Conceptes Clau de Física: Densitat, Pressió i Principis de Fluids
Conceptes Fonamentals de Fluids
Densitat
La densitat ($\rho$) és una magnitud física que mesura la relació entre la massa i el volum. La seva fórmula és: $d = m/v$. La unitat SI és el $\text{kg/m}^3$.
Pes Específic
El pes específic ($\text{Pe}$) mesura la relació entre el pes d'una substància i el volum que ocupa: $\text{Pe} = \text{pes} / \text{volum}$. La unitat SI és $\text{N/m}^3$.
Què és la Pressió?
La pressió ($P$) és la magnitud física que mesura la relació entre una força aplicada sobre un cos i la superfície on s'aplica.
Unitats de Pressió
- L'atmosfera ($\text{atm}$): S'utilitza per mesurar la pressió atmosfèrica.
- El mil·límetre de mercuri ($\text{mmHg}$): S'utilitza per mesurar la pressió atmosfèrica i la pressió sanguínia.
Pressió Hidrostàtica
La pressió hidrostàtica és directament proporcional a la densitat del fluid, a la gravetat ($g$) i a la profunditat ($h$) del punt respecte de la superfície del fluid. La fórmula és: $P = \rho \cdot g \cdot h$.
Vasos Comunicants
Els vasos comunicants són un sistema format per dos o més recipients que estan exposats a la mateixa pressió, contenen líquids i estan units per la base. El principi dels vasos comunicants es fa servir per transvasar líquids. Si es vol transvasar de $\text{un}$ recipient a $\text{un}$ altre, es fa amb una goma: es succiona per $\text{un}$ extrem per variar la pressió, es col·loca $\text{al}$ segon got i el líquid passa d'$\text{un}$ recipient a $\text{l'altre}$.
Teorema de Pascal
Blaise Pascal (1623-1662)
L'$\text{any}$ 1650, va explicar el teorema que diu que la pressió aplicada a un líquid contingut en un recipient es transmet amb la mateixa intensitat en totes les direccions. El teorema de Pascal és la base de la premsa hidràulica.
Premsa Hidràulica
Consta de dos cilindres de diferents superfícies connectats entre si i tancats hermèticament per dos èmbols. Segons el teorema de Pascal: $P_1 = P_2 \implies f_1/s_1 = f_2/s_2$.
Principi d'Arquimedes
Arquimedes (287-212 a.C.)
El físic grec Arquimedes va descobrir com es podia calcular el valor de la força ascensional que experimenten els cossos submergits en un fluid. Això és conegut com a Principi d'Arquimedes i diu que tot cos submergit en un fluid experimenta una força que l'$ ext{empeny}$ cap amunt, que és igual al pes del fluid desallotjat. L'$ ext{empenyiment}$ ($E$) que experimenta un cos submergit en un fluid és igual al pes del fluid desallotjat.
Càlcul de l'$ ext{Empenyiment}$
Les relacions són:
- $\text{Pes}_{\text{fluid}} = m_{\text{fluid}} \cdot g$
- $m_{\text{fluid}} = \rho_{\text{fluid}} \cdot V$
- $E = \text{Pes}_{\text{fluid}} = \rho_{\text{fluid}} \cdot V \cdot g$
Pressió Atmosfèrica
És la força per unitat de superfície que fan els gasos que formen l'$ ext{atmosfera}$. Les unitats són $\text{l'atmosfera}$ ($\text{atm}$) però també el $\text{mil·límetre de mercuri}$ ($\text{mmHg}$).
Equivalència
- $1 \text{ atm} = 76 \text{ cm de Hg}$
- $1 \text{ atm} = 760 \text{ mm de Hg}$