La hidrost

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La hidrostática es la rama de la física que
estudia los fluidos en estado de equilibrio. Los
principales teoremas que respaldan el estudio de
la hidrostática son el principio de Pascal y el
principio de Arquímedes.
HIDROSTÁTICA
2
CONTENIDO
3
Concepto de presión
El cuchillo cortará mejor cuanto más afilado
esté, porque la fuerza ejercida se concentra en
un área menor
El esquiador no se hunde en la nieve porque la
fuerza ejercida se reparte sobre un área mayor
La presión ejercida por una fuerza F sobre una
superficie S es igual al cociente entre la
intensidad de la fuerza y la superficie
4
Cuando acabes pulsa aquí
VISITA LA SIGUIENTE ANIMACIÓN
http//newton.cnice.mec.es/4eso/presion/quees.htm
5
Efecto de las fuerzas sobre los fluidos
Se denominan fluidos los cuerpos que pueden
fluir carecen de forma y necesitan recipientes
para contenerlos. Los líquidos y los gases son
fluidos
Cuando se aplica una fuerza sobre un fluido,
éste disminuye de volumen. A esta propiedad se
denomina compresibilidad
6
Principio fundamental de la estática de fluidos
La experiencia muestra que un líquido ejerce
presión sobre el fondo y las paredes del
recipiente que lo contiene
El principio fundamental de la estática de
fluidos dicela presión en un líquido a una
profundidad h es igual al producto de la
profundidad h, de la densidad d del líquido y de
la aceleración de la gravedad g
La presión ejercida por el cilindro imaginario
sobre la superficie S es p P/S h. d. g
El cilindro está en equilibrio y por tanto el
líquido ejerce sobre la base de éste una presión
igual a la ejercida por su peso
La presión en un punto del líquido es
directamente proporcional a la profundidad
La presión en un punto del líquido no depende
de la forma del recipiente y se ejerce en todas
las direcciones
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La presión hidrostática
Se ejerce una presión debida al peso de la
columna de líquido que hay sobre el prisma.
Pesolíquido mlíquido g dlíquido Vlíquido
g
h
P dlíquido S h g
S
La presión ejercida sobre un cuerpo sumergido en
un fluido depende de la columna de fluido que hay
sobre el cuerpo.
8
Cuál de los siguientes esquemas cumple el
principio fundamental de la estática de fluidos?
Cuando acabes pulsa aquí
9
Presión aplicada un líquido. El principio de
Pascal
CONSULTA LA SIGUIENTE PÁGINA
http//newton.cnice.mec.es/4eso/presion/mayorabajo
.htm?21
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La botella de Pascal
AGUA FLUIDO INCOMPRESIBLE
AIRE FLUIDO COMPRESIBLE
Bajamos el émbolo
Bajamos el émbolo
Botella de Pascal
Tapones de goma
La presión ejercida en un punto de un líquido se
transmite íntegramente a todos los puntos del
mismo.
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Blaise Pascal fue un filósofo, matemático y
físico francés, considerado una de las mentes
privilegiadas de la historia intelectual de
Occidente y el primero en establecer las bases de
lo que serían las calculadoras y los ordenadores
actuales.
Para saber más http//www.astromia.com/biografia
s/pascal.htm
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Principio fundamental de la hidrostática
Dos puntos que se encuentren sumergidos en un
líquido a la misma altura, estarán sometidos a la
misma presión.
VASOS COMUNICANTES CON LÍQUIDOS INMISCIBLES
h1
h2
hA
hB
B
S
A
B
Aceite
A
Agua
La diferencia de presión entre A y B esp2 - p1
dlíquido g (h2 - h1)
pA pB ? daceiteg hA daguag hB ? daceite
hA dagua hB
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La prensa hidráulica
p1 p2
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Calcula la fuerza que se ejerce en este sistema
hidráulico.
Datos F1 1000 N S1 25 cm2 S2 10 cm2
Este es un problema que aplica el principio de
Pascal. Nos dan tres datos y tenemos que calcular
un cuarto, F2. Hay que tener cuidado, pues la
presión que se ejerce en el primer tubo se
reparte en cuatro como a continuación, en pasos
sucesivos veremos.
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Como hemos dicho antes, el principio teórico en
el que se basa este problema es el principio de
Pascal La presión ejercida en un punto de un
líquido se transmite por él en todas las
direcciones con la misma intensidad Y la
definición de presión
Como la presión tiene que ser la misma en todas
las direcciones, se tiene que cumplir
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Ya solo nos resta despejar los datos del
enunciado para encontrar F2.
