Monografias | La estática de fluidos

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

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

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

Densidad

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

Aun cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen sondirectamente proporcionales, la relación de proporcionalidad es diferente paracada sustancia. Es precisamente la constante de proporcionalidad de esa relaciónla 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 unvolumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre launidad de masa y la del volumen, es decir kg/m3.

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

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

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

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

siendo g la aceleración de la gravedad.

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

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

Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia patrónel agua cuya densidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m3. Para gases la sustancia dereferencia la constituye con frecuencia el aire que a 0 ºC de temperatura y 1atm 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 relativacarece de unidades físicas.

La determinación de densidades de líquidos tieneimportancia no sólo en la física, sino también en el mundo del comercio y dela industria. Por el hecho de ser la densidad una propiedad característica(cada sustancia tiene una densidad diferente) su valor puede emplearse paraefectuar una primera comprobación del grado de pureza de una sustancia líquida.

El densímetro es un sencillo aparato que se basa en elprincipio de Arquímedes (mas adelante se explica ) . Es, en esencia, unflotador de vidrio con un lastre de mercurio en su parte inferior (que le hacesumergirse parcialmente en el líquido) y un extremo graduado directamente enunidades en densidad. El nivel del líquido marca sobre la escala el valor de sudensidad.

En el equilibrio, el peso P del densímetro será igual al empuje E:

P = E

Si se admite, para simplificar el razonamiento, que su formaes la de un cilindro, E será igual, de acuerdo con el principio de Arquímedes,al peso del volumen V del líquido desalojado, es decir:

donde h es la altura sumergida y S la superficie de la base del cilindro.

Dado que el peso del densímetro es igual a su masa m por la gravedad g,igualándolo al empuje resulta:

es decir:

donde m y S son constantes, luego es inversamente proporcional a la alturasumergida. Midiendo alturas sumergidas pueden, por tanto, determinarsedensidades.

La determinación de la pureza de la leche de vaca es una de las aplicacionesindustriales del densímetro.

Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, losefectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómoesté repartida sobre la superficie del cuerpo. Así, un golpe de martillo sobreun clavo bien afilado hace que penetre mas en la pared de lo que lo haría otroclavo sin punta que recibiera el mismo impacto. Un individuo situado depuntillas sobre una capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igualpeso que calce raquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puedecaminar sin dificultad.

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicadaperpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie sedenomina presión:

La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cadaunidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúasobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea lasuperficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.

 La presión en los fluidos

El concepto de presión es muy general y por ello puedeemplearse siempre que exista una fuerza actuando sobre una superficie. Sinembargo, su empleo resulta especialmente útil cuando el cuerpo o sistema sobreel que se ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propiay constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es más adecuadoutilizar el concepto de presión que el de fuerza.

Cuando un fluido está contenido en un recipiente, ejerce unafuerza sobre sus paredes y, por tanto, puede hablarse también de presión. Siel fluido está en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendicularesa cada porción de superficie del recipiente, ya que de no serlo existiríancomponentes paralelas que provocarían el desplazamiento de la masa de fluido encontra de la hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficiedetermina la dirección de la fuerza de presión, por lo que el cociente deambas, que es precisamente la presión, resulta independiente de la dirección;se trata entonces de una magnitud escalar.

Unidades de presión

En el SI la unidad de presión es el pascal, se representapor Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un newton deintensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metrocuadrado. 1 Pa equivale, por tanto, a 1 N/m2.

Existen, no obstante, otras unidades de presión que sincorresponder a ningún sistema de unidades en particular han sido consagradaspor el uso y se siguen usando en la actualidad junto con el pascal. Entre ellasse encuentran la atmósfera y el bar.

La atmósfera (atm) se define como la presión que a 0 ºCejercería el peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura y 1 cm2 desección sobre su base.

Es posible calcular su equivalencia en N/m2 sabiendo que ladensidad del mercurio es igual a 13,6 · 103 kg/m3 y recurriendo a lassiguientes relaciones entre magnitudes:

Peso (N) = masa (kg) · 9,8 m/s2

Masa = volumen · densidadComo el volumen del cilindro que forma la columnaes igual a la superficie de la base por la altura, se tendrá:

es decir: 1 atm = 1,013 · 105 Pa.

