La hidrostática es el estudio perteneciente a la mecánica de fluidos, que analiza el equilibrio de los fluidos, o, en otras palabras, estudia los fluidos en reposo. Es la cohesión que presentan los fluidos lo que permite que sus moléculas estén siempre muy unidas.

El principio de la hidrostática, también conocida como hidráulica señala que, dado un líquido, la diferencia de presión entre dos de sus puntos es igual al producto del peso específico del líquido calculado por la diferencia de los niveles.

Esta es la fórmula que representa tal principio:

Principio de la hidrostática

Existen dos principios para calcular la hidrostática y su presión:

Principio de Pascal. Señala que un líquido en reposo ejerce presión en todos los puntos.

Principio de Arquímedes. Indica que el aumento de la profundidad produce una mayor presión que permite que objetos floten en el líquido.

Presión hidrostática

En física termodinámica, se dice que la presión hidrostática es aquella ejercida por el mismo fluido sobre su peso cuando se encuentra en reposo. Entre los conceptos vinculados a esta área se encuentra la presión atmosférica, que es aquella que ejerce la atmósfera sobre el fluido.

Los fluidos, a diferencia de los líquidos, tienen la capacidad especial de cambiar de forma aumentando su volumen debido al aumento de la tensión, pero su masa sigue igual. Mientras que los líquidos tienen un volumen constante según la temperatura.

Otro aspecto a tomar en cuenta sobre los líquidos es la viscosidad. Se trata de la resistencia que ejercen los fluidos ante deformaciones graduales generadas por dos tipos de tensiones: la cortante, que se presenta de manera tangencial a un plano dado, y la tensión de tracción, que es aquella provocada por dos fuerzas internas puestas en sentido contrario, lo que hace que el fluido se estire.

La hidrostática se mide mediante la densidad (p), gravedad (g) y profundidad (h) del fluido, y no por su masa o volumen.

De esta manera la fórmula para calcular la presión hidrostática es:

Fórmula presión hidrostática

Ejemplos de hidrostática

A continuación, mostraremos algunos ejemplos de resolución de problemas de hidrostática:

  • Un buceador desciende a 10 metros de profundidad en el mar. ¿Cuál es la presión que está soportando, si la densidad del agua del mar es 1025 kg/m3?

Datos:

h = 10 m

dmar = 1025 kg/m3

g = 9.8 m/s2

Resolución

Según el principio fundamental de la hidrostática, la presión en un punto de un fluido con densidad d, situado a una profundidad h, se calcula mediante la siguiente expresión:

P=d⋅h⋅g

Sustituyendo en la ecuación los datos que nos han proporcionado en el problema, el buceador estará soportando:

P=1025 kg/m3⋅10 m⋅9.8 m/s2⇒P = 100450 Pa

  • El elevador hidráulico de un garaje funciona mediante una prensa hidráulica conectada a una toma de agua de la red urbana que llega a la máquina con una presión de 5.105N/m². Si el radio del émbolo es de 20 cm y el rendimiento es de un 90 %, determinar cuál es el valor en toneladas de la carga que como máximo puede levantar el elevador. De acuerdo con el principio de Pascal:

p1 = p2

que para una prensa hidráulica se convierte en:

F1/S1 = F2/S2

En este caso, el dato que correspondería al émbolo pequeño de la prensa se facilita en forma de presión, con ello se tiene:

p1 = F2/S2 ó F2 = p1/S2

Dado que S2 = π.R² = 0,126 m²

F2 = 5.105.N/m².0,126 m² = 6,3.104 N

Como el rendimiento es del 90 % (η = 0,9) el valor efectivo de la carga máxima será:

F máxima = 0,9.6,3.104 N = 5,67.104 N

Una tonelada métrica equivale al peso de un cuerpo de 1000 kg de masa, es decir:

1t = 1000 kg.9,8 m/s² =9,8.10³ N ⇒ F máximo (t) = 5,67.104 N/9,8.10³ N ≈ 5,8 t