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Presión

La Presión, por definición, es la Fuerza ejercida sobre un Área determinada. El ejemplo más claro es el peso del cuerpo humano sobre el área que abarcan los pies.

La Presión es un fenómeno presente en cada sitio de la realidad, ya que los tres estados físicos principales de la materia son capaces de ejercerla.

El tipo de Presión va a variar de acuerdo con el estado físico de la materia que la ejerce. Los cuerpos sólidos, dado que tienen una forma definida, tendrán un área específica sobre la cual su peso va a actuar.

Los líquidos, al estar contenidos en reposo, ejercerán con su peso una Presión sobre el fondo del recipiente. Si se trata de varios líquidos colocados por capas por diferencia en sus densidades, cada líquido ejercerá una presión, que participará en una presión acumulada sobre el fondo. A este tipo de Presión se le llama Presión Hidrostática.

Los gases al estar contenidos en un tanque ejercerán una presión sobre las paredes internas de éste. A esta presión se le llama Presión Manométrica.

Además de la Presión Manométrica, los gases son capaces de ejercer la llamada Presión Atmosférica. Se trata de la fuerza que ejercen todos los gases que cubren el planeta, sobre la superficie de éste.

A la Presión que se utiliza como dato experimental para el estudio de los fenómenos físicos y químicos se le llama Presión Absoluta, y se explicará más adelante.

Unidades de medida de la Presión

En el Sistema internacional de unidades, la Presión se mide en las siguientes unidades:

Newton sobre metro cuadrado (N/m2).

Pascal (Pa), que es lo mismo, una forma resumida de los N/m2.

Atmósferas (atm), que tienen como referencia la Presión que ejercen los gases atmosféricos sobre la superficie terrestre: 1 atmósfera.

Milímetros de Mercurio (mmHg), que tienen como referencia el experimento de Evangelista Torricelli, que inventó el barómetro, instrumento para medición de la presión atmosférica.

En el Sistema inglés de unidades, la Presión se mide en las siguientes unidades:

Libras sobre pulgada cuadrada (lb/in2), que son las unidades empleadas para la calibración de los neumáticos automotrices. También, con base en su nombre en inglés: “pounds square inches”, se les asigna la abreviatura “psi”.

Presión

Un cuerpo sólido que se encuentre sobre una superficie afectará con su Peso el área donde se encuentre colocado. Por ejemplo, un automóvil sobre una plataforma, o un aparato de ejercicios físicos sobre el suelo de un gimnasio.

Esta Presión se calcula:

P = F / A

Donde P es la Presión ejercida, F es la Fuerza aplicada, en este caso el peso W del cuerpo; y A es el área o superficie sobre la que se encuentre colocado el cuerpo.

Otra forma de este cálculo es:

P = W / A

Por ejemplo:

La Presión que ejerce un cuerpo que tiene 200 N de Peso sobre un Área de 3.5 m2 es:

P = (200 N)/(3.5 m2)

P = 57.14 N/m2

Sólidos ejerciendo una fuerza sobre el área que ocupan

Presión Hidrostática

La Presión Hidrostática es aquella que ejerce un líquido al estar contenido en un recipiente. Esta Presión depende de la densidad del líquido (ρ), de la aceleración de la gravedad (g) y de la altura (h) que abarque el líquido en el recipiente. No es relevante el área que abarque, sino estas tres propiedades.

La Presión Hidrostática se calcula:

PH = ρ*g*h

Por ejemplo:

La Presión Hidrostática del Agua (H2O), si tiene una densidad de 998.5 Kg/m3 y abarca una altura de 3 metros en el recipiente que la contiene es:

PH = (998.5 Kg/m3)*(9.81 m/s2)*(3 m)

PH = 29385.85 Kg/m2 = 29385.85 Pa

Presión Hidrostática

Presión Atmosférica

Los gases contenidos en la Atmósfera ejercen una fuerza sobre la superficie terrestre, resultando en la llamada Presión Atmosférica. Esta presión varía dependiendo de la altura a la que se encuentre el punto de medición.

En las montañas más altas, habrá una columna más chica de aire oprimiendo, de manera que la presión atmosférica será menor. En cambio, en las profundidades de una cueva o en el fondo de una fosa hay una columna más larga de aire ejerciendo su fuerza, por lo que ahí habrá una Presión atmosférica mayor.

Por ejemplo, la Presión atmosférica en la cima del monte Everest es de 253mmHg, siendo que a  nivel del mar es de 760mmHg.

