TEMA 5: LA PRESIÓN Y

LOS FLUIDOS

LOURDES GARCÍA MORENO

FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
 EL CONCEPTO DE PRESIÓN
Es muy corriente que las fuerzas se ejerzan sobre una superficie. De ahí que se defina la presión como
la fuerza ejercida (perpendicularmente) sobre la unidad de superficie:

𝐹
𝑃=
𝑆

➔ Una misma fuerza puede dar lugar a una presión mayor o menor dependiendo de la superficie
sobre la que actúe.
➔ Ej. Una mujer con tacones ejercer una presión mayor que si usa zapatos planos.

La unidad de presión S.I es el N/m2 que recibe el nombre de pascal (en honor de Blas Pascal) y se
abrevia como Pa.
❖ Otras unidades de presión:
- bar (bar) y milibar (mbar)
1 atm = 101 300 Pa = 1013 mbar = 760 mm Hg
- atmósfera (atm)
- milímetro de mercurio (mmHg)
Influencia de la superficie de apoyo

La fuerza es la misma en todos los casos, pero la presión

varía dependiendo de cuál sea la superficie de contacto.
LA PRESIÓN EN LOS FLUIDOS
❖ FLUIDO: El término fluido incluye a los líquidos y a los gases.
❖ Los fluidos tienen peso, por tanto, ejercen presión sobre los objetos situados en su interior. Esta
presión actúa en TODOS los puntos del fluido.
➢ Las fuerzas que el fluido ejerce sobre un objeto sumergido en él son perpendiculares a las
superficies del objeto. Estas fuerzas son consecuencia de la presión que ejerce el fluido.

➢ Las fuerzas actúan sobre todos los puntos del objeto y sobre las paredes del recipiente que
lo contiene.
 PRESIÓN HIDROSTÁTICA
❖ PRESIÓN HIDROSTÁTICA: presión ejercida por los líquidos en todos los puntos de su interior.
❖ La presión que existe en un punto cualquiera del interior de un líquido se debe al peso del líquido
que hay encima de él. Por tanto:
- La presión en el fondo del cilindro será:

- La masa del líquido la podemos calcular como: mlíquido = ρlíquido·Vlíquido

- El volumen del líquido es el producto del área de la base del recipiente, S, por la altura h:
Vlíquido = S·h

Por tanto;

• ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA:

 PRESIÓN HIDROSTÁTICA
ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA:

La presión hidrostática en el interior de un líquido depende de:

- la densidad del líquido.
- el valor de la gravedad.
- la profundidad o altura de la capa de líquido que hay por encima del punto considerado.

EFECTOS DE LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA:

- El agua sale a mayor presión por un agujero situado en la parte inferior de un
depósito que por uno situado en la parte superior.

- Los submarinos deben tener un casco muy resistente capaz de soportar grandes
presiones.

- Las presas de los embalses son más gruesas en la base ya que la presión del agua
que deben soportar aumenta con la profundidad.
LA PARADOJA HIDROSTÁTICA
★ Los tres recipientes tienen una base circular de 10 cm de diámetro y están llenos de agua
hasta una altura de 20 cm. ¿Cuál de los tres recipientes crees que soporta una mayor
fuerza en el fondo?
★ Puede parecer que el tercer recipiente, que es el que contiene más agua, es el que
soporta más fuerza en el fondo.
★ Vamos a calcular la fuerza en el fondo de cada uno de los recipientes.

RECIPIENTE ρlíquido h S = π·r2 F = ρlíquido·g·h·S

(kg/m3) (m) (m2) (N)
1 1000 0,2 0,0079 15,48
2 1000 0,2 0,0079 15,48
3 1000 0,2 0,0079 15,48
cm
20

La fuerza que ejerce el agua sobre el fondo

es la misma en los tres recipientes,
10 cm 10 cm 10 cm
independientemente de la cantidad de agua
que contienen.
VASOS COMUNICANTES
❖ Vasos comunicantes: conjunto de recipientes que están comunicados por su parte inferior.

❖ Principio de los vasos comunicantes: Al verter un líquido en un conjunto de vasos

comunicantes, la superficie del líquido alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin
importar su forma ni su volumen.

❖Justificación: En todos los puntos de la superficie del líquido la presión atmosférica es la misma
y como la presión hidrostática a una altura dada también es la misma, el líquido alcanza la misma
altura en todos los recipientes.
APLICACIONES DE LOS VASOS COMUNICANTES
➢Distribución de agua en las poblaciones: El depósito se sitúa a
mayor altura que las viviendas y por efecto de la presión hidrostática y
del principio de los vasos comunicantes, el agua llega a todas las
viviendas.

