Presion hidrostatica

Contenido
PRESIÓN HIDROSTÁTICA................................................................................................2
INTRODUCCIÓN................................................................................................................2
OBJETIVOS.......................................................................................................................2
FUNDAMENTO TEÓRICO...................................................................................................2
Presión hidrostática. El principio de Arquímedes.......................................................3
Los fluidos...................................................................................................................4
Propiedades de los fluidos .....................................................................................4
Presión hidrostática.................................................................................................4
Principio de Pascal. Prensa hidráulica..................................................................5
Empuje de los cuerpos sumergidos......................................................................6
EQUIPOS Y MATERIALES....................................................................................................8
PARTE EXPERIMENTAL....................................................................................................9
Primera actividad(determinación de la densidad del líquido)............................................10
RESULTADOS DE LA GRAFICA:..........................................................................................13
CUESTIONARIO...............................................................................................................14
CONCLUSIONES..............................................................................................................17
BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................18

UNAC Laboratoriofísica
FIPA Presiónhidrostática
2
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
INTRODUCCIÓN
La hidrostática estudia los líquidos en reposo, que se diferencian de los gases
en el coeficiente de comprensibilidad; la presión varía, esta disminuye con la
altura y aumenta con la profundidad. Un fluido pesa y ejerce presión sobre las
paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de
cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática,
provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del
recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que
adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones
ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión
depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté
sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente expresión:
𝑃 = 𝜌𝑔ℎ + 𝑃0
OBJETIVOS
 Hallar la relación entre la presión y la profundidad en un líquido en reposo.
 Determinar la densidad del líquido.
FUNDAMENTO TEÓRICO
PRESIÓN HIDROSTATICA:

3
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente
que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta
presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza
perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido
sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas
resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las
superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la
altura a la que esté sumergido el cuerpo.
Los nadadores saben que no deben bucear agrandes profundidades sin
equipo, ya que los seres humanos no resistimos presiones muy grandes
como las que hay bajo el agua.
Cuando se nada baja el agua se siente la presión en los tímpanos y
cuanto más profundo se nade mayor será la presión. El peso del agua por
encima de los buzos o de los peces es el responsable de la presión que
se siente, de tal modo que la presión que ejerce en las paredes del
recipiente es igual en todas las direcciones. En este experimento demostrarás
la presión hidrostática.
Presión hidrostática. El principio de Arquímedes
La inmensa mayoría de los materiales presentes en la Tierra se encuentran en
estado fluido, ya sea en forma de líquidos o de gases. No sólo aparecen en dicho

4
estado las sustancias que componen la atmósfera y la hidrosfera (océanos,
mares, aguas continentales), sino también buena parte del interior terrestre. Por
ello, el estudio de las presiones y propiedades hidrostáticas e hidrodinámicas
tiene gran valor en el marco del conocimiento del planeta.
Los fluidos
Se denomina fluido a toda sustancia que tiene capacidad de fluir. En esta
categoría se encuadran los líquidos y los gases, que se diferencian entre sí por
el valor de su densidad, que es mayor en los primeros. “La densidad se define
como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa”:
La densidad es un valor escalar y sus unidades son kg/m3 en el Sistema
Internacional.
Propiedades de los fluidos
Los gases y los líquidos comparten algunas propiedades comunes. Sin embargo,
entre estas dos clases de fluidos existen también notables diferencias:
 Los gases tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los
contiene, mientras que los líquidos adoptan la forma de éste pero no
ocupan la totalidad del volumen.
 Los gases son compresibles, por lo que su volumen y densidad varían
según la presión; los líquidos tienen volumen y densidad constantes para
una cierta temperatura (son incompresibles).
Las moléculas de los gases no interaccionan físicamente entre sí, al contrario
que las de los líquidos; el principal efecto de esta interacción es la viscosidad.
Presión hidrostática

