Primera Parte M1
-
Upload
perezito1982 -
Category
Documents
-
view
53 -
download
6
description
Transcript of Primera Parte M1
Universidad Pedagógica de El Salvador
“Dr. Luis Alonso Aparicio”
Facultad de Educación
Escuela de Ciencias Naturales y Exactas
Cátedra
Fundamentos de Física II
Modulo I
“Mecánica de los Fluidos”
Docente
Lic. Juan Carlos Pérez Majano
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 2
Introducción
La unidad 1 de fundamentos de Física II, trata sobre Mecánica de los
Fluidos, el cual comprende contenidos como: fluidos y sólidos, presión
densidad y peso específico, variación de la presión en fluidos en reposo,
presión atmosférica, principio de Pascal, principio de Arquímedes, tensión
superficial, flujo de fluidos, ecuación de continuidad, ecuación de Bernoulli y
Teorema de Torricelli.
Para el desarrollo de estos contenidos el estudiante tiene que comprender y
dominar los principios básicos de la física, así como también los
procedimientos básicos aritméticos.
Este módulo I, comprende también actividades investigativas fuera y dentro
del salón de clases, así mismo, tiene como propósito ubicar al estudiante en
situaciones que le permitan ejercitar, desarrollar e integrar competencias
orientadas al ejercicio docente. En esta fase, el futuro docente integra las
competencias requeridas por el perfil de la especialidad e integra
conocimientos, habilidades, aptitudes y destrezas adquiridas en el desarrollo
de esta unidad.
No me queda más que darles ánimos y que sea de provecho este material que
con mucho esfuerzo he logrado copilar para ustedes.
Reflexión
“Si te sientas a lamentarte por el error cometido, difícilmente verás el camino
de una nueva oportunidad”
Dr. David Joaquín Guzmán
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 3
Índice del módulo I
CONTENIDOS Pág.
1 Fluidos y solidos 4
2 Densidad, Peso específico y Presión 9
3 Presión Atmosférica 18
5 Principio de Pascal 22
6
7
8
9
10
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 4
Objetivo:
Definir los conceptos de fluidos y solidos así como la utilización en la
vida cotidiana.
Conocimientos previos a investigar y discutir:
¿Qué es sólido y fluido?
¿Qué forma tienen los fluidos y sólidos?
¿Cómo se aplican en la vida cotidiana?
¿Los seres humanos estamos constituidos por
sólidos y fluidos? Explique.
¿Por qué se está elevando el nivel del mar?
¿Qué es más denso una navaja de acero o una llave de tuercas del
mismo metal?
Investigue que forma tiene el Hg, Ag, S, Au, en forma natural
Indicadores de logros
Reconoce los principios físicos de muchos fenómenos naturales, y
principalmente aquellos relacionados con los sólidos y los líquidos.
Analiza, plantea y soluciona situaciones problemáticas sobre los
líquidos y sólidos.
Desarrollo de contenido
Los fluidos desempeñan un papel crucial en muchos aspectos de la vida
cotidiana. Los bebemos, respiramos y nadamos en ellos; circulan por nuestro
organismo y controlan el clima. Los aviones vuelan a través de ellos y los
barcos flotan en ellos. Un fluido es cualquier sustancia que puede fluir;
usamos el término tanto para líquidos como para gases. Por lo regular,
Contenido 1 Fluidos y Sólidos
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 5
pensamos que los gases son fáciles de comprimir y que los líquidos son casi
incompresibles, aunque hay casos excepcionales.
De acuerdo con distinciones físicas generales, por lo general la materia se
divide en tres fases: sólida, líquida y gaseosa. Un sólido tiene forma y
volumen definidos.
Un líquido tiene un volumen más o menos definido; pero asume la forma del
recipiente que lo contiene. Un gas adopta la forma y el volumen de su
recipiente.
Los sólidos y líquidos también se conocen como materia condensada.
En el planeta existen dos tipos de sustancias las cuales se han clasificado en
dos grandes categorías: sólido y líquido.
Como podemos distinguir a los sólidos; no se deforman fácilmente como por
ejemplo: las rocas, metales, etc.
Los fluidos que incluyen líquidos o gases no tienen forma definida ya que
adoptan la forma del recipiente el cual los contiene. Una de las principales
diferencias entre los sólidos y los fluidos es que los primeros conservan su
forma y los fluidos no.
A la propiedad de los sólidos de conservar su forma se le denomina fluidez.