➢ Sifón:
- Dispositivo usado para trasvasar líquido de un recipiente a otro cuando necesitamos que el
líquido ascienda debido, por ejemplo, a un obstáculo en el terreno.
- Es un tubo en forma de U invertida con una rama más larga que la otra.
- Un extremo del tubo se sumerge en el líquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su
superficie y desagua por el otro extremo.
- El orificio de salida debe estar por debajo del nivel del líquido que está en el recipiente superior y
el tubo debe estar lleno de líquido.
- El líquido fluye del depósito a mayor presión hacia el que tiene menor presión hasta que el nivel
de los líquidos se iguale.
PRINCIPIO DE PASCAL
❖ Experimento:
1.Llena una jeringuilla con agua y acóplala a un globo lleno
también de agua.
2. Haz varios orificios en el globo.
3.Presiona el émbolo.
4.Observa que la presión ejercida sobre el líquido se ha transmitido a todos sus puntos con igual
intensidad.

❖ Principio de Pascal: La presión ejercida sobre un líquido se transmite a todos sus puntos,
en todas direcciones y sin perder intensidad.
APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE PASCAL
❖ Prensa hidráulica:
- Son dos cilindros llenos de líquido, con secciones
diferentes, comunicados por el fondo y cerrados.

- Al ejercer una fuerza F1 sobre el émbolo 1, el líquido recibe una presión

P:

- Esta presión se transmite por todo el líquido (Principio de Pascal),

afectando al émbolo 2, que responde con una fuerza F2 cuya relación
con la superficie de este émbolo es:

- Como la presión es la misma, igualamos ambas expresiones y

despejamos F2:

- Cuanto mayor es la diferencia entre las superficies de los émbolos,

más eficaz es la prensa.
APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE PASCAL
❖ Elevador hidráulico:
-Se usa en los talleres para elevar objetos pesados (coches,
camiones,...).
- Su funcionamiento es similar al de la prensa hidráulica.

❖ Frenos hidráulicos:
-Es un circuito lleno de aceite con un émbolo que se regula con el
pedal del freno.
-En el otro extremo del circuito hay dos cilindros que reciben la
presión cuando se desplazan sus émbolos para comprimir las zapatas
sobre el tambor de cada rueda. Esta compresión hace que el vehículo
se frene.
EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
❖ Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta
un empuje (E) hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado.

E = Pesofluido desalojado➡E = mfluido·g➡E = ρfluido·Vfluido desalojado·g

❖ Este empuje se pone de manifiesto, por ejemplo, cuando intentamos sumergir una botella vacía en
el agua. Debemos aplicar una gran fuerza hacia abajo ya que el agua la empuja hacia arriba.
❖ El empuje hace que los objetos sumergidos total o parcialmente en un fluido pesen menos y
puedan llegar a flotar.
DEDUCCIÓN DE PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
➢ El empuje se debe a la diferencia de presión entre la parte inferior, P1, y superior, P2, del objeto.
➢ La fuerza que actúa sobre la cara inferior del objeto es: F1 = P1·S
➢ La fuerza que actúa sobre la cara superior del objeto es: F2 = P2·S
➢ Si aplicamos la ecuación fundamental de la hidrostática obtenemos:
F1 = ρfluido·g·h1·S F2 = ρfluido·g·h2·S
➢ Como h1 > h2 ➡ F1 > F2 y la resultante (R) de estas dos fuerzas paralelas, verticales y de sentidos
opuestos tendrá dirección vertical, sentido hacia arriba y módulo R:

R = F1 - F2 ➡ R = ρfluido·g·h1·S - ρfluido·g·h2·S ➡ R = ρfluido·g·S·(h1-h2)

➢ Teniendo en cuenta que h1-h2 es la altura del objeto ➡ Vobjeto = S·(h1-h2). Por tanto: R = ρfluido·g·Vobjeto

➢ Esta resultante vertical y hacia arriba se denomina empuje (E): E = ρfluido·g·Vobjeto

*Vobjeto es el volumen total del objeto, si este se halla totalmente sumergido, o el
volumen sumergido, si lo está en parte y es igual al volumen del fluido desalojado.
PESO APARENTE
➢ Es el peso de un objeto cuando está sumergido en un fluido.
➢ Se calcula restando al peso real del objeto la fuerza de empuje: Paparente = Preal - Empuje

Peso real (a) y aparente (b)

de un cuerpo sumergido.
CONDICIONES DE FLOTACIÓN
❖ Un sólido sumergido en un fluido está sometido a dos fuerzas de la misma dirección (vertical) y
de sentidos opuestos:
- La fuerza peso, dirigida hacia abajo.
- La fuerza de empuje, dirigida hacia arriba.
❖ Se pueden dar tres situaciones:

P>E P = E ➡ El objeto queda en P < E ➡ El objeto flota quedando

⬇ equilibrio en el interior del en una posición en la que el peso
El objeto se hunde. fluido, sin llegar al fondo. del fluido desalojado iguala al
peso del cuerpo.

