Presión

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Autor: Redacci√≥n ejemplosde.com, a√Īo 2020

La presión es la fuerza que se ejerce sobre un área determinada. El ejemplo más común es el peso del cuerpo humano actuando sobre el área que abarcan los pies. La presión está presente en nuestro alrededor, ya que todo lo que se encuentra sobre la superficie terrestre ejerce una fuerza (F) debida a una masa propia (m) y a la aceleración de la gravedad (g).

Fórmula de la presión

La relación principal que se usa para definir a la presión es la división de la fuerza entre el área:

P = F / A

Esta fórmula se aplica generalmente cuando el cuerpo es sólido, tiene un peso conocido (W) y ocupa un área medible (A). Como un automóvil sobre una plataforma, o un aparato de ejercicios sobre el piso de un gimnasio. Sólo así se podría conocer su presión exacta. Para este fin se usa la fórmula:

P = W / A

Donde:

  • P: presión ejercida por el cuerpo sólido
  • W: peso o fuerza ejercida por el cuerpo sólido
  • A: área que abarca el cuerpo sólido

Por ejemplo:

La presión que ejerce un cuerpo que tiene 200 N de peso sobre un área de 3.5 m2 es:

P = (200N) / (3.5m2)

P = 57.14 N / m2

Presión ejercida por los sólidos

Sin embargo, como no toda la materia es sólida, a veces no es posible saber el área que abarca, por lo que surgen varias maneras de conocer la presión.

Tipos de presión

Los tres estados físicos de la materia, sólido, líquido y gaseoso, son capaces de ejercer presión. Para cada uno de ellos, se tienen las siguientes consideraciones:

  • Sólido: debe tener un peso conocido y comprender un área medible.
  • Líquido: debe estar en reposo, contenido en un recipiente de la forma geométrica que sea. Basta con poder medir la altura que alcanza en él, desde el fondo.
  • Gaseoso: debe estar dentro de un recipiente de volumen constante.

Por estas observaciones y para mejorar la medición y los cálculos con presión, existen diversos tipos de presiones:

  • Presión hidrostática
  • Presión manométrica
  • Presión atmosférica
  • Presión absoluta

Presión hidrostática

La ejercen los líquidos al estar en reposo dentro de un recipiente. No importa la forma que este tenga, sólo se deben conocer tres datos:

  • Densidad del líquido (ρ)
  • Valor de la aceleración de la gravedad (g = 9.81 m/s2)
  • La distancia vertical que comprende el líquido (h)

Se calcula con:

PH = ρ*g*h

Si se trata de varios líquidos diferentes, estos quedarán naturalmente ubicados por capas, por la diferencia de sus densidades. El más denso (pesado) quedará hasta abajo y el menos denso (más ligero) hasta arriba. La presión hidrostática total será la suma de todas las individuales.

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 de aceite y agua

Presión manométrica

La ejercen los gases que están en un recipiente cerrado, que puede ser desde un tanque hasta un neumático de automóvil. Todo gas abarca el volumen completo de cualquier contenedor, porque las distancias entre sus partículas son enormes y están libres, hasta chocar con las paredes de su interior.

Esta presión dependerá de la temperatura y de la cantidad de gas que se introduzca, por lo siguiente:

  • Mayor temperatura es mayor energía cinética en las partículas del gas, que golpearán con más fuerza la pared interior.
  • Mayor cantidad de gas será mayor número de choques entre partículas y contra el recipiente, lo que generará más presión también.

Ya hay dispositivos calibrados para medir la presión manométrica, llamados manómetros. Estos tienen una carátula con aguja o manecilla que indica la presión que hay dentro del tanque o neumático, en unidades como psi (libras sobre pulgada cuadrada) o kgf/cm2 (kilogramos fuerza sobre centímetro cuadrado), por ejemplo.

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, para medir presión manométrica

Presión atmosférica

Es la que ejercen todos los gases presentes en la atmósfera, sobre la superficie terrestre. Fue determinada por Torricelli cuando construyó su barómetro con una columna de vidrio y una cubeta con mercurio. Su valor estándar en milímetros de mercurio es: Patm = 760mmHg, pero las unidades más frecuentes que se usan son los Pascales, y vale Patm = 101325 Pa.

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.

Presión atmosférica en dos altitudes diferentes

Presión absoluta

Es la presión que resulta de agregar la presión atmosférica, siempre presente, a la medida o calculada. Por ejemplo:

  • Presión absoluta = Presión hidrostática + Presión atmosférica (P = PH + Patm)
  • Presión absoluta = Presión manométrica + Presión atmosférica (P = Pman + Patm)

La presión absoluta es la presión total y real a la que se encuentra el fluido, y se usa 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

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”.

Variación de 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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Citado APA: (A. 2018,11. Presión. Revista ejemplosde.com. Obtenido 11, 2018, de https://www.ejemplosde.com/37-fisica/1993-presion.html)

Autor: Redacci√≥n ejemplosde.com, a√Īo 2020

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