Existen solidos amorfos y solidos cristalinos ejemplo:
Un sólido cristalino es aquél que tiene una
estructura periódica y ordenada, como consecuencia
tienen una forma que no cambia, salvo por la acción
de fuerzas externas. Cuando se aumenta la
temperatura, los sólidos se funden y cambian al
estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en
posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas siguen siendo
suficientemente grandes para que el líquido pueda cambiar de forma sin
cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo
contiene.
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 6
No todos los sólidos forman arreglos cristalinos como el vidrio y los plásticos
que tienen un arreglo de átomos desordenados al que se le denomina
amorfo.
En otras palabras son materiales que poseen una estructura externa, fibrosa
o gelatinosa.
Entre los ejemplos de estos sólidos amorfos se destacan los plásticos, los
vidrios, los jabones, las parafinas y muchos compuestos orgánicos e
inorgánicos.
Los líquidos y los gases se conocen como fluidos porque fluyen libremente y
tienden a llenar los recipientes que los contienen. Los fluidos ejercen fuerzas
sobre las paredes de los recipientes donde están contenidos.
Evaluación del contenido:
Investigue y conteste
1. ¿Mencione 5 ejemplos de objetos amorfos?
2. Un tiburón debe nadar constantemente para no
hundirse en el fondo del océano; sin embargo, los peces
tropicales pueden permanecer en el mismo nivel del
agua con poco esfuerzo. ¿Por qué existe esta
diferencia?
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 7
3. ¿Cómo haría para que un huevo flote en el agua?
4. ¿Dónde es mejor flotar o nadar en agua dulce o salada?
5. ¿Cómo se le llama al aumento o disminución de los metales solidos
cuando son sometidos a temperatura?
6. Los antiguos constructores que trabajaban con piedras algunas veces
dividían enormes bloques, insertando clavijas de madera en hoyos
perforados en la roca y luego vertían agua sobre las clavijas. ¿Podría
explicar la física que subyace en esta técnica? (Sugerencia: piense en
las esponjas y las toallas de papel)
7. Para un líquido en un contenedor abierto, la presión total en cualquier
profundidad depende de:
a. la presión atmosférica
b. la densidad del líquido
c. la aceleración de la gravedad
d. todas las anteriores
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 8
Objetivo:
Calcular la densidad y el peso específico de una sustancia, a partir de
los datos necesarios.
Conocimientos previos a investigar y discutir:
¿Qué es densidad?
¿Diferencia entre libra masa y libra fuerza?
¿Si contesto la pregunta sobre el huevo en un
líquido a que se debe ese fenómeno flota o se
hunde?
¿Quién fue el primer físico que propuso el principio sobre la densidad?
Explique.
¿Cuál es la diferencia entre peso y peso específico?
¿A qué se le denomina peso específico?
¿Por qué se utiliza la presión en los fluidos?
Indicadores de logro
Indaga y describe con interés las características y propiedades de los
fluidos: densidad, peso específico y presión.
Realiza e interpreta ejemplos de la vida cotidiana en relación a la
densidad peso específico y presión.
Desarrollo de contenido
Densidad
Contenido 2 Densidad, Peso específico y Presión
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 9
Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, que se
define como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como
el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas sus partes. Usamos la
letra griega 𝜌 (rho) para denotar la densidad. Si una masa 𝑚 de material
homogéneo tiene un volumen 𝑉, la densidad 𝜌 es
𝜌 =𝑚
𝑉 (𝐷𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑)
Dos objetos hechos del mismo material
tienen igual densidad aunque tengan
masas y volúmenes diferentes. Eso se debe
a que la razón entre masa y volumen es la
misma para ambos objetos
Densidades de algunas sustancias comunes
La unidad de densidad en el 𝑆𝐼 es el kilogramo sobre metro cúbico (1𝑘𝑔
𝑚3).
También se usa mucho la unidad 𝐶𝐺𝑆, gramo sobre centímetro cúbico (1𝑔𝑟
𝑐𝑚3).
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 10
Las medidas precisas de la densidad deben tener en cuenta la temperatura,
ya que las densidades de la mayor parte de los materiales, incluso el valor
máximo del agua (1000𝑘𝑔
𝑚3 𝑦 1𝑔𝑟
𝑐𝑚3 ), que se tiene a (4℃).
