¿Qué es la presión en física?

La presión en física se define como la fuerza exertida perpendicularmente sobre una superficie dividida por el área de dicha superficie.

¿Cuáles son las unidades de presión?

Las unidades de presión más comunes son el pascal (Pa), el bar y la atmósfera (atm).

¿Cómo se calcula la presión?

La presión se calcula dividiendo la fuerza aplicada (F) por el área (A) sobre la que se aplica: P = F / A.

¿Qué es la presión atmosférica?

La presión atmosférica es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la superficie terrestre.

Presión: Física, Fórmulas

Presión

¿Te has preguntado alguna vez por qué el filo de un cuchillo puede cortar una fruta sin problemas, mientras que si utilizaras el filo romo requeriría mucho más esfuerzo? Este fenómeno puede explicarse comprendiendo el concepto de presión. En este caso, la información sobre la magnitud de la fuerza que ejerce el cuchillo no es suficiente para saber si cortar fruta es fácil o no. Necesitamos otra medida que cuantifique cuánta fuerza se ejerce sobre un área determinada. Al final de este artículo, habrás aprendido qué es la presión, habrás aprendido a utilizar la ecuación de la presión y habrás trabajado con algunos ejemplos para comprender la importancia de la presión en nuestra vida cotidiana.

Pruéablo tú mismo

Definición de presión

Antes de introducir la fórmula de la presión y ver algunos ejemplos prácticos, definamos qué se entiende por presión en física.

La presión se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie.

La cantidad de fuerza ejercida por un cuchillo no es información suficiente para saber si podremos o no cortar una fruta. La presión tiene en cuenta lo concentrada que está la fuerza sobre un área determinada.

Fórmula de la presión

Entonces, ¿cómo calculamos la concentración de fuerza en un área determinada? Sencillo, sabemos que la presión no es más que la fuerza que actúa por unidad de superficie, que en términos matemáticos da

$P = \frac{F}{A}$

o en palabras

id="5189073" role="math" $Pressure = \frac{Force normal to the surface}{Area}$

La presión se expresa en pascales ( $Pa$ ), $F$ es la fuerza en $N$ y el área se mide en unidades de $m^{2}$ .

Presión La imagen muestra la concentración de fuerzas con respecto al área StudySmarter

Estos cuchillos tienen diferentes áreas de contacto con la superficie, el cuchillo más afilado ejerce más presión para una cantidad dada de fuerza porque la fuerza actúa sobre un área de superficie más pequeña, StudySmarter Originals

Una presión de $1 Pa$ puede definirse como una fuerza de $1 N$ que actúa sobre un área de $1 m^{2}$ (unidad de superficie). La fórmula anterior sólo es válida cuando la fuerza actúa perpendicularmente a la superficie. Como puedes ver en la ecuación La presión es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional al área sobre la que actúa. Esto significa que para aumentar la presión podemos

Aumenta la fuerza manteniendo el área constante o
Disminuye el área manteniendo la fuerza constante.

Diagrama de presión que compara el golpe de un martillo sobre una pelota de baloncesto y un clavo StudySmarter A medidaque disminuye el área de contacto, aumenta la presión siempre que la fuerza siga siendo la misma, esto permite clavar el clavo en la pared, StudySmarter Originals

Unidades de presión

La unidad SI de presión es $Pa or N / {mm}^{2}$ 1 Pascal = $1 N / {mm}^{2}$ .Para grandes cantidades de presión, podemos utilizar $1 kPa = 10^{3} Pa$ y $1 MPa = 10^{6} Pa$ . También puedes ver otras unidades de presión como el torr, $barr, atm, psi and mm Hg .$

La presión atmosférica es una unidad de uso común ( $atm$ ). La presión ejercida por la atmósfera terrestre sobre la superficie de la Tierra es lo que se conoce como presión atmosférica. La presión atmosférica en pascales es igual a $101325 Pa$ . A veces también se denomina presión atmosférica estándar.

Tipos de presión

Podemos clasificar los tipos de presión en función de los estados de la materia que la ejercen. En esta sección veremos cada uno de los tipos de presión y algunos ejemplos de cada tipo.

