La presión es uno de los conceptos más importantes de la física. Si bien indudablemente tendrá una idea de qué es la presión a partir de cosas como las lecturas de presión atmosférica dadas en informes meteorológicos o presión del agua en el sistema de calefacción de su hogar, cuando está estudiando física, los detalles realmente importar. Aprender la definición precisa de presión lo ayuda a comprender los conceptos clave relacionados con los gases, la termodinámica, la flotabilidad y mucho más.
Definición de presión
La presión se define simplemente como lacantidad de fuerza por unidad de área. El punto clave cuando intenta comprender la presión es pensar en lo que sucede a nivel atómico en un líquido o gas a alta presión. Las moléculas constituyentes se mueven constantemente, y esto significa que chocan contra las paredes del contenedor todo el tiempo. Cuanto más se mueven (debido a las temperaturas más altas), más chocan contra las paredes del recipiente y mayor es la presión.
La definición, entonces, simplemente convierte esta imagen general en una definición física clara. Cada vez que una molécula golpea el costado de un recipiente, le imparte una fuerza, y la suma de estas fuerzas para una pequeña sección del interior es la presión total. La forma más conveniente de hacer esto es elegir un área que sea una "unidad" al cuadrado en el sistema de medición elegido, que es lo que significa "por unidad de área" en la definición.
Matemáticamente, puede definir la presión como:
P = \ frac {F} {A}
DóndePAGes la presión,Fes la fuerza en la superficie yAes área.
Unidades de presión
La unidad SI de presión es laPascal (Pa), donde 1 Pa = 1 N / m2, es decir, un Newton por metro cuadrado. El Newton es la unidad de fuerza, por lo que es fácil ver que el Pascal cumple con los requisitos para una unidad de presión. Sin embargo, el Pascal es una unidad bastante pequeña para cosas como la presión atmosférica, por lo que también se utilizan una gran cantidad de alternativas. Una de las formas más sencillas de hacer esto es simplemente usar kPa (es decir, kilopascales o miles de pascales), pero también hay otras opciones.
La unidad alternativa más conocida eslibras por pulgada cuadrada (psi), que se usa en los EE. UU. para cosas como la presión del agua. Para la presión atmosférica, a menudo se utiliza la unidad denominada apropiadamente "atmósferas" (atm), porque 1 atm corresponde a la presión atmosférica al nivel del mar. El torr es una unidad alternativa utilizada para presiones atmosféricas, que se define como 1/760 de un atmósfera, o 133,3 Pa. En meteorología, a menudo se utilizan milibares, donde 1 bar = 100.000 Pa y 1 milibar = 100 Pa.
Finalmente, hay algunas unidades de presión aún más inusuales, incluidos los milímetros de mercurio (mmHg), que se define en función de la presión ejercida por una columna de mercurio de 1 mm de altura y se utiliza a menudo para la sangre presión.
Esta fue originalmente la intención del torr, por lo que no debería ser una sorpresa que los dos sean esencialmente lo mismo: 1 mmHg = 133.322 Pa. Finalmente, en algunos casos la presión se mide como un valor en dinas por cuadrado centímetro. Aquí, la dina es una unidad de fuerza con 1 dina = 0.00001 Newtons, por lo que 1 dina por centímetro cuadrado equivale a 0.1 Pa.
Presión atmosférica
La presión atmosférica al nivel del mar es igual a 1 atmósfera, o alrededor de 101,325 Pa. Esta es unaenormevalor: es más que la fuerza de la gravedad sobre 10,000 kg de materia, presionándotetodo el tiempo. La presión es esencialmente esto, pero la materia es en realidad el aire: la presión es causada literalmente por el peso del aire que empuja hacia abajo sobre la superficie de la Tierra.
