HIDROSTÁTICA

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FISICA APLICADA A LA ARQUITECTURA CATEDRA: Ing. J. ROSCARDI 
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Hidrostática 
En Física los estados de la materia son: 
1) SOLIDO: Es un estado de la materia en el cual la posición intermolecular permanece invariable. A 
bajas temperaturas, los sólidos se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus 
átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les confiere la 
capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Sus características principales son: 
Poseen forma definida; Volumen constante; Fluidez nula. Transmiten Fuerzas, y las deformaciones 
de su contorno son pequeñas e imperceptibles al ojo humano. 
 
2) LIQUIDO: Un material, cuando pasa del estado sólido al estado líquido desaparece su estructura 
cristalina, obteniendo la capacidad de fluir (mover cualquier parte con respecto a otra) y adaptarse 
a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del 
cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes 
características: No poseen forma definida; Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo 
contiene. Posee fluidez a través de pequeños orificios. 
 
3) GASEOSO: Las moléculas se encuentran prácticamente libres, siempre ocupan todo el volumen del 
recipiente que lo contiene. Pueden comprimirse más fácilmente que los líquidos y los sólidos. 
Ejercen una presión uniforme sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Sus parámetros 
que son la presión, volumen y temperatura en estado de equilibrio, se relacionan a través de la 
ecuación de estado de los gases. 
p. V = m. R. 
 T 
 
p= presión en Kgr/ m2. 
V= volumen del gas en m3. 
m= masa del gas en Kg (kilogramo masa). 
R= constante del gas se obtiene de tablas y es única para cada gas. Sus unidades son 
R= Kgr . m / Kg. ºK 
T= Temperatura absoluta en grados Kelvin (TºK= t ºC + 273,16 ºC) 
 
Par una masa de gas constante, se pueden pensar los siguientes procesos 
 
A p=cte (isobarica) la ecuacion es V/T = cte 
 
A V= cte (isocora) la ecuación es p/T= cte 
 
A T=cte (isotérmica) la ecuación es, pV=cte 
 
 
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Hay otras evoluciones importantes en la física, una de ellas que merece ser citada es la 
llamada ADIABATICA, en el cual el sistema no se intercambia calor con el medio que lo 
rodea . Esta evolución no responde a la ecuación de la evolución anterior (aunque se puede 
hallar una ecuación muy parecida ) .En general una evolución de este tipo se realiza dentro de 
un recipiente que no permite intercambiar calor, por eso se los llama adiabáticos (por 
ejemplo, un termo). También se puede llegar a considerar una evolución adiabática, cuando 
se produce muy rápido y esta rapidez no permite , prácticamente , que se intercambie calor 
entre un sistema y el medio que lo rodea.- 
Es importante recalcar, que la evolución puede ser adiabática , pero el sistema puede 
intercambiar calor entre las distintas partes (internamente) que lo componen, puede variar su 
temperatura, lo importante es que no intercambie con el medio que lo rodea.- 
HIDROSTATICA. 
La hidrostática tiene por objetivo estudiar a los fluidos en reposo con respecto al recipiente que los 
contiene. Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal, la paradoja hidrostática 
o paradoja de Stevin , el teorema general de la hidrostática; los mismos que contribuyen a cuantificar 
las presiones ejercidas por los fluidos, y al estudio de sus características generales. 
Comúnmente los principios de la hidrostática también se aplican a los gases. El término fluido se aplica 
a líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes. No obstante, conviene recordar que un 
gas se puede comprimirse con facilidad, mientras que un líquido es prácticamente incomprensible 
(no varía prácticamente su volumen con la presión). Los fluidos están constituidos por gran cantidad 
de minúsculas partículas de materia Moléculas, éstas se deslizan unas sobre otras en los líquidos y en 
los gases se mueven sueltas. Esto explica por qué los líquidos y gases no tienen forma definida, 
adoptando la del recipiente que los contiene. Finalmente recordemos que un gas es expansible, por 
consiguiente su volumen no es constante; pues al pasarlo a un recipiente de mayor volumen 
inmediatamente ocupa todo el espacio libre, es decir, un gas ideal ocupa todo el volumen del 
recipiente que lo contiene (no tiene forma ni volumen propio). Un líquido, por su parte, no tiene 
forma definida, pero sí volumen definido ( toma la forma del recipiente que lo contiene) 
Para el estudio de la hidrostática se suponen las siguientes hipótesis, con las cuales se define el estado 
liquido ideal. 
 Incompresible: Sometido a grandes presiones no cambia su volumen significativamente. 
 No viscoso: El desplazamiento libre de una molécula respecto de la otra es considerable. Se 
puede considerar que no existe rozamiento interno entre las moléculas del líquido.- 
Los líquidos tienen la propiedad de que bastan fuerzas muy pequeñas para producir en ellos 
deformaciones de la magnitud que se desee. 
Existen otras propiedades de los líquidos, entre las cuales podemos citar la tensión superficial 
(propiedad de la superficie de un líquido que se manifiesta como el resultado de las fuerzas de 
adherencia y de cohesión), fundamental para explicar el fenómeno de capilaridad 
Las relaciones que podemos obtener en los líquidos entre su masa, peso y el volumen son: 
 Peso específico. / Densidad 
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El peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa: 
r= P / V = peso/ volumen 
Unidades de PESO ESPECIFICO : puede ser cualquier unidad de fuerza(el peso es una fuerza) sobre 
cualquier unidad de volumen. Solo daremos algunas más comunes: 
Kgf / m3 ; Kgf / Litro ; Kgf / cm3 ; gf / cm3 etc. 
 La unidad de Kgf / Litro es muy utilizada ya que el peso especifico del agua ( liquido que interviene en 
muchas ideas) es de 1 Kgf / Litro .- (esto quiere decir que un volumen de un litro de agua `pesa 1 Kgf ) 
 (recordar que 1litro = 1 dm3 y 1000 dm3= 1 m3 ) 
 
