1. Introducción
La estática
de fluidos estudia el equilibrio de
gases y
líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de
presión
se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de
Pascal y el de
Arquímedes pueden considerarse
consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los
líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos
tipos de fluidos tengan algunas características
diferentes. En la atmósfera se dan los
fenómenos de presión y de empuje que pueden ser
estudiados de acuerdo con los principios de la
estática de gases.
Se entiende por fluido un estado de la
materia en el
que la forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a
la del recipiente que los contiene. La materia fluida puede ser
trasvasada de un recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad
de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos
tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante
que no puede mortificarse apreciablemente por compresión.
Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los segundos no
tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que
los contiene; son fluidos compresibles porque, a diferencia de
los líquidos, sí pueden ser comprimidos.
El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto
de la estática de fluidos, una parte de la física que comprende
la hidrostática o estudio de los líquidos en
equilibrio, y la aerostática o estudio de los gases en
equilibrio y en particular del aire.
Densidad
Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su
volumen. Estos dos atributos físicos varían de un
cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma
naturaleza,
cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa del cuerpo
considerado. No obstante, existe algo característico del
tipo de materia que compone al cuerpo en cuestión y que
explica el porqué dos cuerpos de sustancias diferentes que
ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa.
Aun cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen son
directamente proporcionales, la relación de
proporcionalidad es diferente para cada sustancia. Es
precisamente la constante de proporcionalidad de esa
relación la que se conoce por densidad y se representa por
la letra griega
m = cte · V
es decir:
m = · V
Despejando de la anterior ecuación resulta:
ecuación que facilita la definición de y
también su significado físico.
La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un
volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el
cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es decir
kg/m3.
A diferencia de la masa o el volumen, que dependen de cada
objeto, su cociente depende solamente del tipo de material de que
está constituido y no de la forma ni del tamaño de
aquél. Se dice por ello que la densidad es una propiedad o
atributo característico de cada sustancia. En los
sólidos la densidad es aproximadamente constante, pero en
los líquidos, y particularmente en los gases, varía
con las condiciones de medida. Así en el caso de los
líquidos se suele especificar la temperatura a
la que se refiere el valor dado
para la densidad y en el caso de los gases se ha de indicar,
junto con dicho valor, la presión.
La densidad está relacionada con el grado de
acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo
general, más denso que otro más disperso), pero
también lo está con el peso. Así, un cuerpo
pequeño que es mucho más pesado que otro más
grande es también mucho más denso. Esto es debido a
la relación P = m · g existente entre masa y peso.
No obstante, para referirse al peso por unidad de volumen la
física ha introducido el concepto de peso
específico pe que se define como el cociente entre
el peso P de un cuerpo y su volumen
El peso específico representa la fuerza con que
la Tierra
atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.
La relación entre peso específico y densidad es
la misma que la existente entre peso y masa. En efecto:
siendo g la aceleración de la gravedad.
La unidad del peso específico en el SI es el N/m3.
La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su
densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como
referencia o patrón:
Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia
patrón el agua cuya
densidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m3. Para gases la
sustancia de referencia la constituye con frecuencia el aire que
a 0 ºC de temperatura y 1 atm de presión tiene una
densidad de 1,293 kg/m3. Como toda magnitud relativa, que se
obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad
relativa carece de unidades físicas.
Página siguiente  |