Por último, interpretamos los resultados
obtenidos. Observamos como funciona una prensa
hidráulica. Cada uno de los tubos tiene 400 N
de fuerza de empuje con los cuatro juntos 1600 N
dados como resultado.
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Compresibilidad de los gases. Ley de Boyle
Los gases se pueden comprimir cuando se ejerce
sobre ellos una presión
La experiencia demuestra que el volumen de un
gas es inversamente proporcional a la presión
ejercida sobre él, siempre que la temperatura
permanezca constante
La gráfica p V correspondiente a un gas, es
una hipérbola
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Principio de Pascal para gases
La presión ejercida en un punto de un gas se
transmite por él en todas las direcciones con la
misma intensidad
Si en un gas se duplica la presión, el volumen se
reduce a la mitad
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BOMBAS DE VACÍO
Permiten extraer el gas encerrado en una vasija
Constan de un recipiente con dos válvulas y un
émbolo y la bomba se conecta al recipiente que
contiene el gas que se quiere extraer
Al subir el émbolo se cierra la válvula externa
y se produce el paso de gas del recipiente a la
bomba a través de la válvula interna al bajar el
émbolo se cierra esta válvula y se abre la
externa que comunica directamente con el ambiente
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Aplicaciones del principio de Pascal
Vasos comunicantes
Sistemas hidráulicos
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El liquido de frenos es un liquido hidráulico que
hace posible la transmisión de la fuerza ejercida
sobre el pedal de freno a los cilindros de freno
en las ruedas de los vehículos. El líquido de
frenos se compone normalmente de derivados de
poliglicol (HO-CH2CH2-OH). El punto de ebullición
del liquido de frenos ha de ser elevado ya que
las aplicaciones de frenos producen mucho calor
(además la formación de burbujas puede dañar el
freno, y la temperatura de congelación ha de ser
también muy baja, para que no se hiele con el
frío. Debido a que el liquido de frenos es
higroscópico, es decir, atrae y absorbe humedad
(ej. del aire) se corre el peligro de que
pequeñas cantidades de agua puedan llevar consigo
una disminución considerable de la temperatura de
ebullición (este fenómeno se denomina
desvanecimiento gradual de los frenos.). El
hecho de que el líquido de frenos sea
higroscópico tiene un motivo impedir la
formación de gotas de agua (se diluyen), que
puedan provocar corrosión local y que pueda
helarse a bajas temperaturas. Debido a su
propiedad higroscópica se ha cerrar la tapa del
recipiente lo antes posible.
Se emplea un líquido porque los líquidos no
pierden energía en recorridos a baja velocidad
por caminos tortuosos y a la vez, los líquidos no
se pueden comprimir, por lo tanto, no pierdes
eficiencia. Lógico, no debe haber aire ni otro
tipo de gas en burbujas en el sistema porque los
gases sí se comprimen.
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La presión atmosférica
Para comprobar que el aire pesa, se puede
comparar el peso de un recipiente lleno de aire
con su peso cuando se ha hecho el vacío en su
interior
Se denomina presión atmosférica la fuerza por
unidad de superficie ejercida por la atmósfera
sobre los cuerpos situados en su interior
Torricelli mostró que la presión atmosférica
equilibra una columna de 76 cm de Hg de 1 cm2 de
sección
Su peso es p m. g 1,036 . 9,8 10,13 N
La presión ejercida sobre la sección es
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Barómetros
Son aparatos que miden la presión atmosférica
Los más utilizados son los barómetros metálicos
que constan de una caja metálica en cuyo interior
se ha hecho el vacío
La presión atmosférica deforma la caja,
midiendo la deformación con una aguja acoplada a
la caja y una escala graduada
Interior de un barómetro metálico
Barómetro metálico
Los barómetros de mercurio o de Torricelli,
constan de un tubo de vidrio lleno de mercurio
sobre una cubeta con el mismo líquido
Barómetro de mercurio
La altura alcanzada indica el valor de la
presión atmosférica
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Presión increíbleNecesitas Un vaso Agua Un
cuadrado de cartulina MontajeLlena un vaso
de agua hasta el borde. Coloque una cartulina en
la superficie sin que queden burbujas de aire.
Ahora gire el vaso sobre el lavabo, sosteniendo
firmemente la cartulina. Retira tu mano de la
cartulina y observa.Qué está pasando?Lo que
mantiene la cartulina en su lugar es la presión
del aire que empuja hacia arriba. La presión del
aire es mayor que el peso del agua hacia abajo
sobre la cartulina. Mientras que la cartulina no
se humedezca y no hayan muchas burbujas de aire
en el vaso, se mantendrá en su lugar.