En el sistema internacional (MKSA) las unidades serán N / m3 
La densidad de una sustancia se determina dividiendo LA MASA entre el volumen que ocupa 
 = M / V = Masa / Volumen 
Unidades de DENSIDAD: Pueden ser cualquier unidad de mas , dividido cualquier unidad de volumen.- 
Kgr / m3 , Kgr / cm3 , gr / cm3 (observar que esta unidad de Kgr , gr ; se debe a una masa y no a una 
fuerza, por eso no lleva la letra f ) 
 
Del concepto de masa x gravedad = Peso, es fácil deducir que 
 densidad x gravedad = peso específico 
 
Existe una COINCIDENCIA NUMERICA entre la densidad expresada en Kgr / volumen y el peso 
específico expresado en Kgf / misma unidad de volumen, 
EJEMPLO 
La densidad del agua es 1 Kgr / m3 y el peso especifico 1 Kgf / m3 (numéricamente iguales, pero en 
un caso se esta hablando de la masa por unidad de volumen : DENSIDAD; y en el otro caso se esta 
hablando del peso por unidad de volumen : PESO ESPECIFICO).- Por esta razón mucha gente piensa 
que es lo mismo la densidad y el peso especifico.- 
 
Los líquidos transmiten presiones ya que son prácticamente incompresibles; pero no pueden resistir 
fuerzas, produciendo la discontinuidad entre sus moléculas. Si un liquido esta en equilibrio las 
presiones que actúan sobre una partícula deben equilibrarse. 
Las fuerzas originadas por la presión en las caras de un cuerpo sumergido tienen que ser, cuando los 
líquidos están en reposo, perpendiculares a la superficie ya que, si no fuera así, la componente 
horizontal de la fuerza movería el líquido paralelamente a las caras. 
PRESION: Es la magnitud que relaciona la Fuerzacon la Superficie sobre la que actúan. 
P= 
Unidades: 
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Sistema Internacional S.I.- 1 Pascal = 1 Newton / 1 metro cuadrado = 1 N/ m2. 
(9,8 Newton = 1Kgf.) 
Se denomina bar a una unidad de presión, aproximadamente igual a una atmósfera (1 Atm). 
Su símbolo es "bar". 
1 bar = 100 000 pa (pascales) 
Normalmente la presión atmosférica se da en milibares, y la presión normal al nivel del mar se 
considera igual a 1013,2 milibares. Actualmente la presión atmosférica se mide en Hpa ( 
hectopascales ) por ser una unidad derivada del S.I.; recordar que 1Hpa = 100 pascales . Esto no es 
caprichoso, ya que en estas unidades el valor sigue siendo el mismo que en milibares ( 1milibar = 1 
Hpa) y de esta forma no provoca grandes cambios en la información general./ 
1 bar = 100 000 Pa = 1,02 kg/cm2 
 
1 bar = 14,50 libras/pulgada2 (lb/in2) o psi (que significa pound square inch) 
1 atm = 760 mm de Mercurio 
1 Kgf. / cm2 . = 10 metros de columna de agua. (mca) 
PRINCIPIO DE PASCAL 
Si se aplica presión a un líquido ideal (no compresible) en un recipiente cerrado, está se transmite con 
igual intensidad en todas direcciones y sentido, hasta las paredes del recipiente. 
 
