Presión Hidrostática: ¿Qué es y cómo se calcula?

Vamos a hablar en este post sobre la presión hidrostática. ¿Qué es y cómo se calcula? ¿En qué consiste? ¿Por qué es tan relevante estudiarla? Todos estos son aspectos que es necesario tenerles  en cuenta. Se trata de un tipo de presión muy especial, ya que afecta los estanques de agua, peceras, la actividad de los submarinos  y el diseño de envases en general.

Vale decirse que existen ciertas características de la presión de este tipo que es necesario dominar para poder entenderla. Quizás, lo primero que se debe dejar en claro es que se trata de una presión que aparece cuando el líquido o fluido está completamente estático.  Por ende, no es necesario que se apliquen fuerzas externas o que aparezca algún movimiento.  Es decir, es un tipo de presión que el líquido siempre desarrolla al estar estático.

Otro dato importante es que se trata de una presión que tiende a ir hacia afuera en el caso de un líquido contenido. Por otra parte, es una presión que se aplica sobre toda la superficie externa de un cuerpo que se encuentra sumergido en un determinado líquido. En tal sentido, se puede decir que una de sus unidades de medida es la cantidad de fuerza (presión) sobre superficie.

Todo lo antes dicho configura un panorama general del tema que hemos decidido plantear en este post. En dado caso, lo primero que deseamos llevar a cabo es definir de manera correcta que lo que es la presión hidrostática. Luego, vamos a detallar la fórmula aritmética para calcularla. Asimismo, nos interesa terminar de dilucidar este tema a nuestros lectores y daremos algunos ejemplos prácticos al respecto.

Sin más que agregar, invitamos a nuestros lectores a que repasen los párrafos a continuación. De esa manera, podrán conocer más acerca del tema que estamos tratando. A fin de cuentas, conocer y dominar la presión hidrostática es de gran utilidad en el mundo de la física y la ingeniería actual. Se trata de un cálculo que debe ser realizado por aquellos ingenieros que se dedican a calcular estanques de represas. Así como para aquellos que deben diseñar naves que deben desplazarse sobre las aguas.

Propiedades de los fluidos

La acción capilar se puede definir como la ascensión de líquidos a través de un tubo delgado, cilindro o sustancia permeable debido a las fuerzas adhesivas y cohesivas que interactúan entre el líquido y la superficie. Cuando el enlace intermolecular de un líquido en sí es sustancialmente inferior a la superficie de las sustancias con las que interactúa, se produce la capilaridad. Además, el diámetro del recipiente así como las fuerzas gravitatorias determinarán la cantidad de líquido elevado.

Las fuerzas cohesivas y adhesivas están asociadas con propiedades a granel (o macroscópicas) y, por lo tanto, los términos no son aplicables a la discusión de propiedades atómicas y moleculares. Cuando un líquido entra en contacto con una superficie (como las paredes de un cilindro graduado o la superficie de una mesa), actuarán sobre él fuerzas cohesivas y adhesivas. Estas fuerzas gobiernan la forma que toma el líquido.

El ángulo de contacto es una de las formas comunes de medir la humectabilidad de una superficie o material. La humectación se refiere al estudio de cómo un líquido depositado sobre un sustrato sólido (o líquido) se esparce o la capacidad de los líquidos para formar superficies límite con estados sólidos. La humectación, como se mencionó anteriormente, se determina midiendo el ángulo de contacto que forma el líquido en contacto con los sólidos o líquidos. La tendencia a la humectación es mayor cuanto menor es el ángulo de contacto o la tensión superficial.

La tensión superficial es la energía, o trabajo, requerida para aumentar el área superficial de un líquido debido a las fuerzas intermoleculares. Dado que estas fuerzas intermoleculares varían según la naturaleza del líquido (p. ej., agua frente a gasolina) o los solutos en el líquido (p. ej., tensioactivos como el detergente), cada solución exhibe diferentes propiedades de tensión superficial.