5
Dado un fluido en equilibrio, donde todos sus puntos tienen idénticos valores de
temperatura y otras propiedades, el valor de la presión que ejerce el peso del
fluido sobre una superficie dada es:
Siendo p la presión hidrostática, r la densidad del fluido, g la
aceleración de la gravedad y h la altura de la superficie del
fluido. Es decir, la presión hidrostática es independiente del
líquido, y sólo es función de la altura que se considere.
Por tanto, la diferencia de presión entre dos puntos A y B
cualesquiera del fluido viene dada por la expresión:
La diferencia de presión hidrostática entre dos puntos de un fluido sólo
depende de la diferencia de altura que existe entre ellos.
La presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que
esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente expresión:
𝑃 = 𝜌𝑔ℎ + 𝑃0
Donde, usando unidades del SI,
 P es la presión hidrostática (en pascales);
 ρ es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico);
 g es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al
cuadrado);
 h es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas
perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior
 P0 es la presión atmosférica.
Principio de Pascal. Prensa hidráulica

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En un fluido en equilibrio, la presión ejercida en cualquiera de sus puntos se
transmite con igual intensidad en todas las direcciones. Esta ley, denominada
Principio de Pascal, tiene múltiples aplicaciones prácticas y constituye la base
teórica de la prensa hidráulica.
Esquema de una prensa hidráulica: un recipiente relleno de líquido con dos
émbolos de distinta superficie.
Al aplicar una fuerza F1 sobre el primer émbolo, se genera una presión en el
fluido que se transmite hacia el segundo émbolo, donde se obtiene una fuerza
F2. Como la presión es igual al cociente entre la fuerza y la superficie, se tiene
que:
Como S2 > S1, la fuerza obtenida en el segundo émbolo es mayor que la que
se ejerce en el primero. Por ello, con una prensa hidráulica es posible alzar
grandes pesos aplicando fuerzas pequeñas o moderadas.
Empuje de los cuerpos sumergidos
La presión que ejerce un fluido sobre las paredes del
recipiente que lo contiene y la frontera de los cuerpos
sumergidos en él producen en éstos una fuerza
ascensional llamada empuje.
Por tanto, en un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas de
sentido contrario: el peso descendente y el empuje
ascendente Si el empuje es mayor que el peso, el cuerpo
sale a flote; en caso contrario, se hunde.
Principio de Arquímedes

7
Todo cuerpo completamente sumergido desaloja un volumen de fluido igual a su
propio volumen. En condiciones de equilibrio, un cuerpo sumergido en un fluido
experimenta una fuerza de empuje vertical ascendente que es igual al volumen
de líquido desalojado. Este enunciado se conoce como Principio de Arquímedes,
y se expresa como:
Donde pf es la densidad del fluido, Vc el volumen del líquido desalojado (volumen
de cuerpo sumergido) y g la gravedad.
La presión se define como la fuerza normal dF ejercida sobre una pequeña
superficie dA, que comprenda dicho punto al área dA.
 𝑃 =
𝑑𝐹
𝑑𝐴
 Si la presión es la misma en todos los puntos en una superficie
plana finita de área A, esta ecuación se reduce a:
 𝑃 =
𝐹
𝐴
 La relación general entre la presión P en cualquier punto de un
fluido y su ubicación en el eje y, se deduce considerando que si el
fluido está en equilibrio, cualquier elemento de volumen está en
equilibrio. Suponiendo en un elemento en forma de lámina delgada
representado en la figura (1), cuyo espesor es dY y cuyas caras
tienen área A. si p es la densidad del fluido, la masa del elemento
es pAdy, y su peso dW será pgAdy. La fuerza ejercida sobre el
elemento pone el fluido que lo rodea es en todo punto normal a su
superficie. La fuerza resultante horizontal sobre su borde es nula.
 La fuerza hacia arriba sobre su cara inferior es pA, y la fuerza
hacia abajo sobre su cara superior es (p+dp)A. Puesto que está
en equilibrio, se cumple lo siguiente:
∑ 𝐹 𝑦=0
Las fuerzas sobre un elemento de fluidos en equilibrio.

