16: Hidrostática

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Este capítulo relativamente corto trata de la presión bajo la superficie de un fluido incompresible, que en la práctica significa un líquido que, comparado con un gas, es casi, si no del todo, incompresible. También aborda el principio de Arquímedes y el equilibrio de los cuerpos flotantes. El capítulo es quizás un poco menos exigente que algunos de los otros capítulos, aunque asumirá una familiaridad con los conceptos de centroides y radio de giro, que se tratan en los Capítulos 1 y 2.

16.1: Introducción a la Hidrostática
Este capítulo relativamente corto trata de la presión bajo la superficie de un fluido incompresible, que en la práctica significa un líquido que, comparado con un gas, es casi, si no del todo, incompresible. También aborda el principio de Arquímedes y el equilibrio de los cuerpos flotantes. El capítulo es quizás un poco menos exigente que algunos de los otros capítulos, aunque asumirá una familiaridad con los conceptos de centroides y radio de giro, que se tratan en los Capítulos 1 y 2.
16.2: Densidad
Hay poco que decir de la densidad que no sea definirla como masa por unidad de volumen. Sin embargo, esta expresión no significa literalmente la masa de un metro cúbico, porque después de todo un metro cúbico es un volumen grande, y la densidad bien puede variar de un punto a otro a lo largo del volumen. La densidad es una cantidad intensiva en el sentido termodinámico, y se define en cada punto.
16.3: Presión
La presión es fuerza por unidad de área. ninguna dirección particular asociada con la presión —actúa en todas las direcciones— y es una cantidad escalar. La unidad SI es el pascal (Pa), que es una presión de un newton por metro cuadrado.
16.4: Presión sobre una Superficie Horizontal. Presión a Profundidad
La presión es la misma en todos los puntos a un mismo nivel horizontal dentro de un fluido homogéneo incompresible. Esta afirmación aparentemente trivial a veces puede valer la pena recordar bajo el estrés de las condiciones de examen. Así, veamos un ejemplo.
16.5: Presión sobre una superficie vertical
La fuerza total sobre una superficie plana sumergida vertical o inclinada es igual al área de la superficie multiplicada por la profundidad del centroide.
16.6: Centro de Presión
Si reemplazaras todas estas fuerzas por una sola fuerza de tal manera que el (primer) momento de esta fuerza alrededor de una línea a través de la superficie del fluido sea el mismo que el (primer) momento de todas las fuerzas reales, ¿dónde colocarías esta sola fuerza? Lo colocarías en el centro de presión.
16.7: Principio de Arquímedes
Si un cuerpo está flotando en la superficie, el empuje ascendente hidrostático, además de ser igual al peso del fluido desplazado, también es igual al peso del cuerpo.
16.8: Algunos ejemplos simples
Como señalamos en la introducción a este capítulo, este capítulo es menos exigente que algunos de los otros, y de hecho ha sido bastante trivial hasta el momento. Solo para mostrar lo fácil que es el tema, aquí hay algunos ejemplos rápidos.
16.9: Cuerpos Flotantes
Podemos comenzar con una observación que ya hemos hecho de que si un cuerpo está flotando libremente, el empuje ascendente hidrostático es igual al peso del cuerpo.

Miniatura: Iceberg en el Ártico con su parte inferior expuesta. La volmune de hielo debajo de la superficie empujó al hielo por encima de la superficie; este es un ejemplo del Principio de Arquímedes. (CC BY-SA 4.0; Aweith).