Características de los líquidos

Leonardo Vite Terán^[a]

Abstract

The liquid is one of three conditions of aggregation of the matter. A liquid is a fluid (besides the gases) whose volume is constant under constant conditions of temperature and pressure.
The molecules of the liquids and gases are not kept in fixed positions, since it happens with the solid ones, can move freely slipping some on others and this prevents that the matter in the above mentioned conditions has own form; for which a liquid takes the form of the container that contains it. This difference between solid and liquid owes by force of union between his molecules. In the solid ones the above mentioned force is the sufficiently big thing to support them in the same position, in the liquids it is very weak to make them fixed, though the sufficiently big thing to keep them close

 

Keywords: Viscosity, superficial tension, cohesion, adhesion, density, relative density, specific weight, pressure, atmospheric pressure, hydrostatic pressure

Resumen

El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un líquido es un fluido (además de los gases)  cuyo volumen es constante bajo condiciones de temperatura y presión constantes.
Las  moléculas  de los líquidos y gases no se mantienen en posiciones fijas, como  ocurre con los sólidos, se pueden mover libremente deslizándose unas sobre otras  y esto impide que la materia en dichos estados tenga forma propia; por  lo cual un  líquido toma la forma del recipiente que lo contiene. Esta diferencia  entre sólidos y líquidos se debe a la fuerza de unión entre sus moléculas. En los sólidos dicha fuerza es lo suficientemente grande para mantenerlas en una misma posición, en los líquidos es muy débil para dejarlas fijas, aunque lo suficientemente grande para mantenerlas unidas.

 

Palabras clave: Viscosidad, tensión superficial, cohesión, adhesión, densidad, densidad relativa, peso específico, presión, presión atmosférica, presión hidrostática

CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS

El término hidrostática se refiere al estudio de los fluidos en reposo. Un fluido es una sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas. Por lo tanto, el término fluido incluye a los líquidos y a los gases.

Esta parte de la hidráulica es demostrada por principios importantes como son: el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

El estudio de los líquidos requiere el conocimiento de algunas de sus características;  mismas que ahora te invitamos a conocer.

 

a)  Viscosidad. 

 

La viscosidad es  la medida de la resistencia interna de un fluido a desplazarse o moverse.

 

Tanto  el aire como el agua  a  pesar de fluir con facilidad, presentan cierto grado de dificultad al flujo. Cuando las moléculas de un fluido se desplazan, se presentan  fuerzas internas que tienden  a contrarrestar la fuerza que se aplica en el fluido para ponerlo en movimiento.

La viscosidad se puede definir como:

 

La viscosidad es  la medida de la resistencia interna de un fluido a desplazarse o moverse.

 

En los líquidos la viscosidad se debe a la fuerza de cohesión entre sus moléculas.  . 

La viscosidad mide cuánta fuerza se requiere para deslizar una capa del fluido sobre otra, los fluidos tienden a seguir la ley de la gravedad, pero no todos se trasladan con la misma facilidad.

Si no fuera por la viscosidad, un líquido podría desplazarse a través de un tubo por  su  propia  inercia sin que ninguna diferencia de presiones tuviera que empujarlo entre los extremos del conducto.

 

La unidad de medición de la viscosidad en el sistema internacional es el "poiseville", que se define como:

"La viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido y la velocidad de éste, respecto a la superficie es de un metro por segundo".

 

De acuerdo a la definición anterior la unidad de viscosidad en el sistema internacional es el  N·s/m2, la cual recibe el nombre de  Pascal·seg, y  esta última recibe el nombre especial de poiseville (PI).

Si un fluido en movimiento no tuviera viscosidad, podría pasar por un tubo horizontal sin que se le aplicara fuerza alguna. Pero debido a la viscosidad se requiere de la aplicación de una fuerza y por lo tanto de una diferencia de presiones en los extremos del tubo para que el fluido se mueva, es decir, para que haya flujo. El científico francés Jean Léonard Poiseville determinó las variables que intervienen en la rapidez de flujo laminar y continuo de un fluido, incomprensible dentro de un tubo cilíndrico.

