Dado que la fuerza de la gravedad actúa sobre un líquido, una sustancia líquida tiene peso. El peso es la fuerza con la que se presiona sobre el soporte, es decir, sobre el fondo del recipiente en el que se vierte. La ley de Pascal dice: la presión sobre el fluido se transmite a cualquier punto del mismo, sin cambiar su fuerza. ¿Cómo calcular la presión de un líquido sobre el fondo y las paredes de un recipiente? Entenderemos el artículo con ejemplos ilustrativos.
Experiencia
Imaginemos que tenemos un recipiente cilíndrico lleno de líquido. Denotamos la altura de la capa de líquido h, el área del fondo del recipiente - S y la densidad del líquido - ρ. La presión deseada es P. Se calcula dividiendo la fuerza que actúa en un ángulo de 90 ° con respecto a la superficie por el área de esta superficie. En nuestro caso, la superficie es el fondo del contenedor. P=F/E.
La fuerza de presión del líquido en el fondo del recipiente es el peso. Es igual a la fuerza de presión. Nuestro fluido es estacionario, por lo que el peso es igual a la gravedad.(Fhebra) que actúa sobre el líquido y, por lo tanto, la fuerza de presión (F=Ffuerza). Fheavy se encuentra de la siguiente manera: multiplique la masa del líquido (m) por la aceleración de la caída libre (g). La masa se puede encontrar si se sabe cuál es la densidad del líquido y cuál es su volumen en el recipiente. m=ρ×V. El recipiente tiene forma cilíndrica, por lo que hallaremos su volumen multiplicando el área de la base del cilindro por la altura de la capa de líquido (V=S×h).
Cálculo de la presión del líquido en el fondo del recipiente
Estas son las cantidades que podemos calcular: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Sustituyémoslos en la primera fórmula y obtengamos la siguiente expresión: P=ρ×S×h×g/S. Reduzcamos el área S en el numerador y el denominador. Desaparecerá de la fórmula, lo que significa que la presión en el fondo no depende del área del recipiente. Además, no depende de la forma del recipiente.
La presión que crea un líquido en el fondo de un recipiente se llama presión hidrostática. "Hydro" es "agua" y estático es porque el fluido está quieto. Utilizando la fórmula obtenida después de todas las transformaciones (P=ρ×h×g), determine la presión del líquido en el fondo del recipiente. Se puede ver por la expresión que cuanto más denso es el líquido, mayor es su presión en el fondo del recipiente. Analicemos con más detalle cuál es el valor h.
Presión en la columna de líquido
Digamos que aumentamos el fondo del recipiente en una cierta cantidad, agregamos espacio adicional para el líquido. Si colocamos un pez en un recipiente, ¿la presión sobre él será la misma en el recipiente del experimento anterior y en el segundo, ampliado? ¿Cambiará la presión de lo que todavía está debajo del pez?hay agua? No, porque hay una cierta capa de líquido encima, la gravedad actúa sobre ella, lo que significa que el agua tiene peso. Lo que está debajo es irrelevante. Por lo tanto, podemos encontrar la presión en el mismo espesor del líquido, y h es la profundidad. No es necesariamente la distancia al fondo, el fondo puede ser más bajo.
Imaginemos que giramos el pez 90°, dejándolo a la misma profundidad. ¿Cambiará esto la presión sobre ella? No, porque en profundidad es igual en todas las direcciones. Si acercamos un pez a la pared del recipiente, ¿cambiará la presión sobre él si permanece a la misma profundidad? No. En todos los casos, la presión en la profundidad h se calculará con la misma fórmula. Esto significa que esta fórmula nos permite encontrar la presión del líquido en el fondo y las paredes del recipiente a una profundidad h, es decir, en el espesor del líquido. Cuanto más profundo, más grande es.
Presión en recipiente inclinado
Imaginemos que tenemos un tubo de aproximadamente 1 m de largo, le echamos líquido para que se llene por completo. Tomemos exactamente el mismo tubo, lleno hasta el borde, y colóquelo en ángulo. Los recipientes son idénticos y están llenos del mismo líquido. Por lo tanto, la masa y el peso del líquido tanto en el primer como en el segundo tubo son iguales. ¿Será la misma presión en los puntos ubicados en el fondo de estos recipientes? A primera vista, parece que la presión P1 es igual a P2, ya que la masa de los líquidos es la misma. Supongamos que este es el caso y hagamos un experimento para comprobarlo.
Conecte las partes inferiores de estos tubos con un tubo pequeño. si unnuestra suposición de que P1 =P2 es correcta, ¿fluirá el líquido a alguna parte? No, porque sus partículas se verán afectadas por fuerzas en sentido contrario, que se compensarán entre sí.
Adjuntemos un embudo a la parte superior del tubo inclinado. Y en el tubo vertical hacemos un agujero, insertamos un tubo en él, que se dobla hacia abajo. La presión al nivel del agujero es mayor que en la parte superior. Esto significa que el líquido fluirá a través de un tubo delgado y llenará el embudo. La masa de líquido en el tubo inclinado aumentará, el líquido fluirá del tubo izquierdo al derecho, luego subirá y circulará en círculo.
Y ahora instalaremos una turbina sobre el embudo, que conectaremos a un generador eléctrico. Entonces este sistema generará electricidad por sí mismo, sin ninguna intervención. Ella trabajará sin parar. Parecería que esta es la "máquina de movimiento perpetuo". Sin embargo, ya en el siglo XIX, la Academia de Ciencias de Francia se negó a aceptar tales proyectos. La ley de conservación de la energía dice que es imposible crear una "máquina de movimiento perpetuo". Así que nuestra suposición de que P1 =P2 es incorrecta. En realidad P1< P2. Entonces, ¿cómo calcular la presión del líquido en el fondo y las paredes del recipiente en un tubo que se encuentra en un ángulo?
Altura de la columna de líquido y presión
Para averiguarlo, hagamos el siguiente experimento mental. Tome un recipiente lleno de líquido. Le colocamos dos tubos demalla metálica Colocaremos uno verticalmente y el otro oblicuamente, de modo que su extremo inferior quede a la misma profundidad que el fondo del primer tubo. Dado que los recipientes están a la misma profundidad h, la presión del líquido en el fondo y las paredes del recipiente también será la misma.
Ahora cierra todos los agujeros en los tubos. Debido al hecho de que se han vuelto sólidos, ¿cambiará la presión en sus partes inferiores? No. Aunque la presión es la misma y los recipientes son del mismo tamaño, la masa de líquido en un tubo vertical es menor. La profundidad a la que se encuentra el fondo del tubo se denomina altura de la columna de líquido. Demos una definición a este concepto: es la distancia medida verticalmente desde la superficie libre hasta un punto dado en el líquido. En nuestro ejemplo, la altura de la columna de líquido es la misma, por lo que la presión es la misma. En el experimento anterior, la altura de la columna de líquido en el tubo derecho es mayor que en el izquierdo. Por lo tanto, la presión P1 es menor que P2.
