¿Cómo varia la presión con la profundidad?... Ley de Pascal

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¡Hola querida comunidad de hive, reciban todos un cordial saludo! Es un placer para mí saludarles una vez más. En la publicación anterior comencé un tema muy interesante y que en lo personal me parece muy bonito, se trata de la mecánica de fluidos, conocimos que es y también desarrollamos el concepto de presión, el día de hoy profundizaremos temas como profundidad, presión y Ley de Pascal, además de conocer diversas aplicaciones que este tema tiene en la cotidianidad.

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Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.

Alguna persona que haya practicado en cualquier momento buceo, sabrá que la presión del agua varía con la profundidad, es decir que aumenta. De igual manera muchos sabemos que la presión atmosférica disminuye con el incremento de la altitud, es por tal motivo que las naves que vuelan a muy altas altitudes deben poseer cabinas presurizadas.

Estos ejemplos nos llevan a deducir que existe una relación general entre la presión en cualquier punto de un fluido en reposo y la altura. Es por ello, que la densidad es un elemento que juega un papel primordial en este punto, sabiendo que la misma se define como la razón entre la masa por unidad de volumen, podemos suponer o tratarla como uniforme en este caso, es decir, que no varía. Del mismo modo la gravedad posee un mismo valor en todo el fluido. Si el fluido a estudiar se encuentra en equilibrio, quiere decir que cada elemento de volumen se encuentra en equilibrio.

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Visualicemos un objeto delgado sumergido en un cilindro con agua, el mismo se encuentra a una altura dy, las superficies del objeto tienen un área A que se sumerge a profundidad d de d + h. El líquido dentro del cilindro ejerce una fuerza sobre el objeto que se encuentra sumergido, la cual es perpendicular a la superficie. La presión que ejerce el líquido sobre la parte superior del objeto es P, y la que ejerce en la parte inferior es Po. Es por ello, que la fuerza hacia arriba que ejerce el fluido tiene una magnitud PA y la fuerza ejercía hacia abajo PoA. Si la masa del liquido es M = ρV = ρAh ; esto quiere decir que, el peso del liquido dentro del cilindro es Mg = ρAhg. Como el cilindro se encuentra en equilibrio, la fuerza neta que actúa sobre el debería ser cero, entonces tenemos que:

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O también

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Lo que quiere decir, que “la presión P a una profundidad h debajo de un punto del liquido al cual la presión es Po es mayor a una cantidad ρgh Serway y Jewett (2005). Lo que también se puede resaltar es que si el líquido se encuentra abierto a la atmosfera y Po es la presión en la superficie del líquido, entonces Po es la presión atmosférica. En la mayoría de los casos se toma la presión atmosférica como:

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Es importante resaltar que la presión P a una profundidad h es mayor que la presión Po . También es bueno notar que la presión es la misma en dos puntos distintos situados al mismo nivel del fluido y que la forma del recipiente no importa.

También podemos deducir que si se aumenta la presión Po , utilizando un pistón que presione herméticamente en el recipiente, cuando se empuja contra la superficie del fluido, la presión P en cualquier profundidad aumenta exactamente en la misma cantidad. Este hecho fue estudiado por el científico francés Blaise Pascal en 1953 y lo enuncio como la conocida Ley de Pascal, a cual establece que:

La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y las paredes del recipiente. Zemansky (2009)

La principal aplicación de la ley de Pascal es la prensa hidráulica, la cual consta de un pistón de área transversal A1 que ejerce una fuerza F1 sobre la superficie de un liquido, en este caso es aceite. La presión que se aplica es

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Dicha presión se transmite mediante el tubo conector a un pistón mayor de área A2, esto quiere decir que la presión aplicada es la misma en ambos cilindros.

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Fuente

El elevador hidráulico es un dispositivo utilizado en la industria automovilística, el mismo es un multiplicador de la fuerza, el cual es igual al cociente de las aéreas de los pistones.

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Fuente

Los frenos hidráulicos, las sillas de los odontólogos, los gatos hidráulicos para levantar los carros y los montacargas de horquilla, también trabajan bajo el principio de la ley de Pascal.

Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.


Referencias

Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I. México: International Thomson Editores, S.A

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.

Nota: Los diagramas presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.


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Saludos @hannymarchan. Sin duda que este principio tiene una importante aplicación, tanto en la mecánica vehicular como industrial los gatos hidráulicos como les decimos son esenciales para manejar las cargas y pesos con mayor facilidad.

Hola @emiliomoron... Este es un contenido muy importante y también muy bonito, tiene diversas aplicaciones en la industria automovilística como también en la medicina.

Gracias por pasar por aquí y dejar tus aportes

Hola amiga @hannymarchan.

Estos principios de presión son muy importantes en la ingeniería, en lo particular por ejemplo en la industria petrolera específicamente en el área de perforación de pozos, se emplea el termino de presión hidrostática para calcular la presión del fluido de perforación en condiciones estáticas, y se calcula de la siguiente manera:

Ph = 0,052 x TVD x Densidad del fluido

El 0,052 es el factor de conversión para que cuando se introduzca la profundidad del pozo (TVD) en pie y la densidad del fluido en Libras / galón, la presión pueda dar en Lbsf/pulgadas cuadradas o lo que es lo mismo PSI.

Es por ello que desde un inicio de la lectura me sentí muy identificado con este artículo, excelente amiga, felicitaciones y continua con el buen trabajo. Saludos.

Hola @carlos84, tienes mucha razón, los principios de la Ley de Pascal tienen aplicabilidad en la ingeniería, la construcción, la medicina y en muchos campos mas.

Me alegra mucho que disfrutaste de la lectura y te sintieras identificado, agradecida con la breve explicación del calculo de presión del fluido de perforación... Gracias por comentar y leer este post.