Al valor de la viscosidad de un fluido se le llama coeficiente de viscosidad y  depende de la temperatura. En los líquidos, el coeficiente de la viscosidad disminuye si la temperatura aumenta y en los gases aumenta al aumentar la temperatura.

El aceite de los automóviles tiene una viscosidad elevada. Esto es importante porque recubre las piezas móviles del motor e impide que la fricción los desgaste.

En la industria la viscosidad se cuantifica en forma práctica, utilizando recipientes con una determinada capacidad, que tienen un orificio de un diámetro establecido convencionalmente. Al medir el tiempo que el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad.

 

La viscosidad dada en poiseville para algunas sustancias se muestra a continuación:

 

TABLA  1 Coeficiente de viscosidad de diferentes sustancias

 

Sustancia	Poiseville
Agua a 0ºC	0.0018
Agua a 20ºC	0.001
Agua a 39ºC	0.000801
Agua a 60ºC	0.00065
Acetona  a 39ºC	0.000295
Aceite de oliva a 20ºC	0.097
Aire  a 20ºC	0.000 018
Aceite para motor (SAE 10) a 39ºC	0.200
Glicerina a 0ºC	10.000
Glicerina a 20ºC	1.410
Glicerina a 60ºC	0.081
Etanol	0.001
Mercurio	0.0016
Sangre (sana) a 37ºC	0.004

 

b)  Tensión superficial 

La  tensión  superficial  hace  que  la  superficie libre de un  líquido se comporte como  una  fina  membrana  elástica.

 

Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre las moléculas de un líquido. Cuando se coloca un líquido en un recipiente, las moléculas del interior del líquido se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras; pero  las moléculas de la superficie del líquido sólo son atraídas por las moléculas que se encuentran por debajo de ellas y las laterales más cercanas, dando lugar a una fuerza dirigida hacia el interior del líquido. Por esta razón, la superficie de todos los líquidos posee una cierta rigidez llamada tensión  superficial.

Puesto que todas las moléculas de la superficie de un líquido tienen una fuerza resultante que las jala hacia adentro, por naturaleza se acomodan de manera que tengan la mínima superficie expuesta. Se debe a este comportamiento el que las gotas de un líquido sean esféricas, ya que una esfera es el cuerpo geométrico que presenta la menor área superficial. Al cambiar la forma,  la superficie se estira  o bien, se halla en un estado de tensión, presentando cierta rigidez, de ahí el nombre de tensión superficial,   

Por ejemplo, una gota de líquido  sobre el cual no operan otras fuerzas adopta una forma esférica. Esto se observa en el caso de las gotas de agua que se acumulan en la carrocería de un automóvil recién encerado. Si observamos las gotas que caen de una llave, las vemos ligeramente alargadas, esto se debe a que la fuerza de gravedad las jala hacia abajo y las deforma. Sin este efecto, su forma sería esférica.

La tensión superficial hace que la superficie libre de un  líquido se comporte como una fina membrana elástica muy débil y delgada que puede estirarse al aplicársele una pequeña fuerza e incluso puede  llegar a  romperse.

 

La tensión superficial es una medida de la magnitud de las fuerzas hacia el interior que actúan sobre la superficie de un líquido. Cada líquido presenta un valor diferente de tensión superficial, que dependerá de la intensidad de las fuerzas de cohesión.

A continuación se indican los valores de tensión superficial de algunas sustancias:

 

TABLA  2  TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNAS SUSTANCIAS

 

Sustancia	Tensión superficial (dinas/cm2)
Acetona   a  20 ºC	2.370
Agua a  18 ºC	7.305
Alcohol etilico a 0 ºC	2.405
Cloro   a   61.5 ºC	3.161
Cloroformo  a  20 ºC	2.714
Mercurio a 20 ºC	43.550
Yodo a 130 ºC	5.310

 

La tensión superficial de un líquido disminuye con el aumento de temperatura.

