Ciencias naturales básicas



Presión: unidades, equivalencias y ejemplos resueltos

Presión es la fuerza normal ejercida sobre un cuerpo por unidad de área. Por fuerza normal se entiende la fuerza o el componente de la fuerza ejercida de manera perpendicular a la superficie involucrada. Matemáticamente, esta relación se representa con la expresión:

\[P={F\over A}\]

En otras palabras, la fórmula anterior indica que la presión depende de la fuerza y del área. Por lo tanto, una fuerza pequeña puede generar una gran presión si se aplica sobre un área muy pequeña. Por eso afilamos los cuchillos y demás objetos corto-punzantes. Del mismo modo, una gran fuerza puede generar una presión pequeña si se aplica sobre un área grande. Esta es la razón por la cual la base de una pared es más ancha que ella y porque los edificios tienen bases amplias. Este concepto es de gran utilidad en muchos campos de la tecnología. Por ejemplo, en sistemas hidráulicos y neumáticos. Además, en ingenierías, en el campo de resistencia de materiales; en campos atmosféricos y climáticos; y en medicina entre otros.

Unidades de presión

En el sistema internacional, la unidad de fuerza es el Newton y la unidad de área es el metro cuadrado. Por lo tanto, las unidades de presión pueden darse en newton por metro cuadrado (N/m2). Sin embargo, a esta combinación de unidades se le conoce como pascal (Pa) (En honor a Blaise Pascal). Es decir, que un pascal es la presión equivalente a un newton por metro cuadrado. En las obras de ingeniería, por lo general, se usa esta unidad o sus múltiplos, por tratarse de presiones muy grandes.

Por otro lado, en el sistema inglés, la unidad es la libra por pulgada cuadrada (psi). Esta unidad se utiliza mucho en la industria. La presión del aire en los neumáticos se mide en psi y en esta unidad se calibran buena parte de los compresores.

 En el caso de la presión atmosférica, se utilizan unidades como la atmósfera o el torr por ser presiones muy pequeñas. Una atmósfera equivale a la presión ejercida por una columna de mercurio (Hg) de 76 centímetros sobre un metro cuadrado al nivel del mar. Un torr equivale a un milímetro de mercurio.

Instrumentos de medición

Otra unidad es el bar. De aquí viene el término barómetro, que es un instrumento para medir presiones atmosféricas. El primero de ellos fue desarrollado por Evangelista Torricelli. Sin embargo, el más utilizado hoy, es el barómetro aneroide.

Otros instrumentos para medir las presiones se denominan manómetros. El más común, es el manómetro de Bourdon. Consta de un tubo cerrado por uno de sus extremos, aplanado y enrollado en espiral. El otro extremo del tubo se conecta al recipiente del fluido que se quiere medir.

En el caso de la presión sanguínea, el aparato usado es el esfigmomanómetro, que funciona igual al manómetro pero reacciona a presiones mucho más pequeñas que se miden en milímetros de mercurio. Este instrumento fue inventado en el siglo XVIII. Sin embargo, el modelo actual corresponde a una versión del siglo XX.

Equivalencias entre unidades de presión

En la mayoría de los cálculos se utilizan las unidades del sistema internacional. Por lo tanto, es importante conocer la equivalencia de las diferentes unidades de presión con relación al pascal.

  • 1pascal = 1N/m2
  • 1 atmósfera = 1.013×105 pascales (Pa) = 760mmHg
  • 1 torr = 1mmHg = 133 pascales
  • 1bar = 105 pascales
  • 1 psi = 6.891×103 pascales

Ejercicios

Ejemplo de uso de la fórmula P=F/A:

La presión sobre una superficie de 0.75m2, es de 1200Pa. ¿Cuál es la fuerza aplicada sobre la superficie?

A partir de la fórmula:

\[P={F\over A}\]

Se despeja la fuerza:

\[F=P\times A\]

Entonces

\begin{eqnarray} F&=&1200Pa\times 0.75m^2\\ F&=&900N\\ \end{eqnarray}

En conclusión, la fuerza ejercida sobre la superficie es de 900 Newton

Ejemplo de conversión

En un momento dado, la presión atmosférica en Londres, es de 102100 pascales. ¿A cuántas atmósferas equivale dicho valor?

Para resolver este ejercicio, primero, se debe tener en cuenta la equivalencia entre atmósferas y pascales (1 atmósfera = 1.013×105 Pa). Se utiliza esta equivalencia como un factor de conversión que permita eliminar pascales y dejar la respuesta en atmósferas y, después de eso, se multiplica dicho factor, por la cantidad dada.

\begin{eqnarray} atm&=&102100Pa\times{1atm\over1.013\times10^5Pa}\\ atm&=&102100\times{1atm\over101300}\\ atm&=&{102100atm\over101300}\\ atm&=&1.0078atm\\ \end{eqnarray}

Entonces, 102100 pascales equivalen a 1.0078 atmosferas.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es presión? Escriba la fórmula para calcularla.
  2. ¿Para qué se afilan los cuchillos?
  3. ¿Por qué las bases de los edificios deben ser anchas?
  4. ¿En qué campos de la tecnología es de gran importancia el concepto de presión?
  5. ¿Cuál es la unidad de presión en el sistema internacional? Escriba su símbolo.
  6. ¿Cuál es la unidad de presión en el sistema inglés? Escriba su símbolo.
  7. ¿En qué unidades se mide la presión atmosférica?
  8. ¿Qué instrumentos se utilizan para medir la presión?
  9. ¿Quién desarrolló el primer barómetro?
  10. ¿Cómo está hecho el manómetro de Bourdon?
  11. ¿Cómo se llama el instrumento utilizado para medir la presión sanguínea?
  12. Escriba la equivalencia de las diferentes unidades de presión en relación al pascal
  13. Calcule la presión ejercida por un objeto cuyo peso es 40 newton si su área base es de 10 metros cuadrados
  14. Calcule la fuerza de un objeto cuya área base es de 12.5m2 si ejerce una presión de 200Pa
  15. ¿Cuál será el área base de un objeto si su peso es 1200N y ejerce una presión de 25000Pa?
  16. ¿A cuántos pascales equivalen 15 psi?
  17. ¿A cuántos pascales equivalen 2.75 bar?