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 En el equilibrio se cumple, pA-(p+dp) A-pgAdy=0, y de donde se
deriva la ecuación:

𝑑𝑝
𝑑𝑦
= −𝜌𝑔 (3)
 Dado que p y g son magnitudes positivas, se deduce que a una
dy positiva (disminución de la presión). Si p1 y p2 son las presiones
de las alturas y1 e y2 contadas por encima de un cierto plano de
referencia, la integración de la ecuación (3) resulta:
 𝑝2 − 𝑝1 = −𝜌𝑔( 𝑦2 − 𝑦1) (4)
Apliquemos esta ecuación a un líquido contenido en un vaso
abierto tal como el representado en la figura (2). Tomemos el punto
1 a un nivel cualquiera, y designemos por p la presión en este
punto 2 en la superficie libre, donde la presión es la atmosférica,
Pa, entonces:
𝑝 = 𝑝 𝑎 + 𝜌𝑔ℎ (5)
Liquido en vaso abierto
 Obsérvese que la forma del recipiente no afecta a la presión, y que
es la misma en todos los puntos situados a la misma profundidad.
EQUIPOS Y MATERIALES
N DESCRIPCIÓN CÓDIGO CANTDAD
1 Base de varilla larga ME-8735 1
2 Sensor de presión (0 a 700 kPa) CI-6532A 1
3 Probeta de 100 ml 1
4 Manguera conectora 1

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5 Regla milimetrada 1
6 Computadora personal 1
7 Interfase 1
8 Varilla de aluminio (longitud 20 cm) 1
9 Cinta adhesiva 10 cm
Regla milimetrada Cinta adhesiva (10cm)
Varilla de aluminio (longitud 20cm) Soporte universal
Computadora Probeta de 100ml
PARTE EXPERIMENTAL
 PROCEDIMIENTOS PARA CONFIGURACION DE EQUIPOS Y
ACCESORIOS
a. Activar la interface y luego la PC, si no lo estuvieran.

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b. Activar el programa Data Studio y seleccionar “crear experimento”
Conectar el sensor de presión que mide de 0 a 700 kPa
c. Elija una frecuencia de muestreo de 20Hz y una medida de presión en
pascales
d. Active un medidor digital para ver los valores de presión
e. Realice el montaje de accesorios y sensores tal como se ve en la figura (3)
Disposición de equipos y accesorios.
Primera actividad (determinación de la densidad del líquido)
a) Verificar que la lectura del sensor en la superficie del fluido antes de
sumergirle tubo sea la presión atmosférica (1.013x105 N/m2).

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b) Sumerja el tubo 1cm, active “inicio” para comenzar la toma de datos,
mantenga la posición 5 segundos, seguidamente aumente la profundidad
en un 1cm y tome la lectura, otra vez.
c) Realice el paso b hasta alcanzar la profundidad total de la probeta.
d) Anote los datos de presión y profundidad en la tabla (1).

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e) Usando la actividad “introducir datos” en el Data Studio, genere un gráfico
para presión Vs. Profundidad y determine la pendiente, de donde
obtendrá el valor de la densidad del líquido.

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RESULTADOS DE LA GRAFICA:
La pendiente de la gráfica es :
9880 Kg/m3
La pendiente de la recta es igual a la densidad del agua por la gravedad, por lo
que se puede hallar la densidad del agua con la ecuación:
𝜌𝑔 = 9880
𝑁
𝑚3
Despejando la densidad:
𝜌 =
9880
𝑁
𝑚2
9.8
𝑚
𝑠2
= 1008.16
𝑘𝑔
𝑚3
El valor obtenido experimentalmente es muy cercano al valor teórico
1036.96 kg/m3.

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CUESTIONARIO
1. ¿Existe una divergencia significativa, entre el valor calculado y
la densidad determinada experimentalmente? Explique
No. Los valores obtenidos son muy cercanos a los valores teóricos, lo
que indica que el cálculo en el laboratorio se realizó de forma
adecuada y sin muchos errores de medición.
2. Afecta la temperatura en la medición realizada?, si es así, ¿qué
consideraciones se deben tomar en cuenta?
El aumento o la disminución de la temperatura en los líquidos afectan
a su densidad, por lo tanto a su vez esta variación de temperatura
afectara a nuestra medición de la presión hidrostática.
3.explique el funcionamiento de un manometro.
Se colocaun líquido en el tubo, generalmente
un líquido sensible como el mercurio, que es
estable bajo presión
Un extremo del tubo en forma de U
es llenado con el gas a ser medido,
generalmente es bombeado al interior del
tubo para poder sellarlo luego.
El otro extremo se deja abierto para tener un
nivel de presión natural. Luego, el líquido es
balanceado en el extremo inferior de la forma de U,
dependiendo de la fuerza del gas. La presión atmosférica
empuja al líquido hacia el interior del tubo y hacia el extremo
cerrado.Elgas atrapado en elextremo cerrado asu vez empuja
al líquido hacia el extremo abierto. Es entonces que se realiza
la medición para ver qué tanto ha sido empujado el gas del
extremo sellado ya sea por debajo del punto del líquido hacia
el extremo abierto o por encima de éste.

