
Teorema general de la Hidrostática

17. Fluidos en reposo
Prof. Dra. Ruth Leiton
Consideremos ahora que el punto 1 se
encuentra en la superficie libre, sometido a la
presión atmosférica (P
a)
Observe la figura y las respectivas
profundidades de los puntos 1 y 2.
Se llama Presión manométrica del punto 2 a la diferencia:
P
M= P
2-P
a
Por el teorema general de la hidrostática es: P
2–P
a= ρg Δy
Δy = y
2–y
1= y
2
Entonces: P
2= ρg y
2+ P
a
Presión absoluta que soporta un punto sumergido a una
profundidad dentro de una masa líquida en reposo.
Teorema general de la Hidrostática

18. Un manómetro es uninstrumento de medida de la presiónenfluidosen circuitos
cerrados.
Miden la diferencia entre la presión real o absoluta y lapresión atmosférica,
llamándose a este valor,presión manométrica.
A este tipo de manómetros se les conoce también como "Manómetros de Presión".
Lo que realmente hacen es comparar la presión atmosférica (la de afuera, la
atmósfera) con la de dentro del circuito por donde circula al fluido.
Por eso se dice que los manómetrosmiden la presión relativa.
La presión manométricaes la presión relativa a la presión atmosférica.
La presión manométrica es positiva para presiones por encima de la presión
atmosférica, y negativa para presiones por debajo de ella.
Manómetros
Fluidos en reposo
La presión absolutaes la suma de presión manométrica y
presión atmosférica.

19. Manómetros
Consiste en un tubo en forma de U que
contiene un líquido, de tal manera que un
extremo del tubo está abierto a la
atmósfera y el otro está conectado al
depósito que contiene al gas cuya presión
p se quiere medir
En los gases, la densidad es comparativamente pequeña, entonces la diferencia de
presiones en los distintos puntos dentro del recipiente es despreciable.
En un recipiente que contenga algún gas, podemos considerar a la presión,
uniforme en todos sus puntos.
Aplicando el Teorema General de la Hidrostática al líquido manométrico,
tomando un punto en la superficie libre de la rama abierta y otro en la superficie
libre que está en contacto con el gas, se tiene:
P –P
atm= ρg h
La presión manométrica P -Patm es proporcional a
la altura h (diferencia de alturas entre las dos ramas
del tubo en U). Conocida la presión atmosférica se
puede determinar la presión absoluta del gas
contenido en el recipiente.

20. Unbarómetroes un instrumento que mide lapresión atmosférica.
La presión atmosférica es elpesopor unidad desuperficieejercida por laatmósfera.
Uno de los barómetros más conocidos es el de mercurio.
Los primeros barómetrosestabanformados por una columna de líquido encerrada en
untubocuyaparte superiorestá cerrada.
El peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso de la atmósfera.
Barómetros
Untubode1mdealturasellenóconmercurio
ysediovueltasobreunacubetallenatambién
demercurio.Estedescendióhastaestabilizarse
alos76cm
Determinó que
P atmosférica = Presión que soporta una
columna de mercurio de 76 cm de alto.
Experiencia de Torricelli
Evangelista Torricelli
En1643,elfísicoitalianoEvangelistaTorricelli
fueelprimeroenmedirlapresiónatmosférica.

21. M
N
T
Q
y
Ny
T
y
Q
ρ
1
ρ
2NaN ygpp ..
1 NaN ygpp ..
1  0..
1 
NMN ygpp 
Presión hidrostática, manométrica y absoluta
Fluidos en reposo
Presión hidrostática entre N y M
Presión manométrica en N
Presión absoluta en N
Pregunta: ¿ cuál es la presión hidrostática entre R y T?

22. Fluidos en reposo
Es la presión que ejerce la atmósfera sobre la Tierra.
Cuando se mide la presión
atmosférica se está midiendo la
presión que ejerce el peso de una
columna de aire sobre 1 m
2
de
superficie terrestre.
La presión atmosférica en la
superficie de la Tierra es de
P
a= 101 325 Pa
¿Con qué parámetros varía la
presión atmosférica y cómo lo hace?
Presión Atmosférica

23. Principio de Pascal
Fluidos en reposo
La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un
recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las
direcciones y en todos los puntos del fluido.

24. Aplicaciones del Principio de Pascal. La Prensa Hidráulica.
Unaprensahidráulicaconstadedoscilindrosdeáreasdiferentes,S
1yS
2,
comunicadospormediodeuntubo.Unmismolíquidollenaambosrecipienets.
El resultado es que la fuerza de salida, F
2es mucho mayor que la fuerza de entrada, F
1

25. Aplicaciones del Principio de Pascal. La Prensa Hidráulica.

26. -Prof. Dra. Ruth Leiton-
Fluidos en reposo
Se tiene un sistema de vasos comunicados y llenos de un mismo líquido. Todos
tiene forma distinta. ¿Dónde es mayor la presión, en A, en B, en C o en D?.
A B C D
Vasos comunicantes

27. Fluidos en reposo
Tubos en U
Se trata de untubotransparente doblado en forma de “U” y abierto en ambos
extremos. Por cada rama se vierten dos líquidos de diferente densidad e
inmiscibles entre sí; por ejemplo, agua y aceite de cocina.

28. Fluidos en reposo
Todocerposumergidototaloparcialmenteenunfluidoexperimentauna
fuerzallamadaempuje(E)verticalhaciaarribaigualalpesodelfluido
desalojado".
Empuje = Peso del fluido desalojado
Principio de Arquímedes

29. AhgAPF
f
....
111
 AhgAPF
f 222
... EVghAghhAgFFF
fffR
 .....).(..
1212
 Fluidos en reposo
E = ρ
L g V
Principio de Arquímedes

30. -Prof. Dra. Ruth Leiton-
Fluidos en reposo
Principio de Arquímedes

31. Fluidos en reposo
Cuando un cuerpo se encuentra
parcialmente sumergido, el empuje
que el fluido realiza sobre él, actúa
sobre la parte sumergida.
Las fuerzas que actúan son:
P = m g
E = ρg V
D
Como el cuerpo se encuentra en equilibrio, ∑F =0
Y como: Pc = ρ
c. g. V
c
E = ρ
L. g . V
d
ρ
c. g. V
c = ρ
L. g . V
d ρ
c. V
c = ρ
L. V
d
Principio de Arquímedes