NO ME SALEN
   (LECCIONES TEORICAS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   FLUIDOS
   HIDROSTATICA - PRINCIPIO GENERAL DE LA HIDROSTATICA

 

desesperado

También lo llaman principio fundamental de la hidrostática. Ya lo verás más adelante, es un caso particular del principio de Bernoulli, de modo que estamos en presencia de un principio de conservación de la energía. Tenés mi autorización de olvidarte de todo lo que te acabo de contar, y arranquemos la lección recién en el siguiente renglón.

 

   

PRINCIPIO GENERAL DE LA HIDROSTATICA
Si tenemos un tanque lleno de un líquido cualquiera, se observa que según a qué profundidad abramos una ventanita el chorrito de líquido sale con más o menos fuerza, lo cual nos permite inferir que la presión debe ser más grande a mayores profundidades.

Efectivamente, es fácil demostrar (y figura en casi todos los textos de física de mecánica de fluidos) que

  Fluídos - Ricardo Cabrera
   
  la presión en un punto cualquiera de un líquido en reposo es directamente proporcional a la densidad del líquido y a la profundidad a la que se halla el punto.
   

Esa expresión del recuadro se conoce como Principio general de la hidrostática, y simbólicamente se expresaría de esta manera:

Pr = ρ . g . h

O, lo que es lo mismo:

Pr = γ . h

donde Pr es la presión, ρ es la densidad del líquido, γ es el peso específico del fluido, g es la aceleración de la gravedad y h es la profundidad (medida desde la parte superior del líquido y hacia abajo) a la que se establece la presión.

Como toda proposición física, se trata de una aproximación a la realidad. Para que esto funcione hay que suponer que la densidad del líquido se mantiene constante entre los puntos considerados (lo cual no es del todo absurdo ya que, como te dije antes, los líquidos son prácticamente incompresibles) y aún cuando haya cambios de temperatura.

Una consecuencia inmediata del principio es que dos puntos a igual profundidad en un mismo líquido en reposo, se hallarán sometidos a la misma presión.

Podemos darle una vuelta más a esta tuerca y utilizarla para expresar la diferencia de presión entre dos puntos situados a diferentes profundidades:

 

 

γ = ρ . g

peso específico es igual a densidad por gravedad

(eso está explicado acá)

ΔPr = γ Δh
   

Ejemplo: hallar la diferencia de presión entre la superficie y el fondo de una piscina de agua de 4 metros de profundidad.

ΔPr = 10.000 N/m³ . 4 m

ΔPr = 40.000 Pa = 400 hPa

Si querés reforzar las ideas de estas primeras dos lecciones, te recomiendo empezar por este ejercicio.

CHISMES IMPORTANTES:

   
  • Llama la atención que la presión en el seno de un líquido sea independiente de la amplitud del recipiente, o de la cantidad de líquido, o de la anchura de la columna (son tres modos de plantear lo mismo), y que sólo dependa de la profundidad. Sin embargo, existe la misma presión en el fondo de un tubo vertical lleno de agua de 15 metros de largo y 5 cm de diámetro que en el fondo de un lago de 15 metros de profundidad.

  • Las partes más sensibles de nuestro cuerpo (a la presión) son los tímpanos, las membranas que separan el oído externo del oído medio. A medida que nos sumergimos en la piscina el agua presiona más y más sobre nuestros tímpanos produciéndonos incomodidad y dolor.
    Mirá este ejemplo: ¿Qué fuerza hace el agua a 4 metros de profundidad sobre nuestros tímpanos sabiendo que tienen un área de 3 cm²?
    Según la definición de presión: fuerza = presión . área

          F = 40.000 Pa  . 0,0003 m2
          
    F = 12 N

Por suerte tenemos cómo hacer una presión adicional desde el interior del oído para equilibrar la fuerza que nos hace el agua. Los buceadores conocen muy bien la técnica: soplan fuerte con las fosas nasales obturadas, el aire se abre paso por unos conductos que conectan la garganta con el oído medio -las trompas de Eustaquio-, y empuja el lado interior de los tímpanos compensando la presión del agua.

  • Podríamos suponer que la presión en la superficie de la piscina fuera cero (en todo caso sería un cero arbitrario, de referencia). En ese caso el ΔPr se transforma directamente en Pr. Y la presión en el fondo de la piscina sería de 400 hPa. Los instrumentos para medir presiones llamados manómetros utilizan, justamente, ese cero arbitrario sin importar cuánto vale -verdaderamente- la presión afuera de la pileta. Para no olvidarnos de que esto es una convención arbitraria, vamos a llamar a un resultado así: presión manométrica. Más adelante vuelvo sobre esto.

  • El bicho humano es bípedo desde hace relativamente poco: unos 10 millones de años, lo que -evolutivamente hablando- es bien poco. Pasar del cuadrupedalismo al bipedalismo implica serios problemas no sólo anatómicos sino también fisiológicos. Ser cuadrúpedo implica en términos generales ser horizontal. Y bípedo, ser vertical. La diferencia de altura se multiplica por cinco, y por lo tanto ¡la diferencia de presión también! La anatomía humana debió hacer importantes cambios para soportar diferencias de presión de sangre.
    Gran parte de la respuesta adaptativa recae sobre las paredes de las cañerías -arterias y venas- y el corazón. Las arterias tienen una capacidad asombrosa (de la que te hablo más adelante) de regular la presión de la sangre. Pero aún así la presión en las piernas es tan grande que toda la fuerza del corazón no alcanza para bombear el líquido y lograr el retorno venoso en penoso ascenso desde las profundidades de los pies.
    A la altura de los muslos, las venas femorales poseen unas valvulitas que además de impedir el descenso –el reflujo– de la sangre ayudan a seguir subiendo. También hay en tobillos y plantas de los pies.
    Por eso a los pacientes cardíacos se les recomienda efectuar largas caminatas diarias. El masajeo que los músculos largos del muslo hacen sobre las válvulas femorales al caminar efectúen una suerte de ordeñe de sangre, un bombeo mecánico, que ayuda al retorno venoso y alivia al corazón.

  • Por último, siempre es conveniente tener presente la Ley de Miller: no se puede saber la profundidad de un charco hasta que no se ha metido el pie.
   
PREGUNTAS CAPCIOSAS    
  • ¿Por qué cuando la enfermera nos mide la presión arterial toma nuestro antebrazo y no nuestra pantorrilla?
  • ¿Por qué la bolsita de suero está unos 70 cm por arriba de la cama del paciente?
  • ¿Por qué la bolsita de transfusión está apenas un poco por debajo de la camilla del donante?
  • ¿Por qué es más confortable bañarse en la casa de mi tío que vive en el segundo piso de una torre de 25, que en mi casa que es un PH al fondo?
  • ¿Por qué los submarinos tienen claraboyas muy chiquititas?
  Fluídos - Ricardo Cabrera
Vos acordate que las expresiones fraccionarias (tanto las operaciones como las de unidades) se escriben con la raya de división horizontal. En muchas partes de este sitio las escribo oblicuas y con el denominador en el mismo renglón; eso no es correcto, pero el lenguaje html no ofrece otra cosa si no es insertando imágenes.
 
     
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