Por tanto, si un objeto tiene una masa de 4 𝑘𝑔 y un volumen de 0.002 𝑚3, tiene
una densidad de 2000𝑘𝑔
𝑚3.
Cuando trabajamos con volúmenes pequeños la densidad se expresa en
gramos por centímetro cúbico (𝑔𝑟
𝑐𝑚3).
Aun cuando no se recomienda el uso de unidades del Sistema Ingles, las
unidades más viejas se siguen usando en Estados Unidos, por lo que es
conveniente mencionar cuando menos el concepto de peso específico 𝐷. El
peso específico se usa con frecuencia para las unidades más viejas de peso
(𝑙𝑏) y longitud (𝑓𝑡).
Para determinar el peso específico de un fluido se calcula como su peso sobre
una unidad de volumen (o su densidad por 𝑔). En el sistema internacional se
mide en 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜=
𝑁
𝑚3.
𝑃𝑒 =𝑊
𝑉=
𝑚𝑔
𝑉= 𝜌𝑔
Las densidades para los sólidos, líquidos y gases comunes se proporcionan
en la tabla siguiente:
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 11
Recordar: cuando se utilizan valores grandes se utiliza las unidades de
densidad en 𝑘𝑔
𝑚3 y cuando se utilicen valores pequeños se utilizaran las
unidades de 𝑔𝑟
𝑐𝑚3.
Evaluación del sub-contenido
1. Usted realiza un trabajo de medio tiempo, y un supervisor le pide traer
del almacén una varilla cilíndrica de acero de 85.8 𝑐𝑚 de longitud y
2.85 𝑐𝑚 de diámetro. ¿Necesitará usted un carrito? (Para contestar,
calcule el peso de la varilla.)
2. En la PAES 2014 a los estudiantes del Centro Escolar “Tierra Blanca”,
les plantearon el siguiente problema: María tiene una esfera de plomo
(Pb), la esfera trae una viñeta con la indicación que tiene un diámetro de
5 cm. Ayuda a María a encontrar el peso de ese objeto.
3. Encontrar la masa de aire que ocupa un salón de clases en la
Universidad Pedagógica de El Salvador, sabiendo que sus dimensiones
son: 4.7 𝑚 𝑥 5.6 𝑚 𝑥 4.9 𝑚
4. Durante las vacaciones de fin de año Miguel pregunta de cuánto es la
densidad de la gasolina, para agregar a su auto nuevo. El vendedor le
contesta que es de 737 𝑘𝑔
𝑚3. Si su nuevo auto híbrido rinde 45 𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠 por
galón de gasolina, ¿A cuánto equivale en millas sobre kilogramo de
gasolina?
5. Don Salvador compra una pieza rectangular de metal de 5 x 15 x 30
mm y de masa de 0.0158 kg. El vendedor con el afán de ganar
comisión y poder vender le dice que es de oro (𝐴𝑢). Para verificarlo,
usted tiene que calcular la densidad de la pieza. ¿Fue una estafa?
6. Los estudiantes de Fundamentos de Física II, realizan práctica de
laboratorio ellos tienen un frasco volumétrico de 250𝑚𝑙 el cual está lleno
de agua a 4℃. Cuando el frasco se calienta a 85℃, se derraman 7.5 𝑔𝑟
de agua. ¿Cuál es la densidad del agua a sus 85℃?
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 12
7. Don Emilio llega a la ferretería y pregunta ¿cuál es el peso de un tubo
cilíndrico hueco de cobre que mide 1.5 𝑚 de longitud, el cual tiene un
diámetro exterior de 3.5 𝑐𝑚 y un diámetro interior de 2.5 𝑐𝑚?
8. En el laboratorio de Química y Biología se tiene un matraz de
200 𝑚𝐿 está; el cual está lleno de un líquido desconocido. Una balanza
electrónica indica que el líquido en cuestión tiene una masa de 176 𝑔r.
a. ¿Cuál es la densidad del líquido?
b. ¿Investigue a que líquido corresponde esa densidad?
Presión
Cuando un fluido (ya sea líquido o gas) está en reposo, ejerce una fuerza
perpendicular a cualquier superficie en contacto con él, como la pared de un
recipiente o un cuerpo sumergido en el fluido. Ésta es la fuerza que sentimos
en las piernas al meterlas en una piscina. Aunque el fluido considerado como
un todo está en reposo, las moléculas que lo componen están en movimiento;
la fuerza ejercida por el fluido se debe a los choques de las moléculas con su
entorno.
Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido como el agua, el fluido ejerce una
fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en cada punto de la superficie.
Esta fuerza por unidad de área se denomina presión 𝑃 del fluido: 𝑃 =𝐹
𝐴
La unidad en él 𝑆𝐼 de presión es equivalente a: newton sobre metro cuadrado
(𝑁
𝑚2) o pascal (𝑃𝑎).
Mencionemos un ejemplo para poder comprender mejor este concepto:
Supongamos que usted se prepara para dormir la siesta y tiene la opción
para elegir entre acostarse de espaldas en:
Una cama de clavos
Un piso de madera dura
Un sofá.
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 13
¿Cuál escogería por comodidad y por qué?
Razonemos: La opción cómoda es obvia: el sofá. Sin embargo, la pregunta
conceptual aquí es por qué.
Examinemos primero la posibilidad de acostarse en un lecho de clavos, un
truco antiguo que se originó en la India y que solía presentarse en las ferias y
otros espectáculos. En realidad no hay truco alguno, sólo física; fuerza y
presión.
Es la fuerza por unidad de área, lo que determina si un clavo perforará la piel
o no. La fuerza depende del peso de la persona que se acuesta en los clavos.
El área depende del área eficaz de contacto entre los clavos y la piel (sin
considerar la ropa de la persona).
Si sólo hubiera un clavo, éste no soportaría el peso de la persona y con tal
área pequeña la presión sería muy grande, y en una situación así el clavo
perforaría la piel. En cambio, cuando se usa un lecho de clavos, la misma
fuerza (peso) se distribuye entre cientos de clavos, así que el área de contacto
eficaz es relativamente grande, y la presión se reduce a un nivel en el que los
clavos no perforan la piel.
Cuando nos acostamos en un piso de madera, el área en contacto con
nuestro cuerpo es considerable y la presión se reduce, pero probablemente no
nos sentiremos cómodos.
Partes del cuerpo, como el cuello y la parte baja de la espalda, no están en
contacto con la superficie, como lo estarían en un sofá blando, donde la
presión es aún menor:
Cuanto más baja sea la presión, mayor será la comodidad (la misma fuerza
sobre un área más extensa). Por lo tanto, c es la respuesta.
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 14
Presión y profundidad
Si usted alguna vez ha buceado o llegado a profundidades bajas en una
piscina, en el mar, sabe bien que la presión aumenta con la profundidad, y
ha sentido el aumento de presión en los tímpanos. Sentimos un efecto
opuesto cuando viajamos en un avión o subimos una montaña en automóvil.
Al aumentar la altitud, quizá sintamos que los oídos quieren “reventarse”, por
la reducción en la presión externa del aire.
La forma en que la presión en un fluido varía con la profundidad se
demuestra considerando un recipiente de líquido en reposo. Imaginemos que
aislamos una columna rectangular de agua, como se muestra en la siguiente
figura.
Presión y profundidad: La presión adicional a una profundidad ℎ en un
líquido se debe al peso del líquido que está arriba: 𝑝 = 𝜌𝑔ℎ donde 𝜌 es la
densidad del líquido (que suponemos constante).
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 15
Esto se ilustra para una columna rectangular imaginaria de líquido.
Entonces, la fuerza sobre el fondo del recipiente bajo la columna (o sobre la
mano) es igual al peso del líquido que constituye la columna: 𝐹 = 𝑤 = 𝑚𝑔
Puesto que la densidad es 𝜌 =𝑚
𝑉, la masa de la columna es igual a la
densidad multiplicada por el volumen; es decir, 𝑚 = 𝜌𝑉 (Suponemos que el
líquido es incompresible1, así que 𝜌 es constante.)
El volumen de la columna aislada de líquido es igual a la altura de la
columna multiplicada por el área de su base, o bien, 𝑉 = 𝐴ℎ Por lo tanto,
escribimos
𝐹 = 𝑤 = 𝑚𝑔 = 𝜌𝑉𝑔 = 𝜌𝑔ℎ𝐴
Como 𝑝 =𝐹
𝐴 la presión a una profundidad ℎ, debido al peso de la columna es:
𝑝 = 𝜌𝑔ℎ
Éste es un resultado general para líquidos incompresibles. La presión es la
misma en todos los puntos de un plano horizontal a una profundidad ℎ (si 𝜌 y
𝑔 son constantes).