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Los humanos y la mayoría de los seres vivos
conocidos no somos capaces de vivir con una
presión atmosférica menor que la quinta parte de
la considerada normal en nuestro planeta. Si la
presión fuera mucho más baja, no habría oxígeno.
Esta es la razón por la que los alpinistas que
van a escalar montañas muy altas llevan oxígeno.
Pero hay bacterias capaces de vivir con bajas
concentraciones de oxígeno y que resisten
bajísimas presiones atmosféricas. De hecho se han
encontrado algunas en regiones de la
estratosfera, a presiones minúsculas. Según John
Postgate, químico y profesor de microbiología de
la Universidad de Sussex, estas bacterias suelen
ser anaerobias, que pueden vivir sin oxígeno,
pero necesitan agua, así que pueden vivir cerca
del vacío si también hay agua. Por eso, aparecen
bacterias cuando caducan productos que se dice
que están envasados al vacío pero que en realidad
sólo llevan una baja presión de vapor de agua.
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• El peso de la atmósfera
• Necesitas
• Una lata de refresco vacía (aluminio)
• Una fuente de calor (lámpara de alcohol, la
  cocina de su casa)
• Un plato con agua
• Unas pinzas o un par de guantes aislantes de
  cocina.
• Cuidado
• Montaje
• Pon un poco de agua en la lata, no más de 1/4 de
  la lata. Llevála al fuego y deja que hierva por
  unos 30 segundos. Con ayuda de los guantes y
  mucho cuidado, retira del calor la lata e
  inmediatamente póngala boca abajo en el agua del
  plato. Observa lo que sucede.
• Qué está pasando?
• Al calentar la lata se crea un vacío y al ponerla
  boca abajo en el agua, se impide la entrada del
  aire. Entonces la presión interna en la lata
  disminuye. La diferencia creada entre la presión
  atmosférica externa y la presión interna, la hará
  comprimirse.

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Manómetros
Los manómetros son aparatos que miden la
presión del gas encerrado en un recipiente
Los manómetros metálicos aprovechan la
elasticidad de los metales y constan de un tubo
metálico en espiral que puede conectarse con el
recipiente que contiene el gas, deformando el
tubo cuando el gas penetra en él é indicándola en
una escala graduada
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Fuerza de empuje en fluidos
La experiencia muestra que los cuerpos
sumergidos en agua o en otro líquido experimentan
una fuerza de empuje de dirección vertical y
sentido hacia arriba
Al suspender un cuerpo de un dinamómetro, el
peso medido por el aparato es menor cuando el
cuerpo está sumergido
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La fuerza de empuje
Peso real (en el aire)
Peso aparente (dentro de un líquido)
8 N
5 N
Empuje
Peso
Peso
La fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que
contrarresta el peso del cuerpo se denomina
fuerza de empuje.
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• De acuerdo con el principio fundamental de la
  hidrostática la presión en el interior de un
  líquido viene dada por la relación
• P d.g.h F/S
• Recuerda además que las fuerzas en el interior de
  los líquidos actúan perpendicularmente a la
  superficie sumergida.
• Observa en la figura adjunta las fuerzas que
  ejerce el fluido sobre las paredes del cuerpo que
  esta sumergido en él.
• Se puede deducir  
• Las fuerzas laterales son iguales y se anulan
  FL1 FL2 , dado que la profundidad de ambas es
  la misma.
• Las fuerzas verticales, las que actúan sobre la
  cara superior e inferior,  no se anulan F2 gt F1
  , debido a que la cara inferior está a mayor
  profundidad.
• La resultante de todas las fuerzas que actúan es
  una fuerza neta dirigida verticalmente hacia
  arriba, denominada fuerza de EMPUJE (E).
• El valor del empuje viene dado por el Principio
  de Arquímedes
• E Peso(líquido desalojado)   m(liq).g   V
  (líq).d (líq) . g
•  

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El principio de Arquímedes
El peso del fluido es P mf . g V. df .
g
El empuje sobre el cuerpo sumergido es es E
V. df . g
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Cómo saber si un cuerpo flotará o se
hundirá? Imaginemos que el cuerpo está totalmente
sumergido, sobre el actúan dos fuerzas E(empuje)
Peso(líquido desalojado)   m(liq).g   V
(líq).d (líq) . G P (peso real del cuerpo) m.g
,  recuerda que es el peso real del cuerpo, fuera
del líquido. Según sean los valores de E y P
pueden darse tres casos 1. Que el peso y el
empuje sean iguales E Peso(m.g). El cuerpo
estará en equilibrio (fuerza resultante nula) y  
"flotará entre aguas". 2. Que el empuje sea
mayor que el peso E gt Peso(m.g) . El cuerpo
ascenderá y quedará flotando. 3. Que el empuje
sea menor que el peso E lt Peso (m.g). El cuerpo
se hundirá.