 El bar es realmente un múltiple del pascal y equivalea 105 N/m2. En meteorología se emplea con frecuencia el milibar (mb) o milésimaparte del bar · 1 mb = 102 Pa.

1 atm = 1 013 mb

Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidosen un recipiente las capas superiores oprimen a las inferiores, generándose unapresión debida al peso. La presión en un punto determinado del líquido deberádepender entonces de la altura de la columna de líquido que tenga por encimasuyo.

Considérese un punto cualquiera del líquido que diste unaaltura h de la superficie libre de dicho líquido. La fuerza del peso debido auna columna cilíndrica de líquido de base S situada sobre él puede expresarseen la forma

Fpeso = mg = · V · g = · g · h · S

siendo V el volumen de la columna y la densidad del líquido.Luego la presión debida al peso vendrá dada por:

la presión en un punto

La definición de la presión como cociente entre la fuerza yla superficie se refiere a una fuerza constante que actúa perpendicularmentesobre una superficie plana. En los líquidos en equilibrio las fuerzas asociadasa la presión son en cada punto perpendiculares a la superficie del recipiente,de ahí que la presión sea considerada como una magnitud escalar cociente dedos magnitudes vectoriales de igual dirección: la fuerza y el vectorsuperficie. Dicho vector tiene por módulo el área y por dirección laperpendicular a la superficie.

Cuando la fuerza no es constante, sino que varía de un puntoa otro de la superficie S considerada, tiene sentido hablar de la presión en unpunto dado. Para definirla se considera un elemento de superficie S que rodea alpunto; si dicho elemento reduce enormemente su extensión, la fuerza F que actúasobre él puede considerarse constante. En tal caso la presión en el puntoconsiderado se definirá en la forma matemática

esta expresión, que es la derivada de F respecto de S,proporciona el valor de la presión en un punto y puede calcularse si se conocela ecuación matemática que indica cómo varía la fuerza con la posición.

Si la fuerza es variable y F representa la resultantede todas las fuerzas que actúan sobre la superficie S la fórmula

define, en este caso, la presión media.

Si sobre la superficie libre se ejerciera una presiónexterior adicional po, como la atmosférica por ejemplo, la presión total p enel punto de altura h sería

Esta ecuación puede generalizarse al caso de que se trate decalcular la diferencia de presiones p entre dos puntos cualesquiera del interiordel líquido situados a diferentes alturas, resultando:es deci

que constituye la llamada ecuación fundamental de la hidrostática.

Esta ecuación indica que para un líquido dado y para unapresión exterior constante la presión en el interior depende únicamente de laaltura. Por tanto, todos los puntos del líquido que se encuentren al mismonivel soportan igual presión. Ello implica que ni la forma de un recipiente nila cantidad de líquido que contiene influyen en la presión que se ejerce sobresu fondo, tan sólo la altura de líquido. Esto es lo que se conoce comoparadoja hidrostática, cuya explicación se deduce a modo de consecuencia de laecuación fundamental.

La presión aplicada en un punto de un líquido contenido enun recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes delmismo.

Este enunciado, obtenido a partir de observaciones yexperimentos por el físico y matemático francés Blas Pascal (1623-1662), seconoce como principio de Pascal.

El principio de Pascal puede ser interpretado como unaconsecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácterincompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad esconstante, de modo que de acuerdo con la ecuación p = po + · g · h si seaumenta la presión en la superficie libre, por ejemplo, la presión en el fondoha de aumentar en la misma medida, ya que · g · h no varía al no hacerlo h.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamentaldel principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor susignificado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente seccióncomunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquidoque puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan,respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén encontacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerceuna fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con élse transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido;por tanto, será igual a la presión p2 que ejerce el líquido sobre el émbolode mayor sección S2, es decir:

p1 = p2

con lo que:

y por tanto:

Si la sección S2 es veinte veces mayor que la S1, la fuerzaF1 aplicada sobre el émbolo pequeño se ve multiplicada por veinte en el émbologrande.

La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a lapalanca de Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas yconstituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otrosdispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

Si se tienen dos recipientes comunicados y se vierte un líquidoen uno de ellos en éste se distribuirá entre ambos de tal modo que,independientemente de sus capacidades, el nivel de líquido en uno y otrorecipiente sea el mismo. Éste es el llamado principio de los vasoscomunicantes, que es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática.