 

Esto debido a que a mayor movimiento molecular, disminuyen las fuerzas de cohesión.

Debido a la tensión superficial los pequeños insectos pueden posarse o caminar sobre el agua; si colocas con cuidado una hoja de rasurar o una aguja  en forma horizontal, sobre la superficie de un  líquido, podrás ver que no se hunde. La tensión superficial también es responsable de que las gotas de un líquido y las pompas de jabón tomen una forma esférica.

La tensión superficial de un líquido se puede variar añadiéndole alguna sustancia. Por ejemplo, cuando lavamos ropa es importante disminuir la tensión superficial del agua para que ésta  penetre con más facilidad por los tejidos durante el lavado de ropa, y esto se logra por la acción de los detergentes que se añaden al agua.

 

c)  Cohesión 

 

La cohesión es la fuerza de atracción que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.

 

La atracción molecular entre moléculas semejantes de un líquido recibe el nombre de fuerza cohesiva. Ésta fuerza da origen a la cohesión, o sea, a la tendencia de un líquido a permanecer como un conjunto de partículas. La falta de fuerzas cohesivas  entre las moléculas de un gas le permite llenar todo el recipiente donde se encuentre un gas encerrado.

La cohesión es mayor en los sólidos que en los líquidos y en éstos es mayor que en los gases. ¿Sabías que debido a la  fuerza de cohesión, dos gotas de agua que se juntan se unen para formar una sola, y qué lo mismo sucede con dos gotas de mercurio?

Si observas por las mañanas las hojas de las plantas de un jardín, notarás que el agua del rocío se distribuye en pequeñas gotas y no de manera uniforme sobre la superficie de la hoja. Esto ocurre debido a que actúan fuerzas de atracción entre las moléculas de agua que no permiten que ésta se desparrame totalmente. Por ejemplo, las gotas que salen de una llave, tienden a adoptar una forma esférica propia, debido a las fuerzas de cohesión, pues cada molécula atrae en todas direcciones por igual a las moléculas que la rodean.

Pero sobre las moléculas de los líquidos no actúan solamente  las fuerzas de cohesión; actúan, además, fuerzas de repulsión, que les impiden situarse demasiado cerca unas de otras y,  también la gravedad actúa sobre ellas, obligando a las capas superiores del líquido a resbalar sobre las inferiores, hasta alcanzar el mismo nivel en la superficie.

 

c) Adhesión  o  Adherencia.

 

Es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes que se ponen en contacto; generalmente un líquido con un sólido

Generalmente las sustancias líquidas, se adhieren a los cuerpos sólidos. Cuando se presenta el fenómeno de adherencia significa que la fuerza de adhesión entre las moléculas  de una misma sustancia es mayor  que la fuerza de cohesión que experimentan con otra sustancia distinta, con la cual tienen contacto. Tal es el caso del agua que se adhiere  al vidrio, la pintura al adherirse a un muro, el aceite al adherirse al papel, o la tinta a un cuaderno.

Cohesión y adherencia. Al juntar un líquido con un sólido tendremos como resultado que en la superficie de contacto existen dos fuerzas de tendencia opuesta.

Por un lado, la fuerza de cohesión que tenderá a mantener las moléculas del líquido juntas, y por el otro, las fuerzas de adhesión que tenderán a unir las moléculas del sólido con las del líquido, y por lo tanto a dividir al líquido.

Según sean los valores de estas fuerzas se obtienen diferentes resultados: si la adherencia   es mayor que la cohesión, el líquido se distribuye sobre la superficie del sólido, y se dice que lo moja.   Se trata de una propiedad importante de los “adherentes”

Si por el contrario, la cohesión es mayor que la adherencia el líquido tenderá a mantener su forma y una superficie mínima de contacto con el sólido por lo que no lo mojará.