 
 
 
 
El principio de Pascal tiene una aplicación directa que es la prensa hidráulica. 
Cuando se aplica una fuerza F1 el embolo de menor área A1 , se genera una presión p1 . 
p1= 
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En el segundo embolo la presión p2 es igual a p1 y vale 
P2 = 
 
 
Como el líquido esta en un mismo recipiente y las presiones son iguales se cumple: 
 F2 = 
siendo A1 < A2 si consideramos una relación A2 = 5 A1 aplicando la formula se obtiene que F2 = 5 F1 
Otra aplicación importante se encuentra en el sistema de freno de los automóviles. Los frenos 
hidráulicos son una aplicación del principio de Pascal. Al pisar el freno ejercemos una fuerza con el pie 
en el pedal que la transmite a un émbolo de sección pequeña que se mueve dentro de un pistón. Esa 
fuerza crea una presión en el interior del líquido de frenos. El fluido transmite la presión casi 
instantáneamente en todas direcciones. 
Al tener colocado otro pistón con su émbolo en el otro extremo del circuito hidráulico y, según la 
relación entre las secciones de los émbolos, la fuerza aplicada será amplificada en ese punto. 
El sistema hidráulico PUEDE cambiar también la dirección y el sentido de la fuerza aplicada. 
 
 
 
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El circuito rojo tiene conectados tres pistones en los que se mueven tres émbolos. El émbolo de menor 
sección lo mueve el pie y los otros dos los acciona el circuito contra las mordazas que van en el interior 
de la rueda. 
En los edificios bajos se usa el Ascensor Hidráulico, que representa otra aplicación del tema tratado. 
En este caso una bomba hidráulica que está incorporada a la central hidráulica provee la presión del 
fluido, y cuando funciona el ascensor la presión actúa sobre un pistón que se desliza y arrastra la 
cabina del ascensor. 
 
 
TEOREMA GENERAL DE LA HIDROSTATICA. 
La presión hidrostática (la presión debido a la columna de líquido) en un punto interior de un líquido es 
directamente proporcional al peso específico r, a la profundidad h.: 
P = r.h 
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Los fluidos (líquidos y gases) ejercen también una presión, P = r.h, sobre cualquier cuerpo sumergido 
en ellos. La presión será tanto mayor cuanto más denso sea el fluido y mayor la profundidad. Todos los 
puntos situados a la misma profundidad tienen la misma presión. 
La diferencia de presiones entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto de peso 
específico del líquido ( por la diferencia de niveles. 
PB - PA = . h (que representa el presión de la columna de liquido existente entre ambos 
puntos) 
PB = Presión en el punto B. 
PA = Presión en el punto A. 
 = peso específico del líquido. 
h = distancia vertical entre A y B (altura). 
 
En particular el aire (por ser un fluido) ejerce una presión sobre la superficie de la tierra , el peso de 
todo ese aire distribuido sobre la superficie de la Tierra es lo que se llama PRESIÓN ATMOSFERICA. 
La presión atmosférica varía según el día (por el peso específico) y según la altura a la que estés (por la 
columna de aire a considerar). El valor al nivel del mar es de 1,033 Kgf/cm2. Esto equivale a los 
conocidos 760 mm de mercurio 
Las presiones de pueden medir como presiones absolutas o relativas. 
 Presión absoluta: La presión absoluta es la medida de la presión referida al cero absoluto 
(vacío total o ausencia total de materia) 
 Presión relativa: Las presiones relativas son las presiones referidas a otra presión. La 
presión de referencia más utilizada es la presión atmosférica. Se tiene así diversas 
denominaciones de presión como: 
 Presión manométrica 
Es la presión referida a la presión atmosférica. 
 Presión de vacío 
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Es la presión referida a la presión atmosférica pero por debajo de ella. (Menor que la 
presión atmosférica) 
 Presión diferencial 
Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera 
Los dispositivos para medir la presión manométrica se llaman manómetros. La relación entre la 
presión absoluta del interior del recipiente y la presión manométrica, está vinculada con la presión 
atmosférica. 
Presión absoluta=presión manométrica + presión atmosférica. 
Presión manométrica=presión absoluta - presión atmosférica 
Un manómetro de uso común, es el de tubo abierto o manómetro de líquido el cual tiene forma de U; 
generalmente contiene mercurio pero si se requiere alta sensibilidad puede contener agua o alcohol. 
Se utiliza para medir la presión en calderas, autoclaves, tanques de gas o cualquier recipiente a 
presión. Para ello, un extremo del tubo se conecta al recipiente de referencia para medir la presión; el 
gas o vapor ejerce una presión que hace subir el mercurio por el extremo abierto, hasta igualar las 
presiones (ambiental, o del gas o vapor). La diferencia entre los dos niveles determina la presión 
manométrica, a la cual debe agregarse la atmosférica si se desea conocer la presión absoluta del 
recipiente. 
La presión relativa del recipiente será igual al producto del peso específico (o la densidad del líquido, 
por la gravedad), por h (altura manométrica): 
Pr = . h 
 
