Presión, principio de Pascal y empuje
4.º de ESORuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Calcular presión como fuerza por superficie y presión hidrostática a una profundidad.
- Aplicar el principio de Pascal a sistemas hidráulicos sencillos.
- Calcular el empuje de Arquímedes y predecir equilibrio, ascenso o descenso.
Antes de empezar
- Distinguir fuerza y presión.
- Calcular densidades y volúmenes.
- Representar peso y empuje como fuerzas opuestas.
La misma fuerza puede producir presiones distintas
La presión describe cómo se reparte una fuerza sobre una superficie. Una fuerza concentrada en un área pequeña produce más presión que la misma fuerza distribuida.
En un fluido en reposo, la presión actúa en todas direcciones sobre cualquier superficie de contacto.
Presión
- p = F/S; 1 Pa = 1 N/m²
- La fuerza usada es la componente perpendicular a la superficie. El área debe expresarse en metros cuadrados para obtener pascales.
Presión hidrostática
- pmanométrica = ρgh
- La presión debida a una columna de líquido aumenta con densidad y profundidad vertical h. No depende de la forma total del recipiente. La presión absoluta suma además la presión que actúa sobre la superficie, normalmente la atmosférica.
Principio de Pascal
Un cambio de presión aplicado a un fluido confinado se transmite por todo el fluido. En un sistema ideal, F₁/S₁ = F₂/S₂.
Una prensa puede aumentar la fuerza a costa de que el émbolo pequeño recorra más distancia: no crea energía ni trabajo de la nada.
Principio de Arquímedes
- E = ρfluido g Vsumergido
- El empuje hacia arriba equivale al peso del fluido desalojado. Se usa el volumen realmente sumergido. Si el cuerpo flota en equilibrio, el empuje iguala a su peso; no es necesario que todo el cuerpo esté bajo el líquido.
Decidir qué fórmula describe el caso
- Si se reparte una fuerza sobre un área, usa F/S.
- Si se compara profundidad en un líquido, usa ρgh.
- Si hay émbolos conectados, iguala presiones y conserva el trabajo ideal.
- Si un cuerpo desplaza fluido, calcula el empuje y compáralo con el peso.
Presión a tres metros en agua
Calcula la presión manométrica a 3,0 m con ρ = 1000 kg/m³ y g = 9,8 m/s².
- p = ρgh.
- p = 1000 × 9,8 × 3,0 Pa.
- La presión atmosférica no se suma porque se pide la manométrica.
p = 29 400 Pa = 29,4 kPa.
Compruébalo ahora
Una prensa ideal tiene áreas de 0,010 m² y 0,080 m². Si se aplican 150 N al émbolo pequeño, calcula presión transmitida y fuerza en el grande.
Ver solución explicada
Respuesta: p = 15 000 Pa; F₂ = 1200 N.
p = 150/0,010 = 15 000 Pa; F₂ = pS₂ = 15 000 × 0,080 = 1200 N.
Calcula la presión manométrica a 2,0 m de profundidad en agua usando ρ = 1000 kg/m³ y g = 9,8 m/s².
Ver solución explicada
Respuesta: 19 600 Pa, es decir, 19,6 kPa.
p = ρgh = 1000 × 9,8 × 2,0 = 19 600 Pa.
Un bloque de volumen 0,00250 m³ está totalmente sumergido en agua. Calcula el empuje con g = 9,8 m/s². Si pesa 20,0 N y se suelta, ¿qué hará inicialmente?
Ver solución explicada
Respuesta: E = 24,5 N; ascenderá inicialmente.
E = 1000 × 9,8 × 0,00250 = 24,5 N. Como el empuje supera al peso en 4,5 N, la resultante inicial es hacia arriba.
Alineación curricular y fuentes
- Física y Química · cuarto curso · bloque D: presión en líquidos y gases y principios fundamentales del comportamiento de los fluidos. · Real Decreto 217/2022, currículo básico de ESO
Cuando lo tengas claro
Practicar esto: Calcular la presión hidrostática y aplicar el principio de PascalPracticar esto: Calcular el empuje y decidir si un cuerpo flotaDiagramas de fuerzas, dinámica y gravitaciónTrabajo, potencia, energía mecánica y calor