que pasa cuando el agua se echa desde distintas alturas
Respuestas a la pregunta
Antes de referirnos específicamente a la presión en fluidos, que es lo que nos interesa, veremos el caso de los sólidos para introducirnos así más fácilmente en el concepto de presión.
El concepto de presión
Sean dos porciones de materia (A y B) que interactúan entre sí con una fuerza, F, a través de una superficie, S. La presión Pque se ejercen se define como:
[2]
De acuerdo con esto la unidad para medir la presión debe ser:
Unidad de presión =
En el SI, en que la fuerza se mide en newton y el área de una superficie en metros cuadrados, la unidad de presión es y se denomina pascal (Pa), en honor a Blas Pascal. Lee el recuadro de la figura 33 para saber sobre este gran personaje. Más adelante nos referiremos a otras unidades de presión de uso corriente que son muy importantes. Veamos, ahora, algunos ejemplos.
La figura 34 ilustra un libro sobre una mesa aquí en la Tierra. Como ejerce una fuerza sobre la mesa (su peso) y entre él y la mesa hay una superficie de contacto, entonces el libro está ejerciendo una presión sobre la masa.
Como la masa del libro es 2 kg, su peso es F = 20 newton. Por otra parte, el área de contacto es S = 0,3 m × 0,2 m = 0,06 m2. Luego, reemplazando en [2] encontramos que la presión es: P = 33,3 pascal.
Es importante comprender que la presión será mayor mientras mayor sea la fuerza y mientras menor sea el área de contacto. Este último hecho explica la eficacia con que funcionan ciertos utencilios como los que se ilustran en la figura 35: cuchillos, tijeras, clavos, etc.; pues con fuerzas relativamente pequeñas es posible ejercer presiones muy grandes, que es lo que interesa realmente en estos casos.
Cuando empujamos un mueble o a una persona, evidentemente estamos aplicando una fuerza, pero lo que sentimos en nuestras manos al empujar el mueble, y lo que siente la persona cuando la empujamos, es una presión. El dolorcito que sentimos cuando la enfermera nos clava la aguja de una jeringa, también es consecuencia de una gran presión. Estima la presión que se ejerce en alguno de estos casos.
¿Aproximadamente qué presión ejerce sobre el suelo una persona que está de pie? Si la masa es de 60 kg, como la del señor de la figura 36, y el área de contacto entre la planta los zapatos y el suelo es 0,012 m2, entonces esta presión es , o ; es decir:
, lo que corresponde a 50.000 pascal. ¿Cómo cambia la presión si la persona levanta uno de sus pies separándolo completamente del suelo?
La presión en líquidos
¿Por qué un buzo o un submarino están sometidos a mayor presión mientras mayor sea la profundidad a que se encuentren? La presión que ejerce un líquido en el fondo del recipiente que lo contiene ¿depende o no de la forma de este? ¿De qué factores depende?
Para responder a estas preguntas consideremos un líquido de densidad D (no necesariamente agua) que se halla en un recipiente cilíndrico alcanzando una altura h según se indica en la figura 37.
La fuerza que aplica el líquido en el fondo del recipiente debe ser su peso; es decir, F = mg. Según [1] su masa debe ser: m = DV y su volumen V = Sh, en que S es el área del fondo del recipiente. Reemplazando en [2] encontramos:
; simplificando,
[3]
Esta importante relación nos dice que la presión que ejerce el líquido en el fondo del recipiente depende solamente de su densidad D, de la altura h de la columna de líquido y de la aceleración de gravedad g del lugar donde se encuentre; es decir, no depende de la forma del recipiente, ni de la superficie del fondo, ni del volumen de líquido.
Veamos algunos ejemplos para entender el alcance de la relación [3].
Ejemplo:
¿Qué presión ejerce una columna de agua de 15 cm de altura en el fondo del vaso que la contiene, aquí en la superficie terrestre?
Solución:
Como se trata de agua D = 1 g/cm3 = 1.000 kg/m3; h = 15 cm = 0,15 m. Considerando g = 10 m/s2, al reemplazar en [3] encontramos:
Ejemplo:
En la figura 38 se muestran tres vasos que contienen agua hasta el mismo nivel. ¿Cómo es la presión que el agua ejerce en el fondo de cada uno de ellos?
Solución:
Como el líquido, la altura y la gravedad son iguales en los tres casos, la presión también lo es.
Ejemplo:
¿Qué presión ejerce el agua en el fondo de un lago de 40 m de profundidad (figura 39)?
Solución:
Reemplazando los datos en la expresión [3] tenemos
.
Nota importante: en los ejemplos anteriores se ha considerado solo la presión ejercida por los líquidos. Más adelante veremos que la presión total en el fondo de los recipientes se encuentra sumando la presión que ejerce la atmósfera.
Si en un recipiente practicamos orificios en diferentes posiciones, según se ilustra en la figura 40, veremos que por el orificio más bajo, aquel para el cual h es mayor, el chorro de agua sale con mayor rapidez y llega más lejos, lo cual prueba que allí la presión es mayor. Es interesante observar que la fuerza que produce la presión es perpendicular a las paredes del recipiente. Más aún, actúa perpendicularmente a la superficie de cualquier objeto con el que esté en contacto.
or e inferior es despreciable, es de 120 torr.