Con el 70% de nuestra tierra siendo agua de océano y el 65% de nuestros cuerpos siendo agua, es difícil no darse cuenta de lo importante que es en nuestras vidas. Hay 3 formas diferentes de agua, o H2O: sólido (hielo), líquido (agua) y gas (vapor). Debido a que el agua parece tan omnipresente, muchas personas desconocen las propiedades inusuales y únicas del agua, que incluyen:

La presión es la fuerza promedio que el material (gas, líquido o sólido) ejerce sobre la superficie, por ejemplo, las paredes de un recipiente u otro límite de confinamiento. La presión de vapor o presión de vapor de equilibrio es la presión de un vapor en equilibrio termodinámico con sus fases condensadas en un recipiente cerrado. Todos los líquidos y sólidos tienen tendencia a evaporarse o sublimarse en forma gaseosa y todos los gases tienden a condensarse de nuevo a su forma líquida o sólida.

Qué es la presión hidrostática

Podemos afirmar que es aquella que ejerce un líquido o fluido que se encuentra en reposo. Es una presión natural, que el líquido ejerce de manera propia, sin que sea necesario que se aplique una fuerza o movimiento. Hay que agregar que todos los fluidos ejercen presión hidrostática. No existe ningún fluido que no lo haga. Es una fuerza natural e inevitable, al igual que la gravedad.

Desde un punto de vista práctico, podemos decir que se trata de la presión que ejerce un fluido sobre las paredes del fondo del recipiente que lo contiene. Igualmente, es la misma presión que ejerce sobre todo objeto sumergido en dicho fluido. Siempre una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o la superficie del objeto sumergido. Hay que decir que deja de ser una fuerza perpendicular si el fluido empiece estar en movimiento.

¿De qué depende? En buena medida depende de la densidad del fluido en cuestión y de la altura del mismo con referencia al punto de medida. En líneas generales, se puede afirmar que los fluidos más densos tienen mayor capacidad ejercer dicha presión.

Esta es continua y constante. Por ejemplo, dentro de una piscina todas las paredes sufren una presión constante por la fuerza del agua aplicando la presión hidrostática sobre el perímetro de la piscina. Si el fluido se encuentra en reposo, insistimos en que esta presión va ser constante. En cambio, va a variar si empieza a manifestarse cierta cantidad de movimiento. Esto se debe que aparecen vectores con coordenadas que alteran la distribución de las fuerzas.

Qué es la presión hidrostática y para que sirve

Fórmula de la presión hidrostática para calcularla

Se sabe que en la disciplina de la física, se utiliza la matemática para hacer cálculos y determinar la naturaleza y cantidad de una determinada fuerza. Puede considerarse como una fuerza que se ejerce desde un fluido almacenado en un determinado recipiente. Por lo tanto, existe una fórmula aritmética para poder calcularla.

¿Cómo es la fórmula para calcularla? Desde un punto de vista matemático, es bastante sencilla de aplicar. En lo que se debe tener cuidado es en poder comprenderla, saber cómo son sus valores y la manera correcta de utilizarla en un determinado momento. La fórmula te la presentamos a continuación:

P= d x g x h

Como se puede notar, es una fórmula que solamente implica la multiplicación de un conjunto de factores. El asunto es entender correctamente cuáles son los factores involucrados en el cálculo de la presión. Cada uno de ellos los describimos en la siguiente lista:

  • P= es la presión hidrostática propiamente dicha, la cual se suele medir en “pascales”. Un pascal es una unidad de medida que equivale a la presión que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre 1 metro cuadrado, siendo esta fuerza perpendicular a la superficie indicada.
  • d = es la densidad del líquido o fluido que ejerce presión sobre las paredes de su contenedor u objetos sumergido en su interior. Esta densidad se mide en unidades de fuerza sobre metro cuadrado.
  • g= es la aceleración de la gravedad, medida en metros sobre segundo cuadrado. Estas una constante muy utilizada en la física convencional.
  • h= es la altura del fluido que está contenido. Como ya mencionamos antes, suele ocurrir que la presión hidrostàtic aumenta a medida que la altura del fluido es mucho mayor.

Algunas personas, para ser más precisos, le agregan a esta fórmula una sumatoria. Al resultado de la multiplicación antes indicada, le suman la presión atmosférica.

Como se puede notar, lo importante es conocer cuáles valores de cada una de las variables que forman parte de la fórmula. Del resto, es una simple elemental multiplicación que cualquier persona puede hacer con los rudimentos matemáticos que se obtienen en la escuela.