El que suceda una cosa u otra depende de las características del líquido y del sólido. Por ejemplo, cuando hay agua sobre papel encerado se forman pequeñas gotas, pero cuando hay agua sobre cartulina, esta se moja. La diferencia está dada por las características del sólido.

Pero puede suceder que el líquido sea el que determine el resultado  final de la interacción con el sólido. Si ponemos agua sobre la superficie de un vidrio, el agua se desparrama sobre el vidrio, y por lo tanto lo mojará, pero si ponemos mercurio sobre el vidrio, éste conservará su forma de gota, aunque la gota  esté aplastada debido a su propio peso.

Haciendo uso de los conceptos de cohesión y adhesión, se puede explicar un fenómeno que encontramos en algunos procesos naturales: la capilaridad.

 

d) Capilaridad.

El fenómeno de capilaridad,  consiste en el ascenso o descenso de un líquido dentro de un tubo de diámetro pequeño llamado capilar.

La tensión superficial, además de las fuerzas de cohesión y de adhesión origina  el fenómeno de capilaridad que consiste en el ascenso o descenso de un líquido dentro de un tubo de diámetro pequeño llamado capilar. Si tomamos un tubo de vidrio muy delgado, que mida menos de 1 mm de diámetro interior, es decir, un tubo capilar y lo sumergimos en un recipiente con agua, observaremos que el líquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la que existe en la superficie libre del líquido, esto se debe a que el agua se adhiere (la fuerza de adhesión es mayor  que la de cohesión) al tubo por dentro y por fuera,  pero la fuerza de adhesión del líquido con las paredes internas hará subir el líquido formando una columna de agua hasta que el peso de la columna equilibre la fuerza de adhesión.

La superficie del líquido contenido en el tubo no es plana sino que forma un menisco cóncavo  (el menisco es la línea curva que se forma en la superficie del líquido), es decir, la superficie del líquido presenta una curvatura. Mientras más estrecho sea el recipiente, con más facilidad se puede observar este comportamiento.

En el caso del menisco cóncavo, la presión por el lado cóncavo es la presión atmosférica y, por tanto, del otro lado la presión es menor y el líquido tiene que elevarse un poco para que todos los puntos a un mismo nivel horizontal tengan igual presión.

Al  introducir un tubo capilar  en un recipiente que contiene mercurio, la fuerza de  cohesión entre  las moléculas del líquido es mayor a la fuerza de adhesión existente con las paredes del recipiente, entonces el mercurio se curva hacia  adentro sin  mojar  las  paredes (menisco descendente), por lo que se observa que el mercurio en  lugar  de ascender por el tubo, desciende (no hay capilaridad); debido a  que  sufre  una  depresión.  En  este caso se forma un menisco convexo. 

Los fenómenos anteriores  se deben  a las fuerzas de cohesión y adhesión.  Si las fuerzas de adhesión son mayores, la curvatura se formará hacia arriba; si las fuerzas de  cohesión son  mayores, se presentará un menisco con la curvatura hacia abajo. 

La capilaridad es la propiedad que presentan los líquidos de alcanzar en el interior de tubos muy delgados (menos de 1 mm de diámetro interior) un nivel diferente al del resto del líquido.

Este fenómeno es importante para ciertos procesos naturales, por ejemplo:

  ¿Sabías que debido a la capilaridad el agua que absorben las plantas          se distribuye gracias a un sistema de capilares muy finos; el alcohol y           el petróleo ascienden por las mechas en las lámparas y, también    ocurre la circulación de la sangre a través de pequeños vasos sanguíneos?

Cuando el tubo que se utiliza es muy ancho no se produce esté fenómeno, pues la acción de la presión atmosférica tiende a igualar el  nivel en todo el líquido.

 

f)  Densidad.

La densidad de una sustancia se define como  la masa contenida en la unidad de volumen.