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Un sólido sumergido en un fluido está sometido
a dos fuerzas el peso hacia abajo y el empuje
hacia arriba
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Todos los barcos llevan una línea pintada
alrededor del casco, de tal forma que si es
visible por todos lados significa que el barco
está cargado adecuadamente pero si alguna parte
de la línea resulta cubierta por el agua indica
que hay un exceso de carga que puede hacer
peligrar la flotación del barco.
Está diseñado de tal manera para que la parte
sumergida  desplace un volumen de agua igual al
peso del barco, a la vez, el barco es hueco (no
macizo), por lo que se logra una densidad media
pequeña.
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Si un cuerpo flota, qué volumen del cuerpo está
sumergido? y qué volumen emerge? Si el Empuje
que calculamos suponiendo el cuerpo totalmente
sumergido es mayor que el Peso real de dicho
cuerpo, éste flotará. El volumen de líquido
desalojado no coincide con el volumen del
cuerpo. E Peso (líq. desalojado) m (líq.
desalojado) . g V (líq. desalojado). d (líq).
G Si el cuerpo flota mantendrá una parte
sumergida y otra emergida de tal forma que    
Peso real del cuerpo (m.g) E (peso del líquido
desalojado)
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36
Una bola de acero de 5 cm de radio se sumerge en
agua, calcula el empuje que sufre y la fuerza
resultante. Datos Densidad del acero 7,9
g/cm3. El empuje viene dado por E dagua
Vsumergido g  La densidad del agua se da por
conocida (1000 kg/m3), 1.Calculamos lar el
volumen sumergido, en este caso es el de la bola.
Utilizando el volumen de una esfera           V
4/3 p R3 4/3 p 0,053 5,236 10-4 m3    2.
El empuje quedará E daguaVsumergidog  1000
5,236 10-4 9,8 5,131 N 3. Sobre la bola
actúa el empuje hacia arriba y su propio peso
hacia abajo, la fuerza resultante será la resta
de ambas. 4. Calculamos ahora el peso P m g,
nos hace falta previamente la masa de la bola,
ésta se calcula con su densidad y el volumen (la
densidad del acero debe estar en S.I.). dacero
7,9 g/cm3 7900 kg/m3         m dacero V
7900 5,234 10-4 4,135 kg P m g 4,135
9,8 40,52 N 5. Como vemos el peso es mucho
mayor que el empuje, la fuerza resultante será P
- E 35,39 N hacia abajo y la bola se irá al
fondo.
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Se desea calcular la densidad de una pieza
metálica, para ello se pesa en el aire dando un
peso de 19 N y a continuación se pesa sumergida
en agua dando un peso aparente de 17 N. calcula
la densidad del metal. Si en el agua pesa 2 N
menos que fuera es que el empuje vale 2 N, 2.
Utilizando la fórmula del empuje podemos sacar el
volumen sumergido, es decir, el volumen de la
pieza. E daguaVsumergidog            2 1000
V 9,8            V 2,041 10-4 m3 3.
Sabiendo el peso real de la pieza sacamos su
masa   m P/g 19/9,8 1,939 kg. 4. Ya
sabemos el volumen de la pieza y su masa, por
tanto su densidad será d m/V 1,939/2,041
10-4 9499 kg/m3
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• Un cubo de madera de 10 cm de arista se sumerge
  en agua, calcula la fuerza resultante sobre el
  bloque y el porcentaje que permanecerá emergido
  una vez esté a flote. Datos densidad de la
  madera 700 kg/m3.
• El cuerpo es ahora un cubo de volumen V lado3
  0,13 0,001 m3
• El empuje será
• E daguaVsumergidog  1000 0,001 9,8
  9,8 N
• 3. La masa del bloque será
• m dmadera V 700 0,001 0,7 kg
• y su peso
• P m g 0,7 9,8 6,86 N
• 4. Vemos que el empuje es mayor que el peso, la
  fuerza resultante es de 2,94 N hacia arriba lo
  que hace que el cuerpo suba a flote.
