¿Qué es la Física Hidráulica?; Ramas Fundamentales: Estática y Dinámica; Principios de la Hidrostática; Principios de la Hidrodinámica; Aplicaciones en la Ingeniería y Vida

Física Hidráulica

Física

Física Hidráulica

Comprendiendo el comportamiento de los líquidos en reposo y movimiento.

Agenda

• ¿Qué es la Física Hidráulica?

• Ramas Fundamentales: Estática y Dinámica

• Principios de la Hidrostática

• Principios de la Hidrodinámica

• Aplicaciones en la Ingeniería y Vida

¿Qué es la Física Hidráulica?

La Física Hidráulica es la rama de la física que estudia el comportamiento mecánico de los fluidos (líquidos y gases) tanto en estado de reposo (hidrostática) como en movimiento (hidrodinámica), analizando las fuerzas y energías involucradas. Sus principios son fundamentales para entender fenómenos como la presión en tuberías, el funcionamiento de presas o el diseño de sistemas de frenos hidráulicos.

Demostración de flujo de fluidos en hidrodinámica por un profesor

Hidrostática

Hidrodinámica

Estudia fluidos en reposo. Analiza la presión, flotación y equilibrio. Fundamental para comprender la estabilidad de estructuras sumergidas y la transmisión de fuerzas.

Examina fluidos en movimiento. Se enfoca en el flujo, velocidad, y energía. Es crucial en el diseño de tuberías, aeronaves y sistemas de bombeo.

Hidrostática: Fundamentos

La hidrostática estudia los líquidos en reposo. Analiza la presión que ejercen y las fuerzas que actúan sobre ellos, crucial para entender principios como la flotación.

Ilustración de un experimento de presión hidrostática en laboratorio.

Presión Hidrostática

• Fuerza por el peso de un fluido.

• Actúa en todas direcciones.

• Aumenta con la profundidad y densidad.

• Independiente de la forma del recipiente.

Fórmula de Presión Hidrostática

La presión hidrostática, $P$, en un fluido estático se calcula como $P = \rho \cdot g \cdot h$. Aquí, $\rho$ es la densidad del fluido, $g$ la aceleración de la gravedad y $h$ la profundidad. Esta fórmula es fundamental para entender la presión bajo el agua.

Balanza de laboratorio para medir densidad de fluidos.

Presión en Profundidad

La presión hidrostática aumenta linealmente con la profundidad debido al peso de la columna de fluido. Se calcula como P = ρgh.

Buceador con manómetro: presión hidrostática en profundidad

Principio de Pascal

El Principio de Pascal establece que un cambio de presión en un fluido incompresible y confinado se transmite íntegramente a cada punto del fluido y a las paredes del recipiente. Esto es fundamental para sistemas hidráulicos.

Coche en elevador hidráulico: demostración de principios de física hidráúlica.

Transmisión de Fuerza

• Principio de Pascal: presión constante en fluido.

• Fuerza pequeña -> fuerza grande (multiplicación).

• Área mayor = fuerza mayor.

• Aplicaciones: frenos hidráulicos, prensas, elevadores.

Aplicación: Prensa Hidráulica

La presión aplicada en un fluido incompresible se transmite integralmente.

Funcionamiento Clave

Una fuerza pequeña genera una fuerza mayor en un área más grande.

Usos Prácticos

Se emplea en frenos, elevadores, y maquinaria industrial pesada.

Frenos y Gatos Hidráulicos

Estos sistemas utilizan el Principio de Pascal, donde una pequeña fuerza genera una gran presión para levantar cargas pesadas o detener vehículos.

Frenos y gatos hidráulicos: la física detrás del mantenimiento del coche

El Principio de Arquímedes

Fuerza de Empuje (E)

Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba. Esta fuerza es igual al peso del volumen de fluido desalojado por el cuerpo. Es fundamental para entender la flotación.

La fuerza de empuje (E) actúa siempre verticalmente hacia arriba. Se calcula como E = ρ_fluido * g * V_desalojado. Es crucial para el diseño de barcos y submarinos.

Flotación y hundimiento: Densidad y empuje en acción

Empuje y Desalojo

• Empuje: fuerza hacia arriba de un fluido.

• Principio de Arquímedes: empuje = peso fluido desalojado.

• Flotación: objeto menos denso que el fluido.

• Hundimiento: objeto más denso que el fluido.

Los barcos flotan porque el Principio de Arquímedes establece que el empuje ascendente iguala el peso del agua desplazada. Esto contrarresta su peso total.

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