Ruta de estudio · Calor y fluidos · lección 14 de 14
F14 Presión y principios de fluidos
La idea
Entender el concepto
Objetivo: Relacionar fuerza y superficie y aplicar hidrostática, Pascal y Arquímedes indicando las condiciones del modelo.
La presión normal media es fuerza perpendicular dividida entre área. La misma fuerza produce más presión en una superficie menor. El pascal equivale a N/m²; convertir cm² exige elevar al cuadrado el factor de longitud.
En un líquido de densidad uniforme en reposo, la presión aumenta con la profundidad: p=p₀+ρgh. La presión manométrica es el exceso sobre la presión exterior de referencia, mientras que la absoluta incluye esa presión exterior. A igual profundidad en el mismo líquido conectado en reposo, la presión es igual, con independencia de la forma del recipiente.
El principio de Pascal permite transmitir un incremento de presión en un fluido confinado. En una prensa hidráulica ideal con pistones a la misma altura, F1/A1=F2/A2. Ganar fuerza no crea energía: el pistón grande recorre menos distancia por conservación de volumen, si el líquido es incompresible y no hay pérdidas.
El empuje de Arquímedes es el peso del fluido desplazado: E=ρfluido gVsumergido. Depende del volumen que queda sumergido, no necesariamente de todo el volumen del cuerpo. Al flotar en equilibrio, E=mg; si está totalmente sumergido y el empuje es menor que el peso, un objeto libre tiende a hundirse.
Relaciones y condiciones de uso
- pmedia=Fnormal/A; 1 Pa=1 N/m².
- pabsoluta=p₀+ρgh; pmanométrica=ρgh, líquido uniforme en reposo, g constante.
- F1/A1=F2/A2 en prensa ideal a igual altura; E=ρfluido gVsumergido.
Paso a paso
Método paso a paso
- Elige presión media, incremento hidrostático o empuje según la situación.
- Convierte área a m² y volumen a m³; distingue densidad del líquido y del objeto.
- Aclara presión absoluta/manométrica y compara empuje con peso si se pregunta flotación.
Ejemplo
Dos ejercicios resueltos
1. Presión bajo el agua
Un sensor está a 2,5 m bajo la superficie de agua dulce en reposo. Usa ρ=1000 kg/m³, g=9,8 m/s² y p₀=101000 Pa. Halla presión manométrica y absoluta.
- Datos e incógnita: h=2,5 m; ρ=1000 kg/m³; presión superficial p₀=101000 Pa.
- Por qué usamos esta relación: La profundidad añade ρgh a la presión exterior; son dos preguntas diferentes.
- Sustitución con unidades: pman = (1000 kg/m³) × (9,8 m/s²) × (2,5 m); pabs = 101000 Pa + pman.
- Cálculo y resultado: pman=24500 Pa; pabs=125500 Pa.
- Comprobación: Las unidades del producto son (kg/m³)·(m/s²)·m = kg/(m·s²) = N/m² = Pa. La absoluta supera a la manométrica exactamente en 101000 Pa; en la superficie h=0 el exceso sería 0.
2. Un bloque completamente sumergido
Un bloque de 2 kg y volumen 0,0015 m³ está completamente sumergido en agua. Calcula empuje y fuerza vertical neta si se libera desde reposo; ρagua=1000 kg/m³, g=9,8 m/s².
- Datos e incógnita: Vsum=0,0015 m³; m=2 kg; se desprecia resistencia inicial del fluido.
- Por qué usamos esta relación: Arquímedes da el empuje; restarlo del peso permite decidir tendencia inicial.
- Sustitución con unidades: E = (1000 kg/m³) × (9,8 m/s²) × (0,0015 m³); peso = (2 kg) × (9,8 m/s²); Fnet,arriba = 14,7 N − 19,6 N.
- Cálculo y resultado: E=14,7 N; peso=19,6 N; Fnet=−4,9 N, hacia abajo.
- Comprobación: En el empuje, (kg/m³)·(m/s²)·m³ = kg·m/s² = N. Su densidad (2 kg)/(0,0015 m³)≈1333 kg/m³ supera la del agua: concuerda con la tendencia a hundirse. No se afirma aceleración constante durante toda la caída.
Cuidado
Error habitual y cómo corregirlo
Error: usar el volumen total en Arquímedes cuando el objeto solo está parcialmente sumergido, o dar ρgh como presión absoluta sin sumar la exterior.
Tu turno · enunciado
Ejercicio autónomo
Una prensa ideal tiene pistones a igual altura de áreas 5 cm² y 100 cm². Sobre el pequeño se añaden 50 N de fuerza. ¿Qué fuerza adicional transmite el grande?
Inténtalo en papel antes de desplegar la solución. Explica qué relación eliges y conserva las unidades.
Solución
Solución de contraste (consultar después)
Mostrar solución razonada
El incremento de presión es igual: Δp=50/(5×10⁻⁴)=100000 Pa. Área grande=100×10⁻⁴=0,01 m². Fuerza adicional=ΔpA=1000 N. También 50×100/5=1000 N; es una relación de 20: 1, sin crear energía.
Chuleta para el examen
Qué debes recordar
- pmedia=Fnormal/A; 1 Pa=1 N/m².
- pabsoluta=p₀+ρgh; pmanométrica=ρgh, líquido uniforme en reposo, g constante.
- F1/A1=F2/A2 en prensa ideal a igual altura; E=ρfluido gVsumergido.
Para ampliar con el libro
Selección básica: lee los conceptos y ejemplos algebraicos; puedes omitir los desarrollos con cálculo. Los enlaces se abren en una pestaña nueva.
Comprueba lo que sabes
Si fallas, tienes un segundo intento antes de ver la solución.
Material y ejercicios originales de práctica, revisados el 20/10/2026. No son preguntas oficiales ni garantizan el programa del examen vigente. Los libros enlazados sirven de consulta y no se reproducen aquí.