• 5. Calculemos cuánto volumen permanece sumergido
  cuando esté a flote.
• A flote  E P            daguaVsumergidog
  Peso      1000 Vsumergido 9,8 6,86
• Despejando Vsumergido   7 10-4 m3
• la diferencia de este volumen bajo el agua y el
  volumen total del bloque será la parte emergida  
  Vemergido 0,001 - 7 10-4 3 10-4 m3
  emergidos.
• El porcentaje de bloque emergido será   3 10-4
  /0,001 100 30

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Estás tomando un refresco y le pides al camarero
un hielo. Qué fracción del volumen del hielo
permanece por encima del nivel del refresco?
(Densidad del hielo 0,92 g/cm3-, densidad del
refresco 1,02 g/cm3)
En primer lugar vamos a analizar los datos que
tenemos del problema. Tenemos las dos
densidades la densidad del hielo, (0,92 g/cm3)
y, la densidad del refresco (1,02 g/cm3) para
calcular el volumen desalojado. Se trata de un
problema basado en el principio de Arquímedes.
Recuerda El principio de Arquímedes dice que un
cuerpo sumergido en un fluido experimenta un
empuje igual al peso del volumen de fluido que
desaloja. Para poner más claro este principio lo
podemos escribir como que el empuje, E, es igual
al peso del hielo E p
40
(No Transcript)
41
La relación entre los volúmenes es
Para terminar este problema analizamos brevemente
los resultados obtenidos. El valor de 0,9 nos
dice que permanecen sumergidas en el refresco
nueve décimas partes del hielo por tanto, el
resultado correcto es que permanece por encima
del nivel del refresco la décima parte de este.
Como hemos observado en todo el problema los
únicos datos necesarios han sido los cocientes
entre las dos densidades que determinan la parte
hundida y la parte emergente.
42

• Flota o se hunde
• Necesita
• 3 vasos grandes
• Un huevo
• Agua
• Sal
• Montaje Llena dos vasos con agua, añade sal a
  uno de ellos, agítalo para disolverla. Coloca el
  huevo en el vaso que tiene solo agua, y observa
  su comportamiento. Coloca ahora en el que tiene
  agua con sal, observa que flota. En el tercer
  vaso pon el huevo, añada agua hasta que lo cubra
  y un poco más. Agrega agua con sal, hasta que
  consigaa que el huevo quede entre dos aguas (ni
  flota ni se hunde). Si añadea agua, observa que
  se hunde. Si agregas un poco de agua salada, lo
  verás flotar de nuevo.
• Qué sucede? Sobre el huevo actúan dos fuerzas,
  su peso y el empuje (la fuerza que hace hacia
  arriba el agua). Si el peso es mayor que el
  empuje, el huevo se hunde. En caso contrario
  flota y si son iguales, queda entre dos aguas.
• Al añadir sal al agua, conseguimos un líquido mas
  denso que el agua pura, lo que hace que el empuje
  que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del
  huevo el huevo flota.
• Así también se puede explicar el hecho de que sea
  más fácil flotar en el agua del mar que en el
  agua de ríos y piscinas

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Aplicaciones del principio de Arquímedes
La navegación se basa en el principio de
Arquímedes
Un barco flota porque hay equilibrio entre su
peso y el empuje debido a la cantidad de agua que
desaloja la parte sumergida
Los submarinos disponen de sistemas para
aumentar o disminuir el peso mediante el llenado
o vaciado de tanques de agua
Los aeróstatos son aparatos llenos de gas más
ligero que el aire el empuje del aire sobre
ellos es mayor que su peso
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Un areómetro es un recipiente cerrado, alargado
y lastrado que lleva una escala graduada
Al sumergirlo en un líquido, su peso queda
equilibrado por el empuje
La parte de areómetro que sobresale depende del
tipo de líquido utilizado
Se puede medir directamente la densidad del
líquido en la escala
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RESPUESTAS CORRECTAS
La presión ejercida por una fuerza F sobre una
superficie S es igual al cociente entre la
intensidad de la fuerza y la superficie
Su unidad en el S.I. es el pascal (Pa) ? 1 Pa 1
N/m2
1 b 100000 Pa          1mb 100 Pa
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RESPUESTAS CORRECTAS
El principio fundamental de la estática de
fluidos dicela presión en un líquido a una
profundidad h es igual al producto de la
profundidad h, de la densidad d del líquido y de
la aceleración de la gravedad g