Si se toman dos puntos A y B situados en el mismo nivel, suspresiones hidrostáticas han de ser las mismas, es decir:

luego si pA = pB necesariamente las alturas hA y hB de lasrespectivas superficies libres han de ser idénticas hA = hB.

Si se emplean dos líquidos de diferentes densidades y nomiscibles, entonces las alturas serán inversamente proporcionales a lasrespectivas densidades. En efecto, si pA = pB, se tendrá:

Esta ecuación permite, a partir de la medida de las alturas,la determinación experimental de la densidad relativa de un líquido respectode otro y constituye, por tanto, un modo de medir densidades de líquidos nomiscibles si la de uno de ellos es conocida.

Un submarinista se sumerge en el mar hasta alcanzar una profundidad de 100 m.Determinar la presión a la que está sometido y calcular en cuántas vecessupera a la que experimentaría en el exterior, sabiendo que la densidad delagua del mar es de 1 025 kg/m3.

De acuerdo con la ecuación fundamental de la hidrostática

Considerando que la presión po en el exterior es de una atmósfera (1 atm =1,013 · 105 Pa), al sustituir los datos en la anterior ecuación resulta:

p = 1,013 · 105 + 1025 · 9,8 · 100 = 11,058 · 105 Pa

El número de veces que p es superior a la presión exterior po se obtienehallando el cociente entre ambas:

El elevador hidráulico de un garaje funciona mediante unaprensa hidráulica conectada a una toma de agua de la red urbana que llega a lamáquina con una presión de 5 · 105 N/m2. Si el radio del émbolo es de 20 cmy el rendimiento es de un 90 %, determinar cuál es el valor en toneladas de lacarga que como máximo puede levantar el elevador.

De acuerdo con el principio de Pascal:

p1 = p2

que para una prensa hidráulica se transforma en:

En este caso el dato que correspondería al émbolo pequeñode la prensa se facilita en forma de presión, de modo que combinando lasecuaciones anteriores se tiene:

Como el rendimiento es del 90 % el valor efectivo de la cargamáxima expresado en newtons será

Una tonelada métrica equivale al peso de un cuerpo de 1 000kg de masa, es decir:

luego:

Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentanun empuje hacia arriba. Este fenómeno, que es el fundamento de la flotación delos barcos, era conocido desde la más remota antigüedad, pero fue el griegoArquímedes (287-212 a. de C.) quien indicó cuál es la magnitud de dichoempuje. De acuerdo con el principio que lleva su nombre, todo cuerpo sumergidototal o parcialmente en un líquido experimenta un empuje vertical y haciaarriba igual al peso del volumen de líquido desalojado.

Aun cuando para llegar a esta conclusión Arquímedes se apoyóen la medida y experimentación, su famoso principio puede ser obtenido como unaconsecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática. Considérese uncuerpo en forma de paralelepípedo, las longitudes de cuyas aristas valen a, b yc metros, siendo c la correspondiente a la arista vertical. Dado que las fuerzaslaterales se compensan mutuamente, sólo se considerarán las fuerzas sobre lascaras horizontales.

La fuerza F1 sobre la cara superior estará dirigidahacia abajo y de acuerdo con la ecuación fundamental de la hidrostática sumagnitud se podrá escribir como :

siendo S1 la superficie de la cara superior y h1 su alturarespecto de la superficie libre del líquido.

La fuerza F2 sobre la cara inferior estará dirigidahacia arriba y, como en el caso anterior, su magnitud vendrá dada por

La resultante de ambas representará la fuerza de empujehidrostático E.

pero, dado que S1 = S2 = S y h2 = h1 + c, resulta:

que es precisamente el valor del empuje predicho por Arquímedes en suprincipio, ya que V = c · S es el volumen del cuerpo, la densidad del líquido,m = · V la masa del liquido desalojado y finalmente m · g es el peso de unvolumen de líquido igual al del cuerpo sumergido.

Equilibrio de los cuerpos sumergidos

De acuerdo con el principio de Arquímedes, para que uncuerpo sumergido en un líquido esté en equilibrio, la fuerza de empuje Ey el peso P han de ser iguales en magnitudes y, además, han de aplicarseen el mismo punto. En tal caso la fuerza resultante R es cero y tambiénlo es el momento M, con lo cual se dan las dos condiciones de equilibrio.La condición E = P equivale de hecho a que las densidades delcuerpo y del líquido sean iguales. En tal caso el equilibrio del cuerposumergido es indiferente.