Esto puede parecer extraño porque nuncadarse cuentapresión atmosférica, a pesar de que es tan enorme, pero has evolucionado en este entorno y no lo notas. Hay una medida de presión que también tiene esto en cuenta, llamadapresión manométrica. Esta es la diferencia de presión entre la presión absoluta (es decir, la presión total) y la presión atmosférica.
Por ejemplo, si tiene una llanta completamente desinflada en su automóvil, cuando conecte un medidor, leerá cero. Sin embargo, hayairedentro del neumático que está a presión atmosférica; es solo que esta información no es realmente relevante cuando está interesado en si algo como un neumático de automóvil está presurizado adecuadamente. Todavía hay presión absoluta, pero en este caso (y en muchos otros) la presión manométrica es realmente lo que necesita saber.
Presión del agua
La presión del agua es una de las formas de presión más familiares en la vida cotidiana, pero en una situación hidrostática. (uno donde el agua no fluye), la presión funciona de manera diferente a como lo hace en su calentamiento de agua sistema. Sin embargo, esta es una situación interesante para observar cuando aprendes por primera vez sobre la presión porque la presión en una situación como esta depende de la profundidad.
La presión (PAG) a cualquier profundidad (D) viene dada por la ecuación:
P = ρgd
Dóndeρ("Rho") es la densidad del líquido ygramoes la aceleración debida a la gravedad (en la Tierra,gramo= 9,81 m / s2). La densidad del agua a 20 ° C esρ= 998 kg / m3, pero generalmente los cálculos se simplifican mucho si asume una temperatura de 4 ° C, dondeρ= 1000 kg / m3 o 1 g / cm3. Entonces, si está calculando la presión del agua a una profundidad de 25 m, la ecuación muestra:
\ begin {align} P & = ρgd \\ & = 1000 \ text {kg / m} ^ 3 × 9.81 \ text {m / s} ^ 2 × 25 \ text {m} \\ & = 245250 \ text {Pa } = 245,3 \ text {kPa} \\ \ end {alineado}
Cómo funciona un barómetro
Un barómetro es un dispositivo para medir la presión atmosférica (a veces llamada presión barométrica) que funciona usando una columna de mercurio. Un tubo que contiene mercurio, abierto en un extremo, se invierte y se coloca en un depósito que también contiene mercurio. Cuando está configurado, el depósito está abierto a la atmósfera, pero el mercurio en el tubo solo está en contacto con el depósito, y el proceso de invertir el tubo crea un vacío en la parte superior.
El barómetro mide la presión porque la fuerza debida a la presión atmosférica (básicamente el peso del aire) empuja hacia abajo el mercurio en el depósito y, por lo tanto, empuja el mercurio en el tubo arriba.
Si la columna de mercurio crea una fuerza igualmente grande dirigida hacia abajo (la ecuación de presión del agua de la sección anterior describe el origen de esta fuerza), no habrá cambios, pero si la presión del aire es más alta, el nivel de mercurio en el tubo tendrá que aumentar en una cantidad correspondiente para equilibrar el efectivo. Después de calibrar la báscula, este sencillo sistema se puede utilizar para medir la presión del aire.
Otros ejemplos
También hay otros ejemplos de presión con los que estará familiarizado en la vida cotidiana, incluida la presión arterial. Esta es la presión (manométrica) creada por el corazón que bombea sangre por todo el cuerpo, y se mide en mmHg (milímetros de mercurio), y tiene dos lecturas: sistólica para la presión cuando su corazón empuja hacia afuera y diastólica para la presión entre late. Por supuesto, la presión durante los latidos es el número más alto de los dos, y entre 90/60 mmHg y 120/80 mmHg se considera ideal.
La presión del aire también es un concepto crucial en meteorología, que mapea las posiciones y los movimientos de los sistemas de alta y baja presión para predecir cambios en el clima. A través de la relación entre la presión atmosférica y la temperatura, y lo que sucede cuando un sistema de baja presión cumple con un sistema de alta presión, los meteorólogos predicen las temperaturas y cosas como el viento en diferentes regiones.