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7° básico · Ciencias Naturales
La interacción · Fuerzas y presión en fluidos

Presión y presión hidrostática

Una chinche entra en un corcho con un empujón suave, pero si empujas con la yema del dedo, por mucho que presiones, no pasa nada. La fuerza de tu mano puede ser exactamente la misma. Lo único que cambia es la superficie sobre la que se reparte. Esa idea tan simple explica por qué un tractor no se hunde en el barro si tiene ruedas anchas, por qué un cuchillo corta y por qué los muros de un embalse son más gruesos abajo. Al final del apartado volveremos a la chinche con números.

Qué es la presión

Dos bloques soportan la misma fuerza de 200 N: el de base pequeña ejerce mayor presión sobre el suelo y el de base grande, menor presión. F = 200 N S pequeña → p grande F = 200 N S grande → p pequeña

Con la misma fuerza, cuanto más pequeña es la superficie, mayor es la presión.

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¿En qué unidad se mide la presión en el Sistema Internacional? Escribe su equivalencia con las unidades de fuerza y de superficie, y di en honor de qué científico lleva…

¿En qué unidad se mide la presión en el Sistema Internacional? Escribe su equivalencia con las unidades de fuerza y de superficie, y di en honor de qué científico lleva ese nombre.

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El papel de la superficie de contacto

Una excursionista de 600 N apoyada en la nieve: con botas (0,02 m²) la presión es de 30.000 Pa y se hunde; con esquís (0,6 m²) es de 1.000 Pa y no se hunde. F = 600 N Botas: S = 0,02 m² p = 30.000 Pa F = 600 N Esquís: S = 0,6 m² p = 1.000 Pa
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Una excursionista camina por la nieve recién caída con botas y se hunde hasta el tobillo; al día siguiente pasa por el mismo lugar con esquís y apenas deja huella, como…

Una excursionista camina por la nieve recién caída con botas y se hunde hasta el tobillo; al día siguiente pasa por el mismo lugar con esquís y apenas deja huella, como se muestra en la figura.

P botas P esquís

Si su peso es el mismo en los dos casos, explica con el concepto de presión por qué con esquís no se hunde.

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Para cortar una barra de pan usamos el filo del cuchillo y no el lomo, aunque hagamos la misma fuerza con la mano. Explica qué tiene que ver la superficie de contacto…

Para cortar una barra de pan usamos el filo del cuchillo y no el lomo, aunque hagamos la misma fuerza con la mano. Explica qué tiene que ver la superficie de contacto del filo con la presión que recibe el pan.

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La presión dentro de un líquido: presión hidrostática

Si perforas una botella de plástico con agua a tres alturas, el chorro del orificio inferior sale con más fuerza y llega más lejos. El agua es la misma: ¿por qué empuja más en el fondo?

Depósito con agua en reposo y tres puntos a profundidades h1, h2 y h3 medidas desde la superficie libre; la presión es mayor cuanto más profundo está el punto y actúa en todas direcciones. superficie libre del líquido h₁ h₂ h₃ h₁: p menor h₂: p media h₃: p mayor más profundo, más presión

Un caso muy chileno: el estanque de agua en el techo de un edificio de departamentos. El agua llega con más presión al primer piso que al segundo porque ahí la columna de agua que hay encima ($h$) es mayor.

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Al bajar nadando hasta el fondo de una piscina notas presión en los oídos, y mientras más hondo vas, más molesta se vuelve. Explica qué magnitud está cambiando con la…

Al bajar nadando hasta el fondo de una piscina notas presión en los oídos, y mientras más hondo vas, más molesta se vuelve. Explica qué magnitud está cambiando con la profundidad y por qué.

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Presión total y presión atmosférica

Cuando un cuerpo está sumergido en un líquido abierto a la atmósfera, la presión que soporta no es solo la hidrostática: hay que sumarle la del aire que empuja la superficie libre.

Un recipiente con líquido abierto: la atmósfera empuja la superficie y a la profundidad h la presión total es la atmosférica más la hidrostática. presión atmosférica h p total = p atm + p del líquido

En Santiago (unos $500\ \text{m}$ sobre el nivel del mar) el barómetro marca algo menos que en la costa, y en el altiplano, a $4.000\ \text{m}$, baja a cerca de $600\ \text{hPa}$: queda menos aire encima. Por eso allá el agua hierve por debajo de $100\ ^\circ\text{C}$ (hay menos presión sobre ella).

La lata que se aplasta sola

En un clásico del laboratorio se calienta una lata con un poco de agua hasta que hierve y se tapa enseguida. Al enfriarse, el vapor del interior se condensa en gotitas de agua líquida, que ocupan un volumen minúsculo. Casi no queda gas dentro, así que la presión interior baja mucho. Por fuera, la presión atmosférica sigue igual. Ya no se compensan: la diferencia de presión multiplicada por la superficie de las paredes da una fuerza neta hacia dentro que aplasta la lata sin que nadie la toque: $F_{neta} = (p_{ext} - p_{int})\cdot S$. Por ejemplo, con una diferencia de $60.000\ \text{Pa}$ sobre $0{,}01\ \text{m}^2$, $F = 60.000 \times 0{,}01 = 600\ \text{N}$.

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¿Qué es la presión atmosférica? Nombra el instrumento con el que se mide y escribe su valor aproximado a nivel del mar, en pascales.

¿Qué es la presión atmosférica? Nombra el instrumento con el que se mide y escribe su valor aproximado a nivel del mar, en pascales.

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En el mapa del tiempo, un sistema de baja presión (borrasca) presenta una presión en su centro de $990\ \text{hPa}$ y un anticiclón, de $1\,030\ \text{hPa}$. a) Expresa…

En el mapa del tiempo, un sistema de baja presión (borrasca) presenta una presión en su centro de $990\ \text{hPa}$ y un anticiclón, de $1\,030\ \text{hPa}$.

  1. a) Expresa ambas presiones en pascales (recuerda: $1\ \text{hPa} = 100\ \text{Pa}$).
  2. b) El valor normal de la presión atmosférica a nivel del mar es de $1\,013\ \text{hPa}$: ¿cuál de los dos sistemas se acerca más a ese valor?
  3. c) Sabiendo que las borrascas suelen traer nubes y lluvia y los anticiclones, tiempo estable, indica sobre cuál de los dos esperarías mal tiempo y razona tu respuesta.
Resolver

Vuelve al principio: si empujas con $30\ \text{N}$, la yema plana de tu dedo ($S \approx 1{,}5\ \text{cm}^2 = 1{,}5\times10^{-4}\ \text{m}^2$) ejerce $200.000\ \text{Pa}$, mientras que la punta de la chinche ($S \approx 0{,}1\ \text{mm}^2 = 10^{-7}\ \text{m}^2$) concentra la misma fuerza en $300.000.000\ \text{Pa}$: ¡mil quinientas veces más presión con el mismo esfuerzo!

Resumen

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