Si el cuerpo no es homogéneo, el centro de gravedad nocoincide con el centro geométrico, que es el punto en donde puede considerarseaplicada la fuerza de empuje. Ello significa que las fuerzas E y Pforman un par que hará girar el cuerpo hasta que ambas estén alineadas.

Equilibrio de los cuerpos flotantes

Si un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empujepredomina sobre el peso (E>P). En el equilibrio ambas fuerzasaplicadas sobre puntos diferentes estarán alineadas; tal es el caso de lasembarcaciones en aguas tranquilas, por ejemplo. Si por efecto de una fuerzalateral, como la producida por un golpe de mar, el eje vertical del navío seinclinara hacia un lado, aparecerá un par de fuerzas que harán oscilar elbarco de un lado a otro. Cuanto mayor sea el momento M del par, mayor serála estabilidad del navío, es decir, la capacidad para recuperar laverticalidad. Ello se consigue diseñando convenientemente el casco yrepartiendo la carga de modo que rebaje la posición del centro de gravedad, conlo que se consigue aumentar el brazo del par.

Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque dealuminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminiosumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del aguadesplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, elempuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menosdensa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso delmismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del aguaparcialmente —desplazando así menos agua— hasta que el empuje igualaexactamente el peso del bloque.

Un globo de goma tiene 8 g de masa cuando está vacío. Paraconseguir que se eleve se infla con gas ciudad. Sabiendo que la densidad delaire es de 1,29 kg/m3 y la del gas ciudad 0,53 kg/m3 determinar el volumen que,como mínimo, ha de alcanzar el globo para que comience a elevarse.

Para que el globo inicie el ascenso, la fuerza del empuje hade ser superior a la del peso:

E > P

En virtud del principio de Arquímedes:

ya que en este caso el fluido desalojado es el aire.

Por otra parte, el peso P será la suma del peso del globo másel peso del gas ciudad que corresponde al volumen V, es decir:

Por tanto:

es decir:

El volumen mínimo será, por tanto, de 10,5 litros.

La aerostática frente a la hidrostática

Desde un punto de vista mecánico, la diferencia fundamentalentre líquidos y gases consiste en que estos últimos pueden ser comprimidos.Su volumen, por tanto, no es constante y consiguientemente tampoco lo es sudensidad. Teniendo en cuenta el papel fundamental de esta magnitud física en laestática de fluidos, se comprende que el equilibrio de los gases haya deconsiderarse separadamente del de los líquidos.

Así, la ecuación fundamental de la hidrostática no puedeser aplicada a la aerostática. El principio de Pascal, en el caso de los gases,no permite la construcción de prensas hidráulicas. El principio de Arquímedesconserva su validez para los gases y es el responsable del empuje aerostático,fundamento de la elevación de los globos y aeróstatos. Sin embargo, y debido ala menor densidad de los gases, en iguales condiciones de volumen del cuerposumergido, el empuje aerostático es considerablemente menor que el hidrostático.

La compresibilidad de los gases. Ley de Boyle.

El volumen del gas contenido en un recipiente se reduce si seaumenta la presión. Esta propiedad que presentan los gases de poder sercomprimidos se conoce como compresibilidad y fue estudiada por el físico inglésRobert Boyle (1627-1691).

Si se dispone de un cilindro con un émbolo móvil que puedemodificar el volumen de aquél y se introduce un gas en su interior, el volumenocupado por el gas variará con la presión del émbolo de tal modo que suproducto se mantiene constante si la temperatura es constante durante elexperimento. Es decir:

Ello significa que a temperatura constante la presión y elvolumen de un gas son magnitudes inversamente proporcionales

y por tanto la representación gráfica de p frente a Vcorresponde a una hipérbola equilátera.

Este resultado se conoce como ley de Boyle y describe deforma aproximada el comportamiento de un gas en un amplio rango de presiones yvolúmenes. No obstante, a temperaturas elevadas o a presiones elevadas, paralas cuales el gas se aproxima bastante al estado líquido, la ley de Boyle dejade cumplirse con una precisión razonable.