El valor estándar de la Presión Atmosférica es de 101325 Pascal.

Presión Atmosférica

Presión Manométrica

Los gases que se encuentran contenidos en tanques ejercen una fuerza contra las paredes internas de éste, generando una Presión Manométrica, que puede ser medida con dispositivos llamados Manómetros.

Hay manómetros de Carátula, que se conectan directo al tanque, y responden a la fuerza interna, mostrando una lectura con la manecilla. Además están los manómetros tipo U, con dos columnas abiertas, y llenos de un líquido de medición. Una de ellas se conecta a la fuente de presión y la otra se deja abierta al ambiente (a la presión atmosférica). La fuente de presión ejercerá un empuje sobre un extremo. El líquido se desplazará para compensar. La diferencia de alturas entre los meniscos será la Presión Manométrica, en términos de centímetros del líquido.

Manómetro, medidor de Presión Manométrica

Presión Absoluta

La Presión Absoluta es la suma de la Presión Atmosférica y la Presión Manométrica. Es la presión total y real a la que se encuentra el fluido, ya sea un gas o un líquido. Se utiliza como dato experimental para hacer cálculos de fenómenos físicos y químicos.

Por ejemplo:

La Presión Absoluta del Agua que ejerce una Presión Hidrostática de 29385.85 Pa en un recipiente abierto que recibe una Presión Atmosférica de 101325 Pa es de:

P = Patm + Pman

P = 101325 Pa + 29385.85 Pa

P = 130710.85 Pa

Variación de la Presión con las condiciones

La Presión en un sistema va a tener una variación de acuerdo con las condiciones que haya: Temperatura y Volumen. Esta variación es más notable en sistemas gaseosos.

Temperatura: Cuando la Temperatura Aumenta, la agitación del gas se incrementa, golpeando las partículas las paredes del tanque con más intensidad, de manera que Aumenta la Presión. Cuando la Temperatura Disminuye, las moléculas del gas se reordenan y se van compactando entre sí, Disminuyendo la Presión.

Volumen: Cuando el Volumen Aumenta, las moléculas del gas se dispersan, ejerciendo una fuerza menor en cada unidad de área. La Presión Disminuye. Por otro lado, cuando el Volumen Disminuye, las moléculas del gas tienen menos espacio para viajar, por lo que empiezan a rebotar con más frecuencia y fuerza. Por tanto, la Presión Aumenta.

Ejemplos de Presión

1.- La Presión que ejerce un cuerpo con 300 N de peso sobre 2.5 m2 de Área es:

P = F / A

P = (300 N) / (2.5 m2)

P = 120 Pa

2.- La Presión que ejerce un cuerpo con 15000 N de peso sobre 0.5 m2 de Área es:

P = F / A

P = (15000 N) / (0.5 m2)

P = 30000 Pa

3.- La Presión que ejerce un cuerpo con 100000 N de peso sobre 12.30 m2 de Área es:

P = F / A

P = (100000 N) / (12.30 m2)

P = 8130.08 Pa

4.- La Presión que ejerce un cuerpo con 30 N de peso sobre 10 m2 de Área es:

P = F / A

P = (30 N) / (10 m2)

P = 3 Pa

5.- La Presión que ejerce el Agua, con Densidad de 990 Kg/m3 y con una altura de 0.30 m es:

PH = ρ*g*h

PH = (990 Kg/m3)*(9.81 m/s2)*(0.30 m)

PH = 2913.57 Pa

6.- La Presión que ejerce el Mercurio, con Densidad de 13600 Kg/m3 y con una altura de 0.50 m es:

PH = ρ*g*h

PH = (13600 Kg/m3)*(9.81 m/s2)*(0.50 m)

PH = 66708 Pa

7.- La Presión que ejerce el Agua, con Densidad de 999 Kg/m3 y con una altura de 0.80 m es:

PH = ρ*g*h

PH = (999 Kg/m3)*(9.81 m/s2)*(0.80 m)

PH = 7840.15 Pa

8.- La Presión que ejerce el Aceite, con Densidad de 920 Kg/m3 y con una altura de 0.30 m es:

PH = ρ*g*h

PH = (920 Kg/m3)*(9.81 m/s2)*(0.30 m)

PH = 2707.56 Pa

9.- La Presión atmosférica a nivel del mar es de 101810 Pascal.

10.- La Presión atmosférica estándar es de 101325 Pascal.

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Por : Morris

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