La presión puede ser ejercida por sólidos, líquidos y gases. Los sólidos ejercen presión a través de su punto de contacto. Los líquidos y los gases ejercen presión sobre un sólido debido a la colisión de sus partículas con el sólido.

Un clavo clavado en una pared es un ejemplo de presión que actúa de un sólido sobre otro sólido.
Nos enfrentamos constantemente a la fuerza de la atmósfera sobre nuestro cuerpo, que no es más que la presión ejercida por los gases de la atmósfera.

La presión ejercida por los líquidos

La presión ejercida por los líquidos se debe principalmente al peso del líquido. Imagina que te das un chapuzón en tu piscina local. Supongamos que te sumerges en la parte más profunda. Ahora, debido a los efectos de la gravedad, todo el peso del agua sobre ti actuará para presionar las moléculas de agua sobre tu cuerpo y cualquier otro objeto sumergido en el agua. Esta presión es lo que entendemos por presión ejercida por un líquido. El número de moléculas de agua presentes sobre ti aumentará a medida que te sumerjas más. Por eso la presión ejercida por los líquidos aumenta al aumentar la profundidad y por eso la presión que sientes aumenta al sumergirte más profundamente en una masa deagua. Otro factor que entra en juego es la densidad del líquido. La densidad mide la masa por unidad de volumen de un líquido. Los líquidos con mayor densidad ejercerán una presión mayor a la misma profundidad debido a su mayor peso.

Presión Un diagrama que muestra la presión en los líquidos StudySmarter La presión ejercida a una profundidad determinada sobre una base Área A puede calcularse considerando el peso de la columna de líquido situada directamente encima de A, StudySmarter Originals.

Veamos ahora cómo calcular la presión ejercida por un líquido a una profundidad determinada. Consideramos una columna rectangular de agua con un área de base $A$ y altura $h$ .

Ya sabemos que la fórmula de la presión es :

$P = \frac{F}{A}$

El peso del líquido situado directamente encima de la superficie base considerada $A$ viene dado por la siguiente ecuación:

$F = m g$

O en palabras

$Weight = mass \times gravitational field strength$

El siguiente paso en nuestro cálculo fue considerar la densidad del líquido para calcular la masa de la columna de agua:

$ρ = \frac{m}{V}$ ,

o en palabras

$Density = \frac{mass}{volume}$ .

Reordenando para la masa obtenemos

$m = ρ V$ .

El volumen de un cuboide puede escribirse como el producto del área de su base $A$ y su altura $h$ :

$V = A h$ ,

o en palabras

$Volume = Base area \times height$ .

Sustituimos la fórmula del peso en términos de masa antes de sustituir la fórmula de la masa en términos de densidad y volumen. Por último, sustituimos la fórmula del volumen en términos de área de la base y altura en la ecuación de la presión:

$P = \frac{m g}{A} = \frac{ρ \times V \times g}{A} = \frac{ρ \times A \times h \times g}{A}$

Tras un nuevo reordenamiento, obtenemos la fórmula de la presión ejercida por una columna de presión líquida en función de la densidad del líquido $ρ$ la altura de la columna de líquido $h$ y el área de la base de la columna de líquido $A$ :

$P = ρ h g$

$pressure = height of the column \times density of the liquid \times gravitational field strength$

Donde la presión se mide en pascales ( $Pa$ ), la profundidad o altura de columna $h$ en metros ( $m$ ) y la densidad $ρ$ en $kg / m^{3}$ y la fuerza del campo gravitatorio, $g$ en $N / kg$ .

A continuación, veamos algunos ejemplos en los que utilizamos estas fórmulas para calcular la presión.

Presión atmosférica

La presión atmosférica se debe al choque de las moléculas de aire de la atmósfera con la tierra o con cualquier otro objeto que contenga. La presión atmosférica disminuye a medida que aumenta la altitud, porque la densidad del aire disminuye a mayor altitud. A mayor altitud, hay menos aire, por lo que se reduce el peso del aire que presiona sobre un objeto. Ésta es la razón por la que algunas personas experimentan dolor de oído durante los viajes en avión, que se produce debido a los cambios rápidos de la presión atmosférica. La presión atmosférica puede calcularse utilizando la misma fórmula que la presión debida a los líquidos.