Ejemplo de medición de presión en el interior de un recipiente utilizando una columna de agua 
Paradoja hidrostática o paradoja de Stevin 
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Dos o más vasos comunicados por su base se llaman vasos comunicantes. Si se vierte un líquido en uno 
de ellos, se distribuirá de tal modo que el nivel del líquido en todos los recipientes es el mismo, 
independientemente de su forma y sus capacidades. Éste es el llamado Principio de los vasos 
comunicantes, o paradoja de Stevin. 
Este principio es una consecuencia de la ecuación fundamental de la Hidrostática: Los puntos que 
están a la misma profundidad tienen la misma presión hidrostática y, para que eso ocurra, todas las 
columnas líquidas que están encima de ellos deben tener la misma altura. 
Parece "de sentido común" pensar que el recipiente que contiene más agua, y que por tanto tiene 
mayor peso, el que tiene paredes que convergen hacia el fondo, soporta mayor presión, pero no es 
así: la Física lo demuestra y la experiencia lo confirma. 
¡La Física no se guía por el llamado sentido común! Las conclu 
 fuentes de información en lo que observamos con 
los sentidos y éstos a menudo nos engañan. 
 
Una aplicación de este principio en la construcción, son los cierres hidráulicos para evitar la fuga de 
gases y olores en los conductos sanitarios. Las llamadas piletas de patio, tienencomo función evitar la 
fuga de gases del sistema primario por medio de un sifón o cierre hidráulico. 
 
Otro dispositivo de cierre hidráulico está presente en los inodoros, en la figura se aprecia un corte del 
artefacto, debido a la forma que posee, constituye un cierre hidráulico que impide la fuga de gases y 
olores. 
 
 
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PRINCIPIO DE ARQUIMIDES. 
Todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido, recibe una fuerza llamada empuje en 
dirección ascendente .El valor de la fuerza empuje es igual al peso del volumen de fluido desalojado. 
Empuje = E = . V 
V = Volumen del fluido desalojado. 
 = peso específico del fluido desalojado. 
El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido; ya que si lo 
estuviera y el empuje ascendente fuera mayor que su peso, este flotaría y estaría parcialmente 
sumergido . En la situación de equilibrio se cumple la siguiente ecuación: 
EMPUJE = PESO 
E= . V. = m.g 
V = Volumen del cuerpo sumergido. 
 = peso específico del fluido desalojado. 
g = aceleración de la gravedad. 
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El empuje depende de la densidad del fluido, del volumen sumergido del cuerpo y de la gravedad 
existente en ese lugar. El empuje actúa siempre verticalmente, hacia arriba y esta aplicado en el centro 
de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo, llamado centro de empuje. 
En conclusión , para que un cuerpo flote en un fludo se debe cumplir que el peso especifico c del 
cuerpo sea menor que peso especifico f del fluido 
Altura piezometrica o Altura de Presión 
En un conducto como se indica en la figura se cumple la ecuación: 
Z A + pA /r = Z B + pB / r = H 
La ecuación indica que en un líquido incompresible es constante la suma de la altura geométrica o de 
posición y de la presión unitaria dividida por el peso específico. 
A la expresión anterior se la conoce con el nombre de altura o cota piezométrica. 
El coeficiente p/r = h se denomina altura de presión y representa la altura h de una columna de 
líquido de peso específico r capaz de producir una pasión p. 
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Cuando se estudia hidrostática, relacionado con los fenómenos asociados a la arquitectura, es muy 
importante nombrar el fenómeno de capilaridad, que es la ascensión de líquidos por orificios de 
diámetros muy pequeños (del orden de un capilar, de allí su nombre al fenómeno)./ 
Este ascenso se da, debido a un fenómeno en la superficie de un líquido que se conoce con el nombre 
de tensión superficial. La superficie (llamada comúnmente MENISCO) de un líquido se puede entender 
como una membrana que se deforma debido a la interacción entre las fuerzas de COHESION (interna 
del líquido) y las fuerzas de ADHERENCIA ( entre el líquido y las paredes del recipiente). Como 
resultado de este fenómeno se puede tener que si predominan las fuerzas de ADHERENCIA, frente a 
CAPILAR). En cambio sí ocurre lo contrario el líquido tendera a bajar por las paredes del recipiente 
(DESCENSO CAPILAR)