Presión

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.
  • 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.

  • 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:

bold italic p subíndice bold italic a negrita igual negrita 1 negrita espacio negrita atmósfera negrita espacio negrita paréntesis izquierdo negrita atm negrita paréntesis derecho negrita igual negrita 101325 negrita espacio negrita pascal negrita espacio negrita paréntesis izquierdo negrita Pa negrita paréntesis derecho negrita igual negrita 1 negrita coma negrita 013 negrita espacio negrita bar negrita igual negrita 760 negrita espacio negrita mmHg

  • 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.

¿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:

bold italic p negrita igual fracción negrita Fuerza entre negrita Área negrita igual fracción negrita F entre negrita A

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:

negrita p negrita igual fracción negrita F entre negrita A negrita igual fracción numerador negrita paréntesis izquierdo negrita 5 negrita espacio negrita kg negrita espacio negrita multiplicación en cruz negrita 9 negrita coma negrita 8 negrita espacio negrita N negrita dividido por negrita kg negrita paréntesis derecho entre denominador negrita 0 negrita coma negrita 2 negrita espacio negrita m elevado a negrita 2 fin fracción negrita igual negrita 245 negrita espacio negrita N negrita dividido por negrita m elevado a negrita 2 negrita igual negrita 245 negrita espacio negrita Pa

la misma pirámide truncada, colocada sobre su base menor igual a 5 cm2, tiene una presión de:

negrita p negrita igual fracción negrita F entre negrita A negrita igual fracción numerador negrita paréntesis izquierdo negrita 5 negrita espacio negrita kg negrita espacio negrita multiplicación en cruz negrita 9 negrita coma negrita 8 negrita espacio negrita N negrita dividido por negrita kg negrita paréntesis derecho entre denominador negrita 0 negrita coma negrita 05 negrita espacio negrita m elevado a negrita 2 fin fracción negrita igual negrita 980 negrita espacio negrita N negrita dividido por negrita m elevado a negrita 2 negrita igual negrita 980 negrita espacio negrita Pa

Presión de gases

Cuando queremos calcular la presión de un gas dentro de un recipiente usamos la siguiente fórmula:

estilo tamaño 16px bold italic p negrita igual fracción numerador negrita n negrita R negrita T entre denominador negrita V fin fracción fin estilo

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.

Presión en los fluidos

Los líquidos también tienen una presión, en cuyo caso usamos la fórmula:

estilo tamaño 16px bold italic p negrita igual fracción numerador negrita E negrita n negrita e negrita r negrita g negrita í negrita a entre denominador negrita V negrita o negrita l negrita u negrita m negrita e negrita n fin fracción negrita igual fracción numerador negrita m negrita g negrita h entre denominador negrita V fin fracción negrita igual bold italic rho bold italic g bold italic h fin estilo

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.

¿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:

bold italic p negrita igual fracción negrita F entre negrita A

El valor de la fuerza es el peso expresado en newtons:

estilo tamaño 16px negrita Fuerza negrita igual negrita 80 negrita espacio negrita kg negrita espacio negrita x negrita espacio negrita 9 negrita coma negrita 8 negrita espacio negrita N negrita igual negrita espacio negrita 784 negrita espacio negrita N fin estilo

El valor de área se expresa en m2:

estilo tamaño 16px negrita 200 negrita espacio tachado diagonal hacia arriba negrita cm elevado a negrita 2 fin tachado negrita espacio negrita x negrita espacio fracción numerador negrita 1 negrita espacio negrita m elevado a negrita 2 entre denominador negrita 10000 negrita espacio tachado diagonal hacia arriba negrita cm elevado a negrita 2 fin tachado fin fracción negrita igual negrita 0 negrita coma negrita 02 negrita espacio negrita m elevado a negrita 2 fin estilo

Sustituimos los valores de fuerza y área en la fórmula de presión:

estilo tamaño 16px bold italic p negrita igual fracción negrita F entre negrita A negrita igual fracción numerador negrita 784 negrita espacio negrita N entre denominador negrita 0 negrita coma negrita 02 negrita espacio negrita m elevado a negrita 2 fin fracción negrita igual negrita 39200 negrita espacio negrita N negrita dividido por negrita m elevado a negrita 2 negrita igual negrita 3 negrita coma negrita 92 negrita espacio negrita x negrita espacio negrita 10 elevado a negrita 4 negrita espacio negrita Pa fin estilo

Convertimos el valor de Pa en atm:

estilo tamaño 16px negrita 3 negrita coma negrita 92 negrita espacio negrita x negrita espacio negrita 10 elevado a negrita 4 negrita espacio negrita Pa negrita espacio negrita x fracción numerador negrita 1 negrita espacio negrita atm entre denominador negrita 1 negrita coma negrita 0132 negrita espacio negrita x negrita espacio negrita 10 elevado a negrita 5 negrita espacio negrita Pa fin fracción negrita igual negrita 0 negrita coma negrita 386 negrita espacio negrita atm fin estilo

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:

estilo tamaño 16px bold italic F negrita igual bold italic p negrita. bold italic A negrita igual negrita espacio negrita paréntesis izquierdo bold italic rho bold italic g bold italic h negrita paréntesis derecho bold italic A fin estilo

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:

Error converting from MathML to accessible text.

estilo tamaño 16px bold italic F negrita igual negrita paréntesis izquierdo negrita 1025 negrita espacio bold italic k bold italic g negrita dividido por bold italic m elevado a negrita 3 negrita. negrita espacio negrita 9 negrita coma negrita 8 negrita espacio bold italic m negrita dividido por bold italic s elevado a negrita 2 negrita. negrita espacio negrita 100 negrita espacio bold italic m negrita paréntesis derecho negrita espacio negrita 0 negrita coma negrita 0314 negrita espacio bold italic m elevado a negrita 2 bold italic F negrita igual negrita 31541 negrita coma negrita 3 negrita espacio negrita N fin estilo

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.