Ej. Globo lleno de agua en

agua.
CONDICIONES DE FLOTACIÓN
Que el objeto flote o se hunda depende de que su densidad sea mayor o menor a la del fluido

P>E P<E
⬇ ⬇
ρobjeto·Vobjeto·g > ρfluido·Vobjeto·g ρobjeto·Vobjeto·g < ρfluido·Vobjeto·g
⬇ ⬇
ρobjeto> ρfluido ρobjeto < ρfluido
APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
❖ Presión atmosférica: Fuerza que ejerce la atmósfera sobre cada metro cuadrado de
superficie de la Tierra. Esta fuerza es el peso de la columna de aire que dicha
superficie tiene encima.

La presión atmosférica varía con la altura.

Presión atmosférica.
MEDIDA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
1. Fue medida por 3. Tapó con su dedo el extremo abierto e introdujo el tubo
primera vez por en una cubeta llena de Hg con el extremo abierto hacia
Evangelista Torricelli abajo.
en 1643. 4. Al retirar el dedo observó que el Hg descendía en el
tubo hasta quedar a 760 mm por encima de la superficie
del Hg de la cubeta.
La parte superior del tubo quedó vacía.
2. Torricelli Llenó de mercurio
(Hg) un tubo de vidrio que
estaba cerrado por uno de
sus extremos.
MEDIDA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
5. Concluyó que la atmósfera estaba ejerciendo 7. Como PA = PB, para calcular la presión
una presión sobre el Hg de la cubeta. Esta atmosférica (PB) calculamos la presión ejercida
presión impide que el Hg continúe bajando por por una columna de mercurio de 760 mm:
el tubo.
PA = ρmercurio·g·h
PA = 13600 kg/m3·9,8 m/s2·0,76 m = 101 300 Pa.

8. La presión que ejerce una columna de mercurio

de 760 mm de altura se denomina presión
atmosférica y para medirla se usa la atmósfera
A B (atm). Por tanto,

6. Por tanto, la presión en A debida a la

columna de Hg de 760 mm y la presión en B 1 atm = 760 mm Hg = 101 300 Pa
debida a la atmósfera son idénticas.
 MEDIDA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Hemisferios de Magdeburgo:
- Dispositivo ideado para demostrar la existencia del vacío y la fuerza de la presión
atmosférica.
- Consiste en unir dos semiesferas huecas y extraer el aire de su interior de manera que se
crea un vacío interno. En estas condiciones, es muy difícil separar las semiesferas.
Justificación: Cuando la esfera está llena de aire, éste ejerce fuerzas que son
perpendiculares a su superficie. En la parte interior el aire ejerce fuerzas dirigidas hacia
fuera y en la exterior ejerce fuerzas dirigidas hacia dentro.
Si se quita casi todo el aire que hay dentro, las fuerzas sobre la superficie exterior que
los aprieta uno contra el otro, es muy superior a la que actúa sobre ellos hacia fuera por el
aire que tienen en su interior, lo que hace muy difícil separarlos.
La fuerza neta que hay que vencer para separarlos es del orden del peso de siete
toneladas (68600 N)
El nombre se debe a la ciudad alemana de Magdeburgo, donde en 1654 Otto von
Guericke, alcalde de la ciudad y físico de profesión, practicó el vacío en dos semiesferas
metálicas e intentó separarlas atando cada uno de los hemisferios
a un grupo de caballos. Tras numerosos intentos fue imposible separar las semiesferas.
 MEDIDA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Experimento para demostrar la existencia de la presión atmosférica:
1. Echa agua en un vaso (no es necesario llenarlo del todo pero sí que el borde esté mojado)
2. Tapa la boca del vaso con una lámina de cartón.
3. Sujetando el vaso con una mano y el cartón con la palma de la otra mano, pon el vaso boca abajo.
4. Quita la mano que sujeta el cartón. Si todo va bien, el agua no se verterá.

