La presión en los fluidos y la presión atmosférica
Camila viaja de Guayaquil a Quito en bus. Al subir, siente un «tapón» en los oídos y la funda de papas fritas que lleva en la mochila se infla como un globo. Nadie la apretó ni la calentó. ¿Qué cambió? La respuesta está en la presión, y al final de la página la resolveremos.
Qué es la presión
Si te paras sobre un pie, te cansas más que sobre los dos. Tu peso es el mismo, pero se reparte en menos superficie. Lo que importa no es solo la fuerza, sino cuánta fuerza cae sobre cada metro cuadrado.
La misma fuerza produce diez veces más presión si el área es diez veces menor. Por eso la presión es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional al área.
Escribe la fórmula de la presión como relación entre fuerza y área. Indica qué significa cada símbolo y en qué unidad del Sistema Internacional se mide la presión.
Escribe la fórmula de la presión como relación entre fuerza y área. Indica qué significa cada símbolo y en qué unidad del Sistema Internacional se mide la presión.
Joel empuja una pared con una fuerza de $200\ \text{N}$ usando la palma de su mano, que tiene un área de $0{,}01\ \text{m}^2$. Calcula la presión que ejerce sobre la…
Joel empuja una pared con una fuerza de $200\ \text{N}$ usando la palma de su mano, que tiene un área de $0{,}01\ \text{m}^2$. Calcula la presión que ejerce sobre la pared, en pascales.
Andrés tiene una caja que pesa $600\ \text{N}$. Primero la apoya sobre su cara más grande, de $0{,}30\ \text{m}^2$, y luego sobre su cara más pequeña, de…
Andrés tiene una caja que pesa $600\ \text{N}$. Primero la apoya sobre su cara más grande, de $0{,}30\ \text{m}^2$, y luego sobre su cara más pequeña, de $0{,}10\ \text{m}^2$.
- a) Calcula la presión que ejerce la caja en cada caso.
- b) Explica por qué la presión cambia aunque el peso sea el mismo.
Cambiar el área para cambiar la presión
Con la fórmula se entienden muchos objetos cotidianos. Para aumentar la presión se reduce el área: cuchillos afilados, clavos, agujas, tacos de los zapatos de fútbol. Para disminuirla se aumenta el área: raquetas de nieve, llantas anchas de tractor, mochilas con tirantes anchos, cimientos de los edificios.
Kevin afirma: «Un cuchillo corta mejor cuando está afilado porque se le aplica más fuerza». Belén responde que la causa es otra. Se sabe que, al cortar un tomate, se…
Kevin afirma: «Un cuchillo corta mejor cuando está afilado porque se le aplica más fuerza». Belén responde que la causa es otra. Se sabe que, al cortar un tomate, se aplica una fuerza de $20\ \text{N}$; con el filo desafilado el área de contacto es de $0{,}0002\ \text{m}^2$ y con el filo afilado es de $0{,}00001\ \text{m}^2$.
- a) Calcula la presión en cada caso.
- b) Compara los resultados y decide quién tiene razón, argumentando con la fórmula de la presión.
- c) Da otro ejemplo cotidiano en el que se reduzca el área para aumentar la presión, y uno en el que se aumente el área para disminuirla.
La presión en un líquido
Cuando Ariana bucea en una piscina, siente que los oídos le presionan más mientras más baja. Sobre ella hay una columna de agua cuyo peso la comprime. Mientras más profundo, más agua encima y más presión.
¿Por qué? Una columna de líquido de área $A$ y altura $h$ tiene masa $\rho\,A\,h$ y peso $\rho\,A\,h\,g$. Al dividir el peso entre el área $A$ queda $\rho\,g\,h$. Por eso la presión depende de la profundidad y de la densidad, no de la forma del recipiente.
Si $h$ se duplica, $P$ se duplica: la presión manométrica es proporcional a la profundidad.
Ariana bucea en una piscina de agua dulce ($\rho = 1.000\ \text{kg/m}^3$) y desciende hasta una profundidad de $3\ \text{m}$. a) Calcula la presión manométrica que el…
Ariana bucea en una piscina de agua dulce ($\rho = 1.000\ \text{kg/m}^3$) y desciende hasta una profundidad de $3\ \text{m}$.