Observe que la ecuación anterior es independiente del área de la base y de la
columna rectangular: podríamos tomar toda la columna cilíndrica del líquido
en el recipiente de la figura anterior y obtendríamos el mismo resultado.
Al deducir la ecuación 𝑝 = 𝜌𝑔ℎ no tomamos en cuenta la aplicación de una
presión a la superficie abierta del líquido. Este factor se suma a la presión a
una profundidad ℎ para dar una presión total de:
𝑝 = 𝑝𝑜 + 𝜌𝑔ℎ
(𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒)
Donde 𝑝0 es la presión aplicada a la superficie del líquido. En el caso de un
recipiente abierto, 𝑝0 = 𝑝𝑎 (la presión atmosférica), es decir, el peso (fuerza)
por unidad de área de los gases atmosféricos que están arriba de la
1 Que no se pude comprimir o reducir a volumen menor.
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 16
superficie del líquido. La presión atmosférica media en el nivel del mar se
utiliza también como unidad, llamada atmósfera (𝑎𝑡𝑚):
1 𝑎𝑡𝑚 = 101.325 𝑘𝑃𝑎 = 1.01325𝑥105 𝑁
𝑚2≈ 14.7
𝑙𝑏
𝑖𝑛2
Más adelante describiremos cómo se mide la presión atmosférica.
Evaluación de sub-contenido
1. En el lago de Ilopango un buzo se sumerge 10 𝑚 de profundidad.
Encontrar
a. ¿qué presión experimenta debida únicamente al agua?
b. Calcule la presión total o absoluta a esa profundidad.
2. Un zapato para jugar futbol marca “Mágico” tiene 10 tacos, cada uno
con un área de 6.5 𝑥 10−6 𝑚2 en contacto con el piso; Mágico Gonzales
los estrena en el estadio Cuscatlán. Cuando al caminar hay un instante
en que los 10 tacos soportan el peso completo de 80 𝑘𝑔. ¿Cuál es la
presión ejercida por los tacos sobre el suelo?
3. Cuando una mujer con tacones altos da un paso, momentáneamente
descarga todo su peso sobre el tacón de uno de sus zapatos que tiene
un área de 1𝑐𝑚2. Si su masa es de 56 𝑘𝑔, ¿Cuál es la presión que su
tacón ejerce sobre el suelo? Exprese la presión en atm (Atmosferas).
4. En el hospital “Rosales” se realiza una transfusión de plasma
sanguíneo desde una bolsa a través de un tubo hasta la vena de un
paciente, en un punto en que la presión de la sangre es de 12 𝑚𝑚𝐻𝑔. La
densidad específica del plasma a 37°𝐶 es 1.03𝑥103 𝑘𝑔
𝑚3. ¿Cuál es la altura
mínima a la que deberá estar la bolsa para que el plasma entre en la
vena? (Tome como referencia del nivel de la
camilla del paciente hacia arriba).
5. Mucha gente cree que si se hace flotar la parte
superior de un tubo “snorkel” fuera del agua,
podrían respirar con el mientras están paseando
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 17
bajo el agua. Sin embargo, la presión del agua se opone a la dilatación
del pecho y al inflado de los pulmones. Supóngase que apenas se
puede respirar si se está tumbado en el suelo con un peso de 400𝑁
sobre el pecho. ¿a qué profundidad por debajo de la superficie del agua
podría estar el pecho para poder respirar aún, si se supone que la
superficie del pecho es de 0.009 𝑚2?
6. Un ingeniero que está realizando mediciones de presiones en
Chalatenango la Palma, curiosamente imagina en construir un
barómetro usando agua en lugar de mercurio, ¿qué altura del agua
indicará una presión de una atmósfera?
Contenido 3 Presión Atmosférica
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 18
Objetivo:
Identificar los conceptos importantes sobre la presión atmosférica así
como también los factores que inciden en ella.
Conocimientos previos a investigar y discutir:
¿Cómo se obtiene la presión absoluta?
¿La presión absoluta es la misma que la atmosférica
o manométrica?
¿Cuál es el principio cuando los fluidos se
encuentran en reposo?
¿Cuáles son las unidades en las cuales se puede expresar las
presiones?
¿Qué dolencias o enfermedades puede sufrir una persona por la
influencia de la presión atmosférica?
¿Cuál es la diferencia entre presión barométrica y atmosférica?