* Justificación:
- Las moléculas de agua se unen entre ellas mediante puentes de hidrógeno de manera que forman
una película o membrana elástica que se puede deformar hasta cierto punto (tensión superficial).
- Al darle la vuelta, las moléculas de agua se adhieren al cartón creando un precinto en el borde del
vaso.
- Al quitar la mano, el cartón baja un poco por acción de la gravedad pero el precinto de agua no se
rompe debido a la elasticidad de la película de agua.
- Al bajar el cartón el volumen que ocupa el aire atrapado en el vaso aumenta. Al aumentar el volumen,
la presión que ejerce el aire dentro del vaso disminuye (ley de Boyle y Mariotte).
- El cartón no cae porque el aire del exterior ejerce una fuerza superior a la que ejercen el aire del
interior y el peso del agua.
INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN
❖ Barómetro: Instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. Hay varios tipos:

Barómetros de sifón: Barómetro aneroide:

Barómetros de cubeta:
- Tubo de vidrio en forma de J. - Caja metálica de paredes
- Similares al usado por Torricelli.
- La rama larga y cerrada hace las delgadas y elásticas en la
- Se diferencian en que llevan
veces de tubo de Torricelli. que se ha hecho el vacío.
incorporada una escala.
- La rama corta y abierta hace las - La presión atmosférica
veces de cubeta. deforma la caja y esto
- La diferencia de nivel entre las desplaza la aguja.
ramas definen la altura de la
columna barométrica

.
 INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESIÓN
❖ Manómetro: Instrumento para medir la presión de un gas en un recipiente cerrado. Los más
sencillos son los manómetros abiertos:
- Es un tubo en forma de U con cierta cantidad de líquido (mercurio, aceite, agua,…).
- Una de las ramas del tubo está conectada al recipiente que contiene el gas cuya presión se quiere
medir y la otra está abierta a la atmósfera.
- El gas del recipiente empuja al líquido manométrico hasta que seequilibra la presión en ambas ramas
y hace que la presión en los puntos X e Y sea la misma. ➡ Px = PY

- La presión en el punto X es la presión del gas que está en el recipiente.

Px = Pgas

- La presión en el punto Y es igual a la presión atmosférica (P0) más la presión

ejercida por la columna del fluido manométrico de densidad ρ: PY = P0 + ρ·g·h

- Por tanto, Pgas = P0 + ρ·g·h

VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
❖ Altitud:
- La presión atmosférica disminuye con la altitud.
- Cuanto más alto esté un punto, menor es la cantidad de aire que hay por encima y el peso de este
aire será menor.
- La disminución de la presión va acompaáada de una disminución de la temperatura de
ebullición.
VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
❖ Temperatura:
➢ Si ↑ la T ➡ ↑ el volumen del aire ➡ ↓su ρ ➡ ↓ su peso ➡ ↓ la presión.
➢ Si ↓ la T ➡ ↓ el volumen del aire ➡↑ su ρ ➡ ↑ su peso ➡ ↑ la presión
➢ Viento:
- Cuando en una zona de la Tierra hace calor y la presión atmosférica disminuye, el aire se
hace más ligero y sube, creando una corriente ascendente.
- El aire de las zonas próximas ocupa el lugar que ha dejado el aire caliente, dando lugar al
viento.
- Cuando una zona se enfría se
da el efecto contrario.
- El viento siempre va de las zonas
de alta presión a las de baja
presión.
LA PRESIÓN Y EL TIEMPO METEOROLÓGICO
★ Isobaras:
- Líneas que se usan para representar la presión en los mapas del tiempo.
- Las isobaras unen puntos con la misma presión atmosférica.
- Los números sobre las líneas
indican la presión en mbar.
LA PRESIÓN Y EL TIEMPO METEOROLÓGICO
★ Borrascas (zonas de baja presión):
- Son regiones de la atmósfera, aproximadamente circulares, en las que la
presión disminuye de la periferia hacia el centro.
- La diferencia de presión hace que el aire en contacto con la superficie terrestre,
más cálido, ascienda y se enfríe.
- Al enfriarse, el vapor de agua condensa y origina lluvias, nieblas y tiempo
inestable.
- El aire de las borrascas, al ascender, y debido a la rotación de la Tierra, circula en
sentido antihorario en el hemisferio norte.
LA PRESIÓN Y EL TIEMPO METEOROLÓGICO

★ Anticiclones (zonas de alta presión):

- Son regiones de la atmósfera, aproximadamente circulares, en las que la
presión aumenta de la periferia hacia el centro.
- La diferencia de presión hace que el aire de las capas más altas descienda.
- Al descender se calienta y las nubes tienden a disiparse dando lugar a tiempo estable.
- El aire de los anticiclones, al descender, y debido a la rotación de la Tierra, circula en sentido horario
en el hemisferio norte.