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5.5. La presión y sus efectos

Objetivos

OA8 Analizar cualitativamente la presión, considerando sus efectos en: sólidos,  líquidos y gases.

Conocimiento previo

Observa el siguiente vídeo y contesta las  preguntas a continuación  


A pensar

1) ¿Por que la persona que se acuesta en una cama de clavos no sufre ningún daño grave? 

2) ¿Ocurrirá lo mismo si en vez de una cama con muchos clavos solo hubiese un solo clavo en el centro de la cama y una personas se acuesta sobre el? ¿ Por que crees que ocurre dicha situación? 

3) ¿Que variables crees que intervienen en este experimento? 

Presión en sólidos

Seguramente, en el experimento de la actividad anterior, observaste que los efectos de una fuerza dependen, entre otras cosas, del área o región sobre la que actúa. Por ejemplo, si una persona desea clavar sobre una viga de madera, le resultará mucho más fácil utilizar un clavo cuya punta es fina que otro cuya punta se encuentra desgastada. Esto sucede porque, al disminuir el área sobre la que actúa una fuerza, los efectos de esta última pueden ser mucho más notorios. Cuando nos referimos a la fuerza ejercida por unidad de área, entonces hablamos del concepto de presión.

En los cuerpos sólidos la presión depende de la relación entre la fuerza aplicada y el área de contacto. Lo anterior se modela matemáticamente de la siguiente manera.

Al analizar la relación matemática anterior, verás que la presión es inversamente proporcional al área sobre la que actúa una fuerza, es decir, si el área sobre la que esta es ejercida disminuye, entonces la presión, debido a la fuerza, aumenta.

En caso contrario, si el área aumenta, la presión disminuye.

Presión en líquidos

La presión no es un fenómeno exclusivo de los sólidos, sino que también se puede observar en los líquidos. Ahora bien, ¿de qué factores depende la presión en los líquidos?

La presión que ejerce un líquido, u otro fluido, en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre todas las caras de algún cuerpo que esté sumergido en él, se denomina presión hidrostática. Esta se mide en pascales (Pa) y depende de la profundidad del líquido y de su densidad, pues a mayor densidad, mayor presión. Una de las principales características de la presión en un líquido es que una variación de esta en un punto se transmite íntegramente al resto de los puntos del líquido. Este fenómeno es conocido como el principio de Pascal, en honor al físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662).


Aplicaciones de la presión en líquidos

Una de las principales aplicaciones del principio de Pascal son los elevadores y las prensas hidráulicas. A través de ellas es posible levantar grandes masas, ejerciendo fuerzas de baja magnitud. Por ejemplo, un automóvil podría ser levantado por un niño, tal como se representa en la imagen.

Esto ocurre siempre y cuando el líquido sea incompresible, es decir, que su volumen experimente una variación mínima al ser sometido a una fuerza. El sistema sobre el cual están construidos los frenos de los automóviles también utiliza la propiedad que poseen los líquidos para transmitir la presión.

Presión sanguínea

La sangre es un líquido viscoso, compuesto por agua, células y sustancias disueltas, que es transportado por vasos sanguíneos, como venas y arterias, a través de los cuales conduce nutrientes, oxígeno y desechos. La fuerza que ejerce la sangre que circula por nuestro organismo sobre las paredes de los vasos sanguíneos se denomina presión sanguínea. Comúnmente se mide la presión arterial mediante un instrumento llamado esfigmomanómetro.

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Presión en gases

Al igual que los líquidos, los gases también ejercen presión. Esto puede ser observado, por ejemplo, al inflar un globo. A medida que se sopla, el aire que ingresa ejerce cada vez más presión sobre las paredes internas del globo, lo que hace que su volumen vaya aumentando. Si la fuerza que genera la presión interna supera el límite de elasticidad del globo, entonces este terminará por reventarse.

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El volumen de un gas experimenta variaciones al ser sometido a diferentes presiones. Esta variación es inversamente proporcional a la presión, es decir, cuando la presión aumenta, el volumen disminuye. Es por esta razón que a los gases se les denomina fluidos compresibles. En otras palabras, su volumen experimenta cambios al ser sometidos a presiones. Es importante mencionar que la presión en un gas también experimenta variaciones si se modifican otras variables distintas del volumen. Una de ellas es la temperatura: cuando cierto volumen de un gas es sometido a un aumento de temperatura, la presión interna de este se incrementa en todos los puntos.

Presión atmosférica

En la lección anterior, estudiamos algunos de los efectos de la fuerza de atracción gravitacional sobre los cuerpos que se encuentran en la cercanía de la superficie terrestre. Nuestro planeta atrae gravitacionalmente la capa de gases que lo rodea, es decir, nuestra atmósfera. Cuando el peso de la atmósfera se distribuye sobre la superficie terrestre, hablamos entonces de la presión atmosférica. Esta, al igual que en los líquidos, se distribuye de la misma forma en todas direcciones. Para comprobarlo, realiza la actividad que se propone a continuación.

Como la columna de aire sobre las cabezas de los habitantes del pueblo “A” es menor la presión que ellos sentirán será menor, en cambio, como la columna de aire sobre las cabezas de los habitantes del pueblo “B” es mayor, la presión que estos habitantes sentirán será mayor.

¿Cómo se mide la presión?

Existen diferentes instrumentos utilizados para medir la presión, los que se pueden clasificar en dos grupos: aquellos usados para medir la presión atmosférica, o barómetros, y los que se emplean para medir la presión en líquidos o gases, llamados manómetros. El primer barómetro fue inventado por el físico y matemático italiano Evangelista Torricelli, mediante un experimento similar al que se explica a continuación.

La explicación de este fenómeno es que la presión atmosférica se equiparó con la presión ejercida por la columna de mercurio. Conociendo la densidad del mercurio, fue posible, entonces, calcular la presión atmosférica. Dado que la altura de la columna de mercurio observada por Torricelli fue de 76 cm, se dice que la presión atmosférica a nivel del mar es igual a 76 cm columna de mercurio (760 mm Hg).

Los manómetros

Los manómetros más simples consisten en tubos doblados en forma de U, los que pueden tener ambos extremos abiertos, o bien uno de sus lados abierto, y el otro, conectado a un recipiente con el gas cuya presión se desea medir. Al igual que en el caso de los barómetros, los manómetros más utilizados son del tipo aneroide. A continuación se explica su funcionamiento.