2. Presión en los líquidos
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¿Qué es la presión hidrostática?
Ya sabes que un sólido ejerce una fuerza igual a su peso sobre la superficie que lo soporta. Los líquidos también pesan; por tanto, ejercerán una fuerza sobre la base del recipiente que los contiene. Pero, a diferencia de los sólidos, los líquidos ejercen fuerzas sobre las paredes del recipiente que los contiene, fuerzas que son perpendiculares a dichas paredes. Este hecho se puede comprobar si se llena una botella de plástico con agua y se agujerea en diferentes puntos con una aguja: el agua sale a chorros de la botella por los agujeros, perpendicularmente a la superficie.
La existencia de dichas fuerzas indica que los líquidos ejercen una presión no sólo sobre el fondo del recipiente que los contiene, también sobre las paredes. A la presión ejercida por los líquidos se le denomina presión hidrostática.
Características de la presión hidrostática
- Actúa en todas direcciones.
Es decir un líquido ejerce presión sobre cualquier superficie con la que esté en contacto tal y como has podido apreciar en la imagen anterior.
- Aumenta con la profundidad.
Esta afirmación puedes comprobarla en el vídeo anterior. Observa que el agua que sale por el orificio inferior llega más lejos: tiene mayor alcance ya que la presión ejercida por el agua en este punto de mayor profundidad es más grande.
- Depende de la densidad del líquido.
La presión se debe al peso del líquido, por lo que cuanto más denso sea el líquido mayor será la presión que ejercerá.
Ecuación fundamental de la hidrostática
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Ahora vas a ver la dependencia numérica de la presión hidrostática con la densidad del líquido y la profundidad. Con ese fin, fíjate en el cilindro de la imagen, de radio r y que contiene un líquido de densidad d hasta una altura h.
Debes tener en cuenta que el recipiente es ideal y no tiene peso, por lo que la presión la ejerce solamente el líquido.
Como sabes, el volumen del cilindro es el área de su base por la altura: V=Sh
Teniendo en cuenta que la densidad es la relación entre masa y volumen (d=m/V), la masa de líquido que hay en el cilindro es m=dV, es decir, m=dSh. Y la fuerza que ejerce el líquido sobre la base del recipiente es su peso, F=mg=dShg.
En resumen, la presión hidrostática, que es la relación entre la fuerza realizada y la superficie sobre la que se ejerce es:
Actividad
La presión hidrostática
La presión hidrostática depende de la naturaleza del líquido (densidad), de la profundidad (h) y del valor de la aceleración de la gravedad (g), siendo proporcional a cada una de esas magnitudes.
P = dgh
Ejemplo o ejercicio resuelto
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El agua de la botella
Explica por qué los chorros de agua tienen diferente alcance, y por qué ese alcance va disminuyendo conforme se vacía la botella.
AV - Reflexión
El submarino
Utiliza el siguiente simulador para ordenar razonadamente las densidades de los cuatro líquidos en los que supuestamente se sumerge el submarino. Teniendo en cuenta que la densidad del agua es de 1 kg/litro, y que, como puedes ver con el simulador de unidades de presión, 1 bar equivale a 100000 pascales (105 Pa):
a) Comprueba la fórmula de la presión hidrostática para el agua.
b) Determina los valores de la densidad para los otros tres líquidos.