Como sabes de cursos anteriores, la masa es una medida de la cantidad de materia que contiene una sustancia.

La densidad, llamada también densidad de masa  se expresa en kg/m3, y  su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa, lo anterior puede expresarse de la siguiente forma:

 

 

en donde:    

r = la densidad de la sustancia, en kg./m3

m = la masa de la sustancia, en kg.

V  = el volumen que ocupa la sustancia, en m3

 

Es común decir que el mercurio es más pesado que el agua, pero lo que se quiere dar a entender con ello es, que un volumen dado de mercurio contiene más materia que un volumen igual de agua.

La densidad de los líquidos se determina en forma práctica, usando instrumentos conocidos como “densímetros”, aprovechando el empuje que sufren los cuerpos sumergidos en líquidos (ver principio de Arquímides). Un densímetro se sumerge en el líquido al cual se le va a determinar su densidad, y ésta se lee, según el nivel que alcance el líquido en que flotan, con base en una escala previamente determinada. Un densímetro se gradúa colocándolo en diferentes líquidos de densidad conocida, como el agua, el alcohol o aceite.

Dado que la mayor parte de los materiales se expanden al ser calentados, las densidades normalmente disminuyen al elevarse la temperatura. Una excepción notable la constituye el agua en el intervalo de  0 ºC a 4 ºC. El agua se contrae con el aumento de temperatura en este intervalo, sólo porque las moléculas de hielo, o incluso las de agua líquida a 0 ºC, exhiben una disposición o arreglo ordenado a baja densidad en distancias cortas. El orden desaparece al aumentar la temperatura, y esto permite a las moléculas comprimirse más densamente. 

 Algunos valores de densidades para diferentes sustancias los encontramos en la siguiente tabla.

 

TABLA   3   DENSIDAD DE DIFERENTES SUSTANCIAS

 

Sustancia	Densidad (kg/m³ )	Sustancia	Densidad (kg/m³)
Agua a 4 ºC	1000	Gasolina (20 ºC)	700
Agua (20 ºC)	998	Glicerina a 0ºC	1250
Agua de mar	1030	Hielo	920
Aire (0 ºC)	1.30	Helio	0.18
Aire (20 ºC)	1.20	Mercurio   (0 ºC)	13600
Alcohol etilico	790	Oxigeno	1.43
Aluminio a 0ºC	2700	Oro a 0ºC	19300
Cobre a 0ºC	8900	Plata a 0ºC	10500
Corcho a 0ºC	240	Plomo	11400

 

g) Densidad Relativa

La densidad relativa de un cuerpo es el resultado de dividir  la densidad de dicho  cuerpo entre  la densidad del agua.

A veces se expresa la densidad de una sustancia diciendo cuántas veces es más densa que  otra sustancia de igual volumen.  El agua por ser una de las sustancias más abundantes se emplea como base de la comparación.

 

La densidad relativa de un sólido o un líquido se define como el resultado de dividir la densidad  de dicha  sustancia entre la densidad   de  un  volumen  igual  de  agua, es decir:

 

 

A la densidad del cuerpo, se lellama densidad relativa o también gravedad específica.  Es un número abstracto y no tiene unidades.  La densidad relativa de un líquido se mide con un frasco especial llamado picnómetro.

Por ejemplo, la densidad del mercurio es de 13600 kg/m3 y su densidad relativa es 13.6, lo cual indica que este metal tiene una densidad 13.6 veces mayor que el agua.

 

 h) Peso Específico

 

El  peso  específico  de  una  sustancia  se  define  como  el  peso  de  la sustancia  por  unidad  de  volumen.

El peso específico, llamado también densidad de peso o peso volumétrico de una sustancia se determina dividiendo el peso de la sustancia  entre el volumen que ocupa, se expresa en  newton/metro cúbico (N/m3). Su expresión matemática es:

 

 

en donde: Pe = peso específico de la sustancia, en N/m3.

