Presión y presión hidrostática

Un cajón de libros empuja el suelo con una fuerza de $200\ \text{N}$ repartida sobre una base de $0,5\ \text{m}^2$, como se muestra en la figura.

Calcula la presión que ejerce sobre el suelo, en pascales, usando $p = \frac{F}{S}$.

¿En qué unidad se mide la presión en el Sistema Internacional? Escribe su equivalencia con las unidades de fuerza y de superficie, y di en honor de qué científico lleva ese nombre.

Un punzón de taller empuja una chapa metálica con una fuerza de $20\ \text{N}$ y su punta tiene una superficie de $4\ \text{mm}^2$.

1. a) Expresa la superficie de la punta en $\text{m}^2$.
2. b) Calcula la presión que ejerce el punzón sobre la chapa.

Una excursionista camina por la nieve recién caída con botas y se hunde hasta el tobillo; al día siguiente pasa por el mismo lugar con esquíes y apenas deja huella, como se muestra en la figura.

Si su peso es el mismo en los dos casos, explica con el concepto de presión por qué con esquíes no se hunde.

Una esquiadora de $60\ \text{kg}$ está de pie sobre la nieve. Toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula su peso.
2. b) Con las botas puestas, apoya sobre dos suelas de $25\ \text{cm} \times 10\ \text{cm}$ cada una. Calcula la presión que ejerce sobre la nieve (cuidado con el cambio de unidades).
3. c) Con los esquíes puestos, apoya sobre dos tablas de $1,5\ \text{m} \times 0,2\ \text{m}$ cada una. Calcula ahora la presión.
4. d) Compara los dos resultados y explica por qué con esquíes no se hunde.

Compara las dos situaciones siguientes, representadas en la figura. Toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Una persona de $55\ \text{kg}$ apoya todo su peso sobre dos tacones de aguja de $1\ \text{cm}^2$ cada uno: calcula la presión que ejerce sobre el suelo (cuidado con el cambio de unidades).
2. b) Un elefante de $5\,000\ \text{kg}$ se apoya sobre sus cuatro patas, de $0,1\ \text{m}^2$ cada una: calcula la presión que ejerce.
3. c) ¿Quién ejerce más presión sobre el suelo? Compara los resultados y explica qué papel juega la superficie de apoyo.

Una piscina tiene $2\ \text{m}$ de profundidad, como se muestra en la figura. Dato: $d_{agua} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$; toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

Calcula la presión que ejerce el agua sobre el fondo usando $p = d\cdot g\cdot h$.

El depósito de agua de una urbanización está en lo alto de una torre, $12\ \text{m}$ por encima del grifo de una casa, como se muestra en la figura. Dato: $d_{agua} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$; toma $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula la presión debida a la columna de agua que llega al grifo.
2. b) ¿Cuál será esa presión en el grifo de la planta baja, situado $3\ \text{m}$ más abajo?

Una presa retiene el agua de un embalse que alcanza $30\ \text{m}$ de profundidad junto al muro, como se muestra en la figura. Datos: $d_{agua} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$; toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) ¿Qué presión ejerce el agua sobre la base de la presa?
2. b) Una compuerta del fondo tiene una superficie de $2\ \text{m}^2$: ¿con qué fuerza empuja el agua esa compuerta?

Una presa retiene el agua de un embalse con una profundidad máxima de $40\ \text{m}$ junto al muro, como se muestra en la figura. Datos: $d_{agua} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$; toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) ¿Qué presión soporta el muro en su base?
2. b) ¿Y a $10\ \text{m}$ de profundidad?
3. c) Con esos dos resultados, explica por qué las presas se construyen mucho más gruesas en su base que en la coronación.

¿Qué es la presión atmosférica? Nombra el instrumento con el que se mide y escribe su valor aproximado a nivel del mar, en pascales.

Un submarinista bucea a $10\ \text{m}$ de profundidad en un lago, como se muestra en la figura. Datos: $d_{agua} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$, $p_{atm} = 101\,300\ \text{Pa}$; toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula la presión debida únicamente al agua que tiene encima.
2. b) Calcula la presión total que soporta, sumando la presión atmosférica.
3. c) ¿Cuántas veces la presión atmosférica es esa presión total? Comenta el resultado.

En el experimento de Torricelli se llena de mercurio un tubo de vidrio y se invierte sobre una cubeta con mercurio: la columna desciende hasta quedar a una altura de $76\ \text{cm}$ sobre la superficie de la cubeta, como se muestra en la figura. Datos: $d_{Hg} = 13\,600\ \text{kg/m}^3$; toma $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula la presión que ejerce esa columna de mercurio sobre su base.
2. b) Compara el resultado con el valor de la presión atmosférica a nivel del mar y explica qué demuestra el experimento y qué hay en la parte superior del tubo.
3. c) ¿Qué altura debería tener la columna si el experimento se hiciera con agua en lugar de mercurio?

Un montañero sube al Mulhacén ($3\,479\ \text{m}$) y su barómetro marca $670\ \text{hPa}$; antes de salir, a nivel del mar, marcaba $1\,013\ \text{hPa}$.

1. a) Expresa ambas presiones en pascales.
2. b) ¿Qué tanto por ciento de la presión a nivel del mar queda en la cima?
3. c) Explica por qué la presión atmosférica disminuye con la altitud (piensa en cuánto aire queda por encima de ti) y razona por qué en la cima el agua hierve por debajo de $100\ \celsius$.