La forma en que se distribuye una fuerza sobre una superficie es lo que conocemos como presión. Una persona parada sobre sus dos pies tiene una menor presión sobre el suelo que la misma persona parada de puntillas. En ambos casos, la fuerza es la misma (el peso de la persona), pero el área es menor cuando está parado de puntillas, es decir, se aplica más fuerza por unidad de área.
Si caminamos sobre la nieve, con seguridad nos enterraremos en ella. Sin embargo, al usar los patines de esquiar, estamos aumentando la superficie de contacto con la nieve. De esta manera distribuimos la fuerza de nuestro peso sobre la nieve, disminuyendo la presión, por lo que nos podemos desplazar más fácilmente.
En física, la presión es una magnitud escalar, es decir, es independiente de la dirección o sentido de la fuerza. Cualquier objecto que tenga un peso ejerce una presión sobre la superficie con la cual está en contacto, siempre y cuando la fuerza sea perpendicular a la superficie. Además, los líquidos y los gases también ejercen una presión sobre la superficie de los objetos con los que estan en contacto.
Unidades de presión
La presión se puede expresar utilizando varias unidades, cuyos valores y correspondencias se presentan en la siguiente tabla:
| Unidades de presión | Valor |
|---|---|
| pascal (Pa) | 1 Pa = 1N/m2 |
| atmósfera (atm) |
1 atm = 1,0132 x 105 Pa 1 atm = 760 mmHg |
| milímetros de mercurio (mmHg) |
1 mmHg = 1,33322 x102 Pa 1 mmHg = 0,00132 atm |
| bar | 1 bar = 1,0 x 105 Pa |
| torr (Torr) | 1 Torr = 1 mmHg |
| libras por pulgada (psi por siglas en inglés) | 1 psi = 6894,76 Pa |
Tipos de presión
En ciencias existen varios tipos de presiones:
- Presión hidrostática: presión que ejercen los fluidos estáticos (líquidos no comprensibles) en las superficies de los objetos en contacto con el fluido. Aunque el fluido está estático, las moléculas de este se mueven y son las responsables de la fuerza ejercida.
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Presión absoluta: es la suma de la presión de un sistema y la presión que ejerce el aire en dicho sistema, es decir, la presión total. Por ejemplo, en un tanque de agua de 12 metros de profundidad con la parte superior abierta al aire, la presión absoluta es igual a la suma de la presión atmosférica más la presión ejercida por el agua dentro del tanque.
-
Presión manométrica es la diferencia entre la presión de un sistema y la presión atmosférica. Por ejemplo, en un tanque de agua de 12 metros de profundidad con la parte superior abierta al aire, la presión manométrica es la presión que ejerce el agua en el tanque.
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Presión atmosférica (pa): es la fuerza que ejerce el aire sobre la superficie terrestre, es decir, la presión de la atmósfera terrestre. La presión atmosférica depende del estado del tiempo y de la altitud, siendo el valor medio de pa a nivel del mar:
-
Presión arterial o presión sanguínea: es la fuerza ejercida por la sangre (un fluido) contra la superficie interna de las arterias. En la aorta, la arteria que recibe el flujo de sangre bombeado por el corazón, es donde se registra la presión arterial más alta.
- Presión osmótica: es la presión de una solución contra una membrana semipermeable cerrada, que afecta el movimiento del agua a través de la misma. Por ejemplo, cuando de un lado de la membrana la presión osmótica es mayor, el agua se mueve del lado de menor presión al lado de mayor presión. Este movimiento de agua permite equilibrar las presiones en ambos lados de la membrana.
Vea también Presión atmosférica.
¿Cómo podemos calcular la presión?
Para calcular el valor de presión nos valemos de varias fórmulas, dependiendo del medio que ejerce la fuerza y del área de contacto. Por ejemplo, la fórmula de la presión de un sólido es:
donde p es presión, F es fuerza y A es el área.
Por ejemplo, una pirámide truncada de 5 kg, cuya base mayor tiene un área de 20 cm2, tiene una presión de:
la misma pirámide truncada, colocada sobre su base menor igual a 5 cm2, tiene una presión de:
Presión de gases
Cuando queremos calcular la presión de un gas dentro de un recipiente usamos la siguiente fórmula:
donde p es presión, n es el número de moléculas del gas, R es la constante de los gases, T es la temperatura del gas (expresada en kelvin) y V es el volumen del recipiente. El valor de R es igual a 8,314 J/mol K.
Podemos deducir que al aumentar la temperatura y/o el número de moléculas o disminuir el volumen del recipiente la presión del gas aumenta.
Vea también Leyes de los gases.
Presión en los fluidos
Los líquidos también tienen una presión, en cuyo caso usamos la fórmula:
donde p es presión, m es la masa, V es el volumen, ρ (se lee rho) es la densidad del fluido, g es la constante de gravedad y h es la altura.
De aquí deducimos que a mayor densidad del líquido o mayor profundidad/altura la presión aumenta.
Vea también Fórmulas de física.
¿Cómo se mide la presión?
La presión atmosférica se mide con unos dispositivos conocidos como barómetros. Un tipo de barómetro es un tubo de vidrio vertical lleno de mercurio líquido. La altura que alcanza el mercurio es la medida de la presión, por eso la presión atmosférica es igual a 760 mmHg.
Los manómetros son otros instrumentos para medir la presión; los manómetros abiertos miden la presión de los gases relativo a la presión atmosférica. También se puede medir la presión con sensores electrónicos de presión.
Por otro lado, la presión sanguínea se mide en mmHg y el aparato que se usa para su medida se conoce como esfignomanómetro, o más comúnmente tensiómetro. La presión sistólica es la lectura mayor de presión mientras la presión diastólica es la lectura menor.
Ejercicios de presión resueltos
1. Una persona pesa 80 kg y el área de las plantas de sus pies es de 200 cm. ¿Cuál es la presión que ejerce sobre el piso? Expresarlo en atm.
La fórmula que utilizaremos para determinar la presión es:
El valor de la fuerza es el peso expresado en newtons:
El valor de área se expresa en m2:
Sustituimos los valores de fuerza y área en la fórmula de presión:
Convertimos el valor de Pa en atm:
Respuesta: la persona de 80 kg de pie ejerce una presión de 0,386 atm sobre el piso.
2. ¿Cuál es la fuerza que experimenta una ventana circular 20 cm de diámetro de un submarino a 100 metros de profundidad en el mar Báltico, siendo la densidad del agua de mar 1025 kg/m3?
Despejamos la fuerza de la fórmula de presión:
La presión en este caso la vamos a calcular a partir de la fórmula de presión de un fluido, pues el submarino está sumergido en agua de mar. El área es el área de la ventana circular que es:
Respuesta: la fuerza sobre la ventana del submarino a 100 m es de 3,15413 x 104 N.
Referencias
Sears, F., Zemansky, M., Young, H,D., Freedman, R.A. (2009) Física Universitaria volumen 1, 12a edición. Pearson Educación, México.