 

P   = peso de la sustancia, en newtons.

V   = volumen que ocupa la sustancia, en m3.

m   = la masa de la sustancia, en kg.

g    = aceleración de la gravedad, en m/s2.

 

i) Presión

 

Cuando te acuestas en un colchón se produce una deformación en él, pero es mayor si te paras sobre él. A pesar de que tu peso no cambia por  modificar la posición de tu cuerpo es mayor la deformación en el colchón porque el área de contacto disminuye. En este caso decimos que la presión sobre el colchón aumenta. Por lo que definimos a la presión como:

 

 

La presión se  mide en Pascales.  1 Pascal = 1 N /1m2

Un líquido  contenido en un recipiente  ejerce una fuerza sobre todas las paredes del recipiente. Como la fuerza es perpendicular a la superficie de las paredes, conviene expresarla en términos de presión.

La   presión   se   define   como  la  fuerza   por  cada  unidad  de  área, sobre  la   cual   actúa.

 

La fórmula para el cálculo de la  presión  es:

 

F
P  = ---------   
A

 

en donde:

P = presión, en N/m2    (1 N/m2  =  1 Pascal ).

F = fuerza perpendicular a la superficie, en newtons.

A = área o superficie sobre la que actúa la fuerza, en m2.

 

También    se   utilizan   como  unidades  de  presión  la  dina  sobre  centímetro  cuadrado  (1 dina/cm2  =  0.1 N/m2);  1  atmósfera  = 1.013 x 105 N/m2, 1  bar = 105 N/m2.

La expresión anterior nos indica que a mayor fuerza aplicada mayor presión y a mayor área sobre la que actúa la fuerza, menor presión. . Dicha presión actúa en todas las direcciones y sólo es nula en la superficie libre del líquido.

 

i) Presión atmosférica

 

La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una mezcla de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, llamada presión atmosférica. La presión atmosférica se mide con un barómetro (ver tema 3.2 presión atmosférica).

La presión atmosférica varía con la altura con respecto al nivel del mar, por lo cual,  al nivel del mar se tiene el máximo valor de ella, llamada presión normal y que equivale a:

1.013 x 105  N/m2 =  760 mm de Hg = 1 atmósfera (atm)

 

k) Presión Hidrostática

 

La presión hidrostática es aquella presión que ejerce un líquido debido a su peso, sobre todo cuerpo que se encuentre sumergido dentro de él.

Todo líquido contenido en un recipiente origina  una presión sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene,  sin tener en cuenta las presiones  que se ejercen sobre su superficie, como la atmosférica o la que se ejercería con un pistón colocado sobre la superficie del líquido. Esta presión recibe el nombre de presión hidrostática, la cuál aumenta conforme mayor es la profundidad.

Todo cuerpo sumergido dentro de un líquido, se encuentra  sometido a  dicha presión hidrostática. La presión hidrostática en cualquier punto, puede ser calculada multiplicando el peso específico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto considerado. Su expresión matemática es:

Ph  = (Pe)  (h)  =   r · g · h 

 

En donde:

Ph = la presión hidrostática, en N/m2 ;

Pe =  el peso específico del líquido, en N/m3;

h =  la distancia desde  la superficie libre del líquido hasta el punto  considerado (altura de la columna de líquido), dada en metros.

r = densidad del líquido.

g  =  aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).

 

Es importante reconocer que la presión hidrostática no depende de la cantidad de líquido, sino de la profundidad a la que se encuentre el objeto o persona,  es decir, si una persona se encuentra en un determinado lugar a una profundidad de 2 metros ya sea en una alberca gigante, en una alberca pequeña, en una cisterna o en un gran lago, la presión hidrostática a la que se encuentra sometido es la misma.

