La presión, en física, es la fuerza dividida por la unidad de área. La fuerza, a su vez, es la masa multiplicada por la aceleración. Esto explica por qué un aventurero invernal está más seguro en hielo de espesor cuestionable si se acuesta en la superficie en lugar de estar de pie; la fuerza que ejerce sobre el hielo (su masa multiplicada por la aceleración hacia abajo debido a la gravedad) es la misma en ambos casos, pero si es acostado en lugar de estar de pie sobre dos pies, esta fuerza se distribuye en un área mayor, lo que reduce la presión ejercida sobre el hielo.
El ejemplo anterior trata de la presión estática, es decir, nada en este "problema" se mueve (¡y con suerte se mantiene así!). La presión dinámica es diferente e implica el movimiento de objetos a través de fluidos, es decir, líquidos o gases, o el flujo de los propios fluidos.
La ecuación de presión general
Como se señaló, la presión es la fuerza dividida por el área y la fuerza es la masa multiplicada por la aceleración. Masa (
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {luego} = m = \ rho V
Además, para las figuras geométricas regulares, el volumen dividido por el área simplemente da como resultado la altura.
Esto significa que para, digamos, una columna de fluido en un cilindro, la presión (PAG) se puede expresar en las siguientes unidades estándar:
P = {mg \ above {1pt} A} = {ρVg \ above {1pt} A} = ρg {V \ above {1pt} A} = ρgh
Aquí,hes la profundidad debajo de la superficie del fluido. Esto revela que la presión a cualquier profundidad de fluido no depende realmente de la cantidad de fluido que haya; podría estar en un tanque pequeño o en el océano, y la presión depende solo de la profundidad.
Presión dinámica
Obviamente, los fluidos no se quedan en tanques; se mueven, a menudo son bombeados a través de tuberías para ir de un lugar a otro. Los fluidos en movimiento ejercen presión sobre los objetos dentro de ellos al igual que los fluidos en reposo, pero las variables cambian.
Es posible que haya escuchado que la energía total de un objeto es la suma de su energía cinética (la energía de su movimiento) y su potencial energía (la energía que "almacena" en la carga del resorte o estando muy por encima del suelo), y que este total permanece constante en cerradas sistemas. De manera similar, la presión total de un fluido es su presión estática, dada por la expresiónρghderivado anteriormente, sumado a su presión dinámica, dado por la expresión (1/2)ρv2.
La ecuación de Bernoulli
La sección anterior es una derivación de una ecuación crítica en física, con implicaciones para cualquier cosa que se mueve a través de un fluido o experimenta el flujo en sí mismo, incluidos aviones, agua en un sistema de plomería o pelotas de béisbol. Formalmente, es
P_ {total} = ρgh + {1 \ above {1pt} 2} ρv ^ 2
Esto significa que si un fluido ingresa a un sistema a través de una tubería con un ancho y una altura determinados y sale del sistema a través de una tubería con un ancho diferente y a una altura diferente, la presión total del sistema aún puede permanecer constante.
Esta ecuación se basa en una serie de suposiciones: que la densidad del fluidoρno cambia, que el flujo de fluido es constante y que la fricción no es un factor. Incluso con estas restricciones, la ecuación es extraordinariamente útil. Por ejemplo, a partir de la ecuación de Bernoulli, puede determinar que cuando el agua sale de un conducto que tiene un diámetro más pequeño que su punto de entrada, el agua viajará más rápido (lo que probablemente sea intuitivo; los ríos demuestran una mayor velocidad cuando pasan por canales estrechos) y su presión a mayor velocidad será menor (lo que probablemente no sea intuitivo). Estos resultados se derivan de la variación de la ecuación
P_1 - P_2 = {1 \ above {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Por tanto, si los términos son positivos y la velocidad de salida es mayor que la velocidad de entrada (es decir,v2 > v1), la presión de salida debe ser menor que la presión de entrada (es decir,PAG2 < PAG1).