La presión atmosférica

Del mismo modo que existe una presión hidrostática en los líquidosasociada al peso de unas capas de líquido sobre otras, las grandes masasgaseosas pueden dar lugar a presiones considerables debidas a su propio peso.Tal es el caso de la atmósfera. La presión del aire sobre los objetoscontenidos en su seno se denomina presión atmosférica.

La ley de variación de la presión atmosférica con laaltura es mucho más complicada que la descrita por la ecuación fundamental dela hidrostática p = po + g h. Al tratarse de un fluido compresible, la densidadno es constante, sino que varía con la presión; pero además, para variacionesimportantes de la altura el valor de g tampoco se mantiene constante. Estadependencia mutua de las variables que aparecen en la anterior ecuación haceque el cálculo preciso de la presión atmosférica en un punto determinado seauna tarea compleja que proporciona tan sólo resultados aproximados.

La primera comprobación experimental de la existencia de unapresión asociada al aire fue efectuada por Evangelista Torricelli (1608-1647).El experimento de Torricelli consistió en llenar de mercurio un tubo de vidriode más de un metro de largo, cerrarlo provisionalmente e invertirlo sumergiéndoloen una gran cubeta con mercurio. Cuando abrió el extremo del tubo sumergidoobservó que éste sólo se vaciaba en parte, quedando en su interior unacolumna de mercurio de unos setenta y seis centímetros.

Este resultado fue interpretado como una prueba de que lapresión del peso del aire actuando sobre la superficie libre del mercurio de lacubeta era capaz de soportar el peso de la columna. En el espacio restante deltubo se había producido el primer vacío de la historia de la física que seconoce como vacío de Torricelli. La presión correspondiente a una columna demercurio de 760 mm de altura define, precisamente, la atmósfera (atm) comounidad de presión.

Además de con la altura, la presión atmosférica varía conla temperatura y con la humedad y, en general, con el estado del tiempo, por loque constituye una magnitud decisiva en el análisis y en la predicciónmeteorológicos. Las primeras variaciones de la presión atmosférica de un díaa otro fueron observadas por el propio Torricelli con su dispositivo, que fueprecursor de los actuales barómetros.

Un manómetro es un aparato que sirve para medir lapresión de los gases contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente,dos tipos de manómetros: los de líquidos y los metálicos.

Los manómetros de líquidos emplean, por lo general,mercurio que llena un tubo en forma de J. El tubo puede estar o abierto porambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mideconectando al recipiente que contiene el gas el tubo por su rama inferior yabierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambasramas. Si el manómetro es de tubo abierto entonces es necesario tomar en cuentala presión atmosférica po en la ecuación p = po ± g h. Si es de tubocerrado, la presión vendrá dada directamente por p = g h. Los manómetros deeste segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presioneselevadas.

En los manómetros metálicos la presión del gas da lugar adeformaciones en una cavidad o tubo metálico. Estas deformaciones se transmitena través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presióndel gas sobre una escala graduada.

El barómetro es el aparato con el que se mide lapresión atmosférica. Como en el caso de los manómetros, los hay también demercurio y metálicos. Los primeros se basan en el dispositivo utilizado porTorricelli en sus experimentos. El llamado barómetro de fortín es, de hecho,una reproducción mejorada del aparato de Torricelli. Su cubeta posee un fondocompuesto de un material flexible, por lo que puede ser alterado mediante untornillo auxiliar con el fin de conseguir ajustar el nivel del mercurio de lacubeta al cero de la escala graduada cada vez que se efectúa una medida. Losbarómetros de sifón son simples manómetros de tubo cerrado en los cuales larama corta del tubo en J hace las veces de cubeta y la rama larga de tubo deTorricelli.

Los barómetros metálicos o aneroides constan de una cajametálica de paredes relativamente elásticas, en cuyo interior se ha efectuadoel vacío. Un resorte metálico hace que las paredes de la caja esténseparadas. En su ausencia dichas paredes tenderían a aproximarse por efecto dela presión exterior. Por igual procedimiento variaciones en la presión atmosféricaproducen cambios en la forma de la caja que se transmiten al resorte y éste losindica, a través de un mecanismo de amplificación, sobre una escala graduadaen unidades de presión. Los barómetros metálicos pueden mortificarse de formaque sus resultados queden registrados en un papel. De este modo se puededisponer de información sobre cómo varía la presión atmosférica con eltiempo.

Trabajo enviado por:
Nicolás Dancona 5to. c1
dancona@adinet.com.uy