7.4: Presión
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- Definir presión.
- Explicar la relación entre presión y fuerza.
- Calcular la fuerza dada la presión y el área.
Sin duda ha escuchado la palabra presión que se usa en relación con la sangre (presión arterial alta o baja) y en relación con el clima (sistemas meteorológicos de alta y baja presión). Estos son sólo dos de muchos ejemplos de presiones en fluidos. La presión\(P\) se define como
\[P=\frac{F}{A} \nonumber \]
donde\(F\) es una fuerza aplicada a un área\(A\) que es perpendicular a la fuerza.
Definición: PRESIÓN
La presión se define como la fuerza dividida por el área perpendicular a la fuerza sobre la que se aplica la fuerza, o
\[P=\frac{F}{A}. \nonumber\]
Una fuerza dada puede tener un efecto significativamente diferente dependiendo del área sobre la que se ejerza la fuerza, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). La unidad SI para presión es el pascal, donde
\[1 \mathrm{~Pa}=1 \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}. \nonumber \]
Además del pascal, existen muchas otras unidades de presión que son de uso común. En meteorología, la presión atmosférica a menudo se describe en unidades de milibar (mb), donde
\[100 \mathrm{mb}=1 \times 10^{5} \mathrm{~Pa}. \nonumber \]
Las libras por pulgada cuadrada todavía\(\left(\mathrm{lb} / \mathrm{in}^{2} \text { or } \mathrm{psi}\right)\) se utilizan a veces como medida de la presión de los neumáticos, y milímetros de mercurio (mm Hg) todavía se utilizan a menudo en la medición de la presión arterial. La presión se define para todos los estados de la materia, pero es particularmente importante cuando se habla de fluidos.
Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Calculating Force Exerted by the Air: What Force Does a Pressure Exert?
Un astronauta está trabajando fuera de la Estación Espacial Internacional donde la presión atmosférica es esencialmente cero. El manómetro de su tanque de aire lee\(6.90 \times 10^{6} \mathrm{~Pa}\). ¿Qué fuerza ejerce el aire dentro del tanque sobre el extremo plano del tanque cilíndrico, un disco de 0.150 m de diámetro?
Estrategia
Podemos encontrar la fuerza ejercida a partir de la definición de presión dada en\(P=\frac{F}{A}\), siempre que podamos encontrar el área sobre la que se\(A\) actúa.
Solución
Al reorganizar la definición de presión para resolver por la fuerza, vemos que
\[F=P A. \nonumber\]
Aquí,\(P\) se da la presión, al igual que el área del extremo del cilindro\(A\), dada por\(A=\pi r^{2}\). Así,
\ [\ begin {aligned}
F &=\ left (6.90\ times 10^ {6}\ mathrm {~N}/\ mathrm {m} ^ {2}\ right) (3.14) (0.0750\ mathrm {~m}) ^ {2}\\
&=1.22\ times 10^ {5}\ mathrm {~N}.
\ end {alineado}\ nonumber\]
Discusión
¡Guau! No es de extrañar que el tanque deba ser fuerte. Desde que encontramos\(F=P A\), vemos que la fuerza ejercida por una presión es directamente proporcional al área sobre la que se actúa así como a la presión misma.
La fuerza ejercida en el extremo del tanque es perpendicular a su superficie interior. Esta dirección se debe a que la fuerza es ejercida por un fluido estático o estacionario. Ya hemos visto que los fluidos no pueden soportar las fuerzas de cizallamiento (laterales); tampoco pueden ejercer fuerzas de cizallamiento. La presión del fluido no tiene dirección, siendo una cantidad escalar. Las fuerzas debidas a la presión tienen direcciones bien definidas: siempre se ejercen perpendiculares a cualquier superficie. (Ver el neumático en la Figura\(\PageIndex{2}\), por ejemplo.) Finalmente, tenga en cuenta que se ejerce presión sobre todas las superficies. Los nadadores, así como la llanta, sienten presión por todos lados. (Ver Figura\(\PageIndex{3}\).)
Resumen de la Sección
- La presión es la fuerza por unidad de área perpendicular sobre la cual se aplica la fuerza. En forma de ecuación, la presión se define como
\[P=\frac{F}{A}. \nonumber\]
- La unidad de presión SI es pascal y\(1 \mathrm{~Pa}=1 \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\).
Glosario
- presión
- la fuerza por unidad de área perpendicular a la fuerza, sobre la cual actúa la fuerza