- a) Calcula la presión manométrica que el agua ejerce sobre ella a esa profundidad, usando $P = \rho\, g\, h$.
- b) Indica qué le ocurriría a la presión si bajara a $6\ \text{m}$ y justifica tu respuesta.
La presión atmosférica
También vivimos en el fondo de un «océano»: el aire. La atmósfera tiene peso y empuja sobre todo lo que hay en la superficie. A esa presión se le llama presión atmosférica. Al nivel del mar, como en Manta o Esmeraldas, vale aproximadamente $100.000\ \text{Pa}$ (unos $101.300\ \text{Pa}$ en el valor estándar).
Mientras más subes, menos aire queda encima de ti, y por eso la presión atmosférica disminuye con la altura. En Quito, a unos $2.850\ \text{m s. n. m.}$, es bastante menor que en Manta; en la cima del Chimborazo es menos de la mitad que al nivel del mar.
| Lugar | Altura aproximada | Presión atmosférica |
|---|---|---|
| Manta | nivel del mar | la mayor |
| Quito | 2.850 m s. n. m. | menor |
| Cima del Chimborazo | más de 6.000 m s. n. m. | mucho menor |
Esto explica la historia del inicio. Dentro de la funda de papas queda aire a la presión de Guayaquil. Al subir a Quito, el aire de afuera empuja menos, y el aire de adentro, que sigue empujando igual, expande la funda. En los oídos pasa algo parecido: el aire del oído medio queda a la presión de abajo y debe igualarse con la de afuera (por eso bostezar o tragar ayuda).
Emily dice que la presión atmosférica es menor en Quito que en Manta, ciudad que está al nivel del mar. Indica si su afirmación es verdadera o falsa y explica con una…
Emily dice que la presión atmosférica es menor en Quito que en Manta, ciudad que está al nivel del mar. Indica si su afirmación es verdadera o falsa y explica con una frase por qué cambia la presión atmosférica con la altura.
En Baños, Martín infla una pelota y la lleva en un bus desde la ciudad hasta una zona más alta del camino. Al llegar nota que la pelota parece más inflada. Explica este…
En Baños, Martín infla una pelota y la lleva en un bus desde la ciudad hasta una zona más alta del camino. Al llegar nota que la pelota parece más inflada. Explica este cambio relacionando la presión atmosférica exterior con la presión del aire que está dentro de la pelota.
Presión manométrica y presión absoluta
Bajo el agua actúan dos presiones a la vez: la del aire sobre la superficie y la del agua por su profundidad.
Por eso los buzos deben subir despacio. El cuerpo, a $10\ \text{m}$, soporta el doble de presión que en la superficie; si la presión baja de golpe, los gases disueltos en la sangre y los tejidos se expanden y pueden causar daños. Lo que cambia al subir es la presión absoluta total, y hay que tenerla en cuenta, no solo la manométrica.
Nayeli bucea en el mar frente a Manta, donde la presión atmosférica en la superficie es de aproximadamente $100.000\ \text{Pa}$. Considera que el agua de mar tiene una…
Nayeli bucea en el mar frente a Manta, donde la presión atmosférica en la superficie es de aproximadamente $100.000\ \text{Pa}$. Considera que el agua de mar tiene una densidad de $1.000\ \text{kg/m}^3$ y toma $g = 10\ \text{m/s}^2$.
- a) Calcula la presión manométrica a $10\ \text{m}$ de profundidad.
- b) Calcula la presión absoluta a esa profundidad.
- c) Explica por qué, al subir de nuevo, los buzos deben hacerlo con cuidado y no solo pensar en la presión manométrica.
Vuelve al principio: la funda de Camila se infló porque, al subir de Guayaquil a Quito, la presión atmosférica exterior bajó y el aire de adentro empujó más que el de afuera.
Resumen
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Presión: $P = F/A$; se mide en pascales ($1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$).
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Con la misma fuerza, menos área da más presión (cuchillo afilado) y más área da menos presión (raquetas de nieve).
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En un líquido, la presión manométrica es $P = \rho\, g\, h$: crece con la profundidad y con la densidad.
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La presión atmosférica es el peso del aire; disminuye al subir (Quito < Manta).
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Presión absoluta = presión atmosférica + presión manométrica.