La presión hidrostática es parte de los fundamentos básicos que entran entre los estudios de la materia y energía por parte de la física. Este fundamento también es parte de la rama de la mecánica donde se estudia sobre el movimiento y reposo de los cuerpos, la fuerza aplicada en cuerpos y poco más. Y su principal función es el estudio de los fluidos en estado de reposo.
Hoy en día, la hidrostática sigue siendo una materia que ofrece sólidas bases para avanzar sobre complejos temas físicos que permiten que el humano pueda hacer uso de ellos y aplicarlos en su vida diaria para simplificar trabajos pesados. Es aquí donde la hidrostática ayuda no sólo a calcular la presión que puede soportar un ser humano sumergido en el mar, sino explicar hasta qué punto se ejerce presión en un determinado cuerpo a causa del líquido que le rodea.
Gracias a esto, la hidrostática pasa a un campo de estudio más complejo en la física termodinámica bajo la denominación de “presión hidrostática”, la cual será desarrollada y explicada a continuación.
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¿Qué es?
Se entiende por aquella presión que ejerce un fluido en reposo sobre sí mismo en consecuencia de su propio peso. Teniendo en cuenta esto, la presión hidrostática también indica que la presión en cualquier punto interior de un fluido es proporcional a la gravedad, la densidad y la profundidad en la que se encuentre un objeto.
Lo cual nos dice dos puntos importantes: la presión es ejercida de forma natural sin que un medio externo influya sobre ella y todos los fluidos pueden producir presión hidrostática. Naturalmente, estos conceptos ayudan al hombre a entender situaciones como, por ejemplo: cuando una persona entra a una piscina y comienza a descender hasta el fondo.
En el momento del descenso la persona puede percibir el aumento de la presión hidrostática en sus oídos y esto puede indicar hasta qué punto el humano puede soportar dicha presión provocada por el fluido en reposo que, en este caso, es la piscina. Y este ejemplo también es aplicable durante las pruebas de submarinos, los cuales deben estar correctamente construidos para soportar grandes cantidades de presión.
¿Cómo se provoca la presión hidrostática?
La presión sucede cuando un objeto es introducido en un recipiente lleno de un determinado fluido que debe encontrarse completamente estático, el cual genera presión desde el fondo del recipiente y sobre la superficie del objeto que se introdujo.
Para este punto, dos tipos de fuerzas se ejercen sobre el objeto y, si se suma el estado en reposo de todo el fluido, se provocará una fuerza que irá de forma perpendicular a las paredes del recipiente o, en algunos casos, a la superficie del objeto previamente introducido.
Por último, se tiene que el peso ejercido por el fluido aumentará en relación a la profundidad a la que el objeto llegue en el recipiente, dando lugar a la presión hidrostática esperada. Es importante recalcar que la presión puede manifestarse de forma variable, ya que un determinado objeto provoca que el fluido en reposo no ejerza una presión constante en todo su perímetro, con lo cual se altera la distribución de las fuerzas.
¿Cómo se calcula la presión hidrostática?
La física, al igual que la química, son ramas de la ciencia que están acompañadas de las matemáticas para ayudar a la formulación de cálculos complejos, como es el presente caso para determinar la presión hidrostática donde intervienen elementos como la gravedad, la densidad del líquido y la profundidad que deben ser objetos de cálculos para fluidos que se encuentren en recipientes u otros casos.
La fórmula está compuesta por la siguiente expresión algebraica:
P = d x g x h
Es importante conocer la estructura de cada término que compone la expresión para identificar correctamente aquellos valores que deben ser introducidos dentro de la expresión. Se tiene entonces que:
P: es la presión hidrostática que deberá ser expresada en la unidad de medición “pascales”. El pascal es una nueva unidad de medición que consta de 1 Newton entre metro cuadrado.
d: representa la densidad del fluido y se expresa en unidades de fuerza sobre metro al cuadrado.
g: indica una constante que expresa la aceleración de la gravedad en la Tierra la cual es 9,80665 m/s al cuadrado.
h: hace referencia a la altura o profundidad del recipiente en el cual se encuentre el líquido a ser calculado. Se expresa usando la unidad de “metros” del sistema internacional, por lo que, si la profundidad es dada en “centímetros”, se debe realizar la conversión pertinente para su cálculo.
¿En cuáles situaciones se aplica el cálculo?
La presión hidrostática se encuentra presente en todos aquellos objetos que hagan uso de los fluidos que, generalmente, se asocia a recipientes, tanques y grandes contenedores con altas cantidades de fluidos líquidos en su interior. Pero, no solamente los fluidos de tipo líquido generan presión, también lo hacen los fluidos de tipo gaseosos. Algunos de los escenarios comunes donde se puede observar la presión hidrostática son los siguientes:
Neumáticos de coche: son fabricados para soportar una gran presión de aire, pues al ser inyectado el aire en la llanta, debe ser capaz de mantener en su interior la presión generada por las fuerzas involucradas.
Represas: las represas son conocidas por su grandes y robustas paredes de concreto, las cuales están diseñadas para soportar la presión del agua que puede encontrarse en estado constante donde hay una presión uniforme como en estados de variaciones, donde la fuerza es distribuida en varias direcciones.
Tanques de agua: existen una gran variedad de tanques de agua, desde los fabricados con plástico hasta hechos con concreto. Sea cual sea la forma, es importante calcular la resistencia máxima que puede aguantar estos tanques respecto a la presión generada por el agua a almacenar en su interior.
Globos inflables: es uno de los contenedores de presión hidrostática más prácticos y más débiles respecto a la presión que pueden soportar. Los globos, cuando el aire es introducido, genera una determinada presión que ayuda a expandir el contenedor del aire, el cual fácilmente puede romperse si se ingresa una presión de aire superior a la que pueda contener en su interior.