Presión Un diagrama cúbico que indica la presión atmosférica StudySmarter La presión atmosférica se debe al peso de las moléculas de aire directamente sobre la superficie de la Tierra, StudySmarter originales

Ejemplos de presión

Un fluido tiene un peso de $300 N$ que se ejerce sobre una superficie de $8.2 m^{2}$ . Calcula la presión que actúa sobre la superficie.

$F = 300 N, A = 8.2 m^{2} P = \frac{300 N}{8.2 m^{2}} = 36.585 Pa$

Calcula la presión ejercida sobre el suelo por una persona que pesa $60 kg$ llevando

Un zapato plano con una superficie de contacto de $100 {cm}^{2}$
Un zapato de tacón con un área de contacto total de $26 {cm}^{2}$

¿Qué puedes deducir de los resultados?

Presión Un diagrama que tiene un zapato de hombre y tacones de lado a lado StudySmarter Zapatos de tacónvs Zapatos planos, Estudio de Nidhish GokuldasSmarter Originals

Conversión de unidades

$1 cm = 0.01 m 1 {cm}^{2} = 0.0001 m^{2} 100 {cm}^{2} = 0.01 m^{2} 26 {cm}^{2} = 0.0026 m^{2}$

Presión sobre el suelo debida a zapatos planos

$m = 60 kg, A = 0.01 m^{2} P = \frac{F}{A} F = m g = 60 kg \times 9.8 m / s^{2} = 588 N P = \frac{F}{A} = \frac{588 N}{0.01 m^{2}} = 58, 800 P a = 58.8 kPa$

Presión sobre el suelo debida a los tacones

$m = 60 kg, A = 0.0026 m^{2} P = \frac{F}{A} F = m g = 60 kg \times 9.8 m / s^{2} = 588 N P = \frac{F}{A} = \frac{588 N}{0.0026 m / s^{2}} = 226153.846 P a = 226.15 kPa$

La presión ejercida por los tacones es casi 5 veces superior a la de los zapatos de suela plana. Ésta es la razón por la que los zapatos de tacón son incómodos de llevar durante largos periodos, ya que ejercen una gran cantidad de presión sobre el suelo y también sobre los pies de la persona que los lleva.

Calcula la presión en el pozo de agua a una profundidad de $50 m$ . Considera que la densidad del agua es $1000 kg / m^{3} .$

Paso 1: Enumera las cantidades dadas

$ρ = 1000 kg / m^{3}, h = 50 m, g = 9.8 m / s^{2}$

Paso 2: Calcula la presión utilizando la ecuación adecuada

$P = ρ h g$

$P = 1000 kg / m^{3} \times 50 m \times 9.8 m / s^{2} = 490, 000 Pa = 490 kPa$

Calcula la densidad del aire a una altitud de $5 km$ donde la presión de la atmósfera circundante es $12.5 kPa .$

Paso 1: Enumera las cantidades dadas

$h = 5 km = 5000 m, g = 9.8 m / s^{2}, P = 12.5 kPa$

Paso 2: Calcula la presión utilizando la ecuación adecuada

$P = ρ h g ρ = \frac{P}{h \times g} ρ = \frac{12.5 \times 1000 Pa}{5000 m \times 9.8 m / s^{2}} ρ = 0.25 Kg / m^{3}$

Presión - Puntos clave

La presión se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie.
La presión puede calcularse dividiendo la fuerza por el área sobre la que actúa:
$P = \frac{F}{A}$ o en palabras, $Pressure = \frac{Force normal to surface}{Area}$ .
Existen distintos tipos de presión en función del tipo de materia que la ejerce.
La presión ejercida por un líquido viene dada por $P = h ρ g$ .
La presión ejercida por un líquido aumenta a medida que aumenta la profundidad del líquido.
Los gases ejercen presión sobre los objetos con los que entran en contacto.
La presión atmosférica se debe al peso de las moléculas de aire sobre la Tierra.
La presión atmosférica disminuye a medida que aumenta la altitud.

Presión

Equipo editorial StudySmarter

Definición de presión

Fórmula de la presión

Unidades de presión