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4.cuales son las diferencias entre un barómetro y un
manometro?
El Barómetro
El barómetro es básicamente un manómetro diseñado para
medir la presióndel aire. También es conocido como tubo de
Torricelli. El experimento de Torricelliconsiste en tomar un
tubo de vidrio cerrado por un extremo y abierto por el otro, de
1 metro aproximadamente de longitud, llenarlo de mercurio,
taparlo con el dedo pulgar e invertirlo introduciendo el extremo
abierto en una cubeta con mercurio. Luego si el tubo se
colocaverticalmente, la altura de la columna de mercurio de la
cubeta es aproximadamente cerca de la altura del nivel del
mar de 760mm apareciendo en la parte superior del tubo el
llamado vacío de Torricelli, que realmente es un espacio
llenado por vapor de mercurio a muy baja tensión.
Torricelli observó que la altura de la columna variaba, lo que
explico la variación de la presiónatmosférica.
Los barómetros son instrumentos fundamentales para medir el
estado de la atmósferay realizar prediccionesmeteorológicas.
Las altas presiones se correspondencon regiones sin
precipitaciones,mientras que las bajas presiones son
indicadores de regiones de tormentas y barrascos.
Los altímetros barométricos utilizados en aviación son
esencialmente barómetros con la escala convertida a metros o
pies de altitud.
La unidad de medida de la presión atmosféricaque suelen
marcar los barómetros se llama hecotpascal,de abreviación
(hPa).

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Manómetro
El manómetro es una herramienta utilizada para la medición
de la presiónen fluidos,usualmente determinando la
diferenciaentre la presióndel fluido y la presión atmosférica
local.
La presiónsuele medirse en atmósferas (atm). En el sistema
internacional de unidades (SI), la presión se expresaen
Newton por metro cuadrado, a lo que equivale a un pascal
(Pa).
5.- si en vez de agua se llena n la probeta con aceite,la
presión y profundidadtendríanel mismo comportamiento
Puesto que el aceite es mensos denso que el agua, la razón
Pagua/ p aceite es mayor que la unidad y haceite es mayor a
que hagua. Se necesita la misma p en la base. Es necesario
saber es que a mayor profundidad,mayor presión. Esto es
razonable porque a mayor presión hay más líquido por
encima.

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CONCLUSIONES
 La presión hidrostática es la fuerza por unidad de área que ejerce un
líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contienen y
cualquier cuerpo que se encuentra sumergido, como esta presión se debe
al peso del líquido, esta presión depende de la densidad, la gravedad, y
la profundidad del lugar donde medimos la presión.
 Al realizar el experimento de presión hidrostática, logramos observar que
cada vez que aumentamos la profundidad esta hace que afecte la presión
aumentándola de forma creciente tal como aparece en la gráfica.
 La presión manométrica que experimentamos la podemos hallar basados
en la presión hidrostática, esta comprende la presión atmosférica porque
está afectada y ejerce fuerza sobre el líquido.

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BIBLIOGRAFÍA
Cidead. Fuerza y Presión en los fluidos. Obtenido de internet el 12 de febrero del
2015 en:
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/impresos/qui
ncena4.pdf
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real.
Hidrostática. Obtenido de internet el 10 de febrero del 2015 en:
http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_hidr/tema2.pdf
Fluidos. Obtenido de internet el 13 de febrero del 2015 en:
http://www.fodonto.uncu.edu.ar/upload/hidrostatica.pdf
Hidrostática. Obtenido de internet el 14 de febrero del 2015 en:
http://ria.servinit.cl/libros/fisica/HIDROSTA.pdf

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