Ejemplos de la presión hidrostática

Son muchos los ejemplos de nuestro derredor donde se aplica es concepto. Tan solo vamos a dar algunos ejemplos al respecto, pero insistimos en que se trata de un tipo de fuerza bastante común en el entorno. Por ello, invitamos a nuestros lectores a que vean el entorno en el cual se mueven y se desenvuelven; así se percatarán de que esta presión  es algo bastante  cotidiano.

  • En cualquier tanque de agua, el cual debe ser calculado para que sus paredes resistan la presión del líquido que contiene.
  • Cuando los buzos bajan a grandes profundidades en el mar, sus trajes y cuerpos deben soportar una enorme presión.
  • La coraza de los submarinos debe estar diseñada para soportar la presión del mar, de lo contrario colapsarían durante la navegación.
  • En una piscina, el agua contenida hace presión hacia los laterales de la misma. Por ello, sus paredes deben soportar esta fuera.
  • Las paredes de una represa deben soportar la presión del agua, ya que de lo contrario sus paredes se agrietarían.
  • Las llantas de un auto han de soportar la presión del aire que tienen en su interior.
  • Una botella de gaseosa soporta una doble presión: del líquido y del gas agregado al mismo. Por ello, muchas veces cuando estas botellas se vacían tienen un aspecto “desinflado”.
  • Todos los niños y adultos alguna vez en su vida han inflado un globo. En dado caso, es la presión del aire en el interior del globo lo que hace que el mismo se infle. Es de apreciar que el material del globo no soporta dicha presión, pues se deforma e incluso estalla si la cantidad de aire es demasiada.

Muchas veces se habla de líquidos para entender este tipo de presión. No obstante, sucede que el término más adecuado es fluido. En el caso del globo que acabamos de mencionar, el aire no es un líquido pero si fluye. Por ello, es capaz de dar este tipo de presión. Y que todo fluido tiende a seguir fluyendo, y al estar estático sustituye su movimiento por una presión lateral. Esto es algo que ocurre en todo fluido que queda almacenado en un recipiente o espacio bordeado de límites.

Con todo lo que hemos mencionado esperamos que nuestros lectores hayan entendido mejor el tema. No cabe duda que es un asunto medular en la física de la ingeniería. Muchos cálculos estructurales se hacen teniendo en cuenta esta presión. Por ejemplo, se usa cuando se hacen construcciones que tienen su base sumergida en pilotes subacuáticos. Por todos estos motivos, es necesario conocer y dominar sus conceptos.

Ejercicios de presión hidrostática para 4º ESO

1-. Si la densidad del plomo equivale a 11,35 gramos por cm3 ¿Sabrías decir cuál es el volumen en m3 que ocupan 200 kg de plomo?

2- Si el corcho tiene una densidad de 240 kg/m3 ¿Sabrías decir cuál es el volumen que llegaría a ocupar 5 kg de corcho?

3- Siguiendo los datos del ejercicio 2, ¿Sabrías decir cuál es el peso de 300 dm3 de corcho?

4- Imagínate que el agua que está dentro de la bañera alcanza una los 25 cm, el tapón tiene un radio de 2 cm ¿Qué superficie ocupará el tapón?

5- Ante ti tienes un cilindro con un diámetro que alcanza los 35 cm y un peso de 4 kg. Al apoyarlo sobre una de las bases del cilindro ¿Qué presión crees que hará sobre el suelo?

6- Si la densidad del agua del mar es de 1,025 Kg/l y la presión atmosférica es de 101325 Pa, calcula cuál será la presión que soporta un buzo cuando se encuentra sumergido en el mar a 8 metros de profundida.

7- Elige una opción. ¿Quién crees que ejerce más presión sobre el suelo? Un rinoceronte de una tonelada que se apoya solo sobre una de sus patas de 250 cm2 de superficie o una bailarina de ballet que pesa 50 kg pero apoya su cuerpo solo sobre la punta de uno de sus pies que tiene un tamaño de 3 cm2 de superficie.

2 comentarios en «Presión Hidrostática: ¿Qué es y cómo se calcula?»

  1. disculpen creo se equivoco con la definicion de la densidad, la densidad se calcula con masa que es medida en kilogramos sobre volumen que es representado por metro al cubo

    Responder

Deja un comentario