Física · Orientación didáctica
Orientación: Hidrostática, Hidrodinámica y Leyes de la Termodinámica
Incorporado el
Nivel: 5.º Año Secundaria
Eje: Física de Fluidos y Energía Térmica
1. Principios de la Hidrostática
A. Principio de Pascal
La presión ejercida sobre un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. $$\frac{F_1}{A_1} = \frac{F_2}{A_2} \implies F_2 = F_1 \cdot \frac{A_2}{A_1}$$ (Fundamento de la prensa hidráulica y los frenos de automóviles).
B. Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado: $$E = \rho_{\text{fluido}} \cdot g \cdot V_{\text{sumergido}}$$
2. Hidrodinámica: Ecuación de Continuidad y Bernoulli
- Ecuación de Continuidad (Conservación de la Masa): $$A_1 \cdot v_1 = A_2 \cdot v_2 = \text{Caudal } (Q) = \text{cte}$$
- Ecuación de Bernoulli (Conservación de la Energía en Fluidos Ideales): $$P_1 + \frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho g h_1 = P_2 + \frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho g h_2 = \text{cte}$$
- Efecto Venturi: Donde aumenta la velocidad del fluido ($v$), disminuye la presión estática ($P$). Fundamento de la sustentación en alas de aviones y atomizadores.
3. Las Leyes de la Termodinámica
- Primer Principio ($\Delta U = Q - W$): La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. La variación de energía interna es igual al calor absorbido menos el trabajo realizado.
- Segundo Principio y Entropía ($\Delta S \ge 0$): El calor fluye espontáneamente solo de cuerpos calientes a fríos. Es imposible construir una máquina térmica que transforme el 100% del calor en trabajo mecánico útil sin disipar calor a una fuente fría (imposibilidad del móvil perpetuo).