Desarrollo de contenido
La Tierra está rodeada por una masa de
fluido gaseoso llamada atmósfera. El peso de
la atmósfera, que ejerce una presión por
unidad de superficie, provoca un efecto de
adaptación en todos los seres vivos. Así, por
ejemplo, en los mamíferos dicha presión se
compensa con una tensión sanguínea interna
sustentada por una vasta red de capilares.
La presión atmosférica puede medirse con un
barómetro. En la siguiente figura se ilustra el
principio de un barómetro de mercurio.
Tal dispositivo fue inventado por el
Evangelista Torricelli (1608 − 1647), el sucesor
de Galileo como profesor de matemáticas en la academia de Florencia. Un
barómetro simple consiste en un tubo lleno de mercurio que se invierte dentro
de un depósito. Algo de mercurio sale del tubo hacia el depósito, pero en el
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 19
tubo queda una columna sostenida por la presión del aire sobre la superficie
del depósito. Este dispositivo se considera un manómetro de tubo cerrado; la
presión que mide es únicamente la presión atmosférica, porque la presión
manométrica (la presión por arriba de la presión atmosférica) es cero.
Entonces, la presión atmosférica es igual a la presión debida al peso de la
columna de mercurio, es decir:
𝑃𝑎 = 𝜌𝑔ℎ
Una atmósfera estándar se define como la presión que sostiene una columna
de mercurio de exactamente 76 𝑐𝑚 de altura al nivel del mar a 0°𝐶.
Los cambios de presión atmosférica pueden observarse como cambios en la
altura de una columna de mercurio. Tales cambios se deben primordialmente
a masas de aire de alta y baja presión que viajan por la superficie terrestre.
La presión atmosférica suele informarse en términos de la altura de la
columna del barómetro, y los pronósticos meteorológicos indican que el
barómetro está subiendo o está bajando. Es decir:
1𝑎𝑡𝑚(𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥. 101 𝑘𝑃𝑎) = 76 𝑐𝑚𝐻𝑔 = 760𝑚𝑚𝐻𝑔 = 29.92 𝑖𝑛𝐻𝑔
La presión atmosférica se define también como el peso por unidad de
superficie que ejerce el aire sobre los cuerpos situados en la atmósfera. Esta
presión se detecta en los fenómenos cotidianos de la naturaleza. Así, por
ejemplo, al pegar una ventosa sobre una superficie lisa sin que quede aire
encerrado en su interior, la presión atmosférica la mantiene firmemente
adherida, de manera que no cae por su peso.
En resumen la presión atmosférica se mide como una altura equivalente a
76𝑐𝑚 de mercurio. Así pues: 𝑝𝑎𝑡𝑚 = 𝜌𝑔ℎ. La unidad 𝑁
𝑚2 se llama pascal
(símbolo 𝑃𝑎). Por lo que: 1𝑎𝑡𝑚 = 101.292𝑁
𝑚𝑡2 =𝑃𝑎.
Medición de presión:
En un manómetro de tubo abierto, la presión de gas en el recipiente se
equilibra con la presión de la columna de líquido, y con la presión
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 20
atmosférica que actúa sobre la superficie abierta del líquido. La presión
absoluta del gas es igual a la suma de la presión atmosférica (𝑝𝑎) 𝜌𝑔ℎ y
la presión manométrica.
Un medidor de presión de neumáticos mide presión manométrica, la
diferencia de la presión dentro del neumático y la presión atmosférica:
𝑝𝑚𝑎𝑛 = 𝑝 + 𝑝𝑎 De esta manera, si el medidor indica 200 𝑘𝑃𝑎 (30 𝑙𝑏
𝑖𝑛2 ), la
presión real dentro del neumático es 1 𝑎𝑡𝑚 más alta, es decir, 300 𝑘𝑃𝑎
Un barómetro es un manómetro de tubo cerrado que se expone a la
atmósfera y, por lo tanto, sólo marca presión atmosférica.
Evaluación del contenido:
Unidad 1: Mecánica de los Fluidos
Lic. Juan Carlos Pérez Majano Ciclo 01-2015 21
1. Realice una lectura analítica y comprensiva sobre efectos
de la presión que se encuentra en el aula virtual.
2. Investigue que es presión: atmosférica, manométrica,
absoluta y de un ejemplo de cada una de ellas.
3. Porque es importante la presión atmosférica para el diario vivir de los
seres vivos.
4. Elabore dos dibujos los cuales representen la utilización de la 𝑃𝑎.