La presión hidrostática es solo la presión del agua, pero en muchos casos, el fluido no es el único factor de la presión. En un recipiente abierto, un líquido está sujeto además a  la  presión  atmosférica.  Por  lo tanto, para determinar la presión total, a una profundidad h  se debe agregar la presión atmosférica del lugar en donde se encuentre (101.3 kilo Pascales al nivel del mar).

Por ejemplo, habrás notado que al sumergirte en el agua, no importa de que lado inclines la cabeza, sentiste  la misma cantidad de presión en tus oídos; la presión actúa hacia arriba cuando intentamos meter una  pelota en el agua; el fondo de un barco es empujado hacia arriba por la presión del agua. Por lo anterior, podemos decir que, la presión de los líquidos actúa en todas las direcciones.

 

Para que los conceptos anteriores te queden reafirmados, veamos algunos ejemplos.

 

Ejemplo 1

Un kg., de alcohol etílico, ocupa un volumen de 0.001266 m³:
a) ¿Cuál es su densidad?
b) ¿Cuál es su peso específico?

 

Datos:

m = 1 kg
V = 0.0012659 m³
r = ?
Pe = ?

 

 Fórmulas:

r = m/V; Pe = r · g

 

Sustitución y resultado:

m               1  kg
a)  r = -------  = ----------------------  =  789.95 kg/m3
V          0.0012659 m3

 

b) Pe = r · g = (789.95 kg/m3) (9.81 m/s2) = 7749.40 N/m3

 

Ejemplo 2

Un cubo de uranio (r =18680 kg/cm3) mide 2 cm de lado.
a) Determine su masa.
b) ¿Cuánto medirá en cada lado un cubo de hielo,(r = 920 kg/m3) que tenga la misma masa.

 

Datos:

r =18680 kg/cm3
V = (0.02 cm)3  = 8.0 x 10 - 6 m3,

 

Fórmula:

r = m / V

 

a)  Despeje,  sustitución y resultado:

m =  r·V = (18680 kg/cm3) ( 8.0 x 10 - 6 m3 ) = 0.149 kg., es la masa del cubo de uranio

 

b) de acuerdo al inciso anterior  la masa de un cubo (de 3 cm. por lado) de uranio tiene una masa de: m = 0.149 kg.,  por tanto, el volumen del hielo estará  dado  por:

 

    V = m/rhielo = 0.149 kg/920 kg/m3 = 1.619 x 10 -4 m3

 

Por lo cual para obtener  la dimensión de cada lado del cubo de hielo, hay que obtener  la  raíz  cúbica  de  1.619 x 10 -4 m3,  la  cual  nos da un valor de:  0.0545 metros, es decir, 5.45 centímetros  es la dimensión de cada lado del cubo de hielo que tiene una masa de  0.149 kg.

 

Problema 3

Sobre un líquido encerrado en un recipiente se aplica una fuerza de 100 N mediante un pistón que tiene un área de 0.01 m2. ¿Cuál es el valor de la presión?

 

Datos:

F = 100 N
A = 0.01 m2
P = ?

Fórmula:

P = F/A

 

Sustitución y resultado:

100 N
                            P = ------------------  =  10 000 N/m2 (Pa)
0.01 m2

 

Problema 4
Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5 m de profundidad, si la densidad del agua es de 1000 kg/m3.

 

Datos:

Ph = ?
h = 5 m
ragua = 1000 kg/m3

Fórmula:

Ph  = (Pe)  (h)  =   r · g · h

 

Sustitución y resultado:

Ph  = (1000 kg/m3) (9.81 m/s2) (5 m) = 49050 N/m2

Referencias Bibliograficas

Pérez Montiel, Hector (2011) FISICA GENERAL BACHILLERATO, Grupo Editorial Patria, edición 4.

Hewitt, Paul G., (2009),  Conceptos de Física, Editorial Limusa S.A. de C.V.
Tippens, Paul E. (2011), FISICA  conceptos y aplicaciones, Editorial: MCGRAW HILL, edición 7.

 

^[a] Profesor de la Escuela Preparatoria No. 4