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La estática de fluidos




Enviado por dancona



Partes: 1, 2

    1. Introducción

    La estática
    de fluidos estudia el equilibrio de
    gases y
    líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de
    presión
    se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de
    Pascal y el de
    Arquímedes pueden considerarse
    consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los
    líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos
    tipos de fluidos tengan algunas características
    diferentes. En la atmósfera se dan los
    fenómenos de presión y de empuje que pueden ser
    estudiados de acuerdo con los principios de la
    estática de gases.

    Se entiende por fluido un estado de la
    materia en el
    que la forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a
    la del recipiente que los contiene. La materia fluida puede ser
    trasvasada de un recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad
    de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos
    tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante
    que no puede mortificarse apreciablemente por compresión.
    Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los segundos no
    tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que
    los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de
    los líquidos, sí pueden ser comprimidos.

    El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto
    de la estática de fluidos, una parte de la física que comprende
    la hidrostática o estudio de los líquidos en
    equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en
    equilibrio y en particular del aire.

    2. La densidad de los
    cuerpos

    Densidad

    Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su
    volumen. Estos dos atributos físicos varían de un
    cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma
    naturaleza,
    cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa del cuerpo
    considerado. No obstante, existe algo característico del
    tipo de materia que compone al cuerpo en cuestión y que
    explica el porqué dos cuerpos de sustancias diferentes que
    ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa.

    Aun cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen son
    directamente proporcionales, la relación de
    proporcionalidad es diferente para cada sustancia. Es
    precisamente la constante de proporcionalidad de esa
    relación la que se conoce por densidad y se representa por
    la letra griega

    m = cte · V

    es decir:

    m = · V

    Despejando de la anterior ecuación resulta:

    ecuación que facilita la definición de y
    también su significado físico.

    La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un
    volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el
    cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es decir
    kg/m3.

    A diferencia de la masa o el volumen, que dependen de cada
    objeto, su cociente depende solamente del tipo de material de que
    está constituido y no de la forma ni del tamaño de
    aquél. Se dice por ello que la densidad es una propiedad o
    atributo característico de cada sustancia. En los
    sólidos la densidad es aproximadamente constante, pero en
    los líquidos, y particularmente en los gases, varía
    con las condiciones de medida. Así en el caso de los
    líquidos se suele especificar la temperatura a
    la que se refiere el valor dado
    para la densidad y en el caso de los gases se ha de indicar,
    junto con dicho valor, la presión.

    3. Densidad y peso
    específico

    La densidad está relacionada con el grado de
    acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo
    general, más denso que otro más disperso), pero
    también lo está con el peso. Así, un cuerpo
    pequeño que es mucho más pesado que otro más
    grande es también mucho más denso. Esto es debido a
    la relación P = m · g existente entre masa y peso.
    No obstante, para referirse al peso por unidad de volumen la
    física ha introducido el concepto de peso
    específico pe que se define como el cociente entre
    el peso P de un cuerpo y su volumen

    El peso específico representa la fuerza con que
    la Tierra
    atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.

    La relación entre peso específico y densidad es
    la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:

    siendo g la aceleración de la gravedad.

    La unidad del peso específico en el SI es el N/m3.

    4. Densidad relativa

    La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su
    densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como
    referencia o patrón:

    Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia
    patrón el agua cuya
    densidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m3. Para gases la
    sustancia de referencia la constituye con frecuencia el aire que
    a 0 ºC de temperatura y 1 atm de presión tiene una
    densidad de 1,293 kg/m3. Como toda magnitud relativa, que se
    obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad
    relativa carece de unidades físicas.

    5. El fundamento del
    densímetro

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