Contenido
La presión, en física, es la fuerza dividida por unidad de área. La fuerza, a su vez, es la masa multiplicada por la aceleración. Esto explica por qué un aventurero de invierno está más seguro en hielo de grosor cuestionable si se acuesta en la superficie en lugar de estar de pie; la fuerza que ejerce sobre el hielo (su masa multiplicada por la aceleración hacia abajo debido a la gravedad) es la misma en ambos casos, pero si está acostado en lugar de estar parado sobre dos pies, esta fuerza se distribuye en un área mayor, bajando así presión ejercida sobre el hielo.
El ejemplo anterior trata de la presión estática, es decir, nada en este "problema" se está moviendo (¡y esperamos que siga así!). La presión dinámica es diferente, involucra el movimiento de objetos a través de fluidos, es decir, líquidos o gases, o el flujo de fluidos.
La ecuación de presión general
Como se señaló, la presión es la fuerza dividida por el área, y la fuerza es la masa multiplicada por la aceleración. Masa (metro), sin embargo, también se puede escribir como el producto de la densidad (ρ) y volumen (V), ya que la densidad es solo masa dividida por volumen. Es decir, desde ρ = metro/V, metro = ρV. Además, para figuras geométricas regulares, el volumen dividido por área simplemente produce altura.
Esto significa que para, por ejemplo, una columna de fluido en un cilindro, presión (PAGS) se puede expresar en las siguientes unidades estándar:
P = {mg above {1pt} A} = {ρVg above {1pt} A} = ρg {V above {1pt} A} = ρgh
Aquí, h es la profundidad debajo de la superficie del fluido. Esto revela que la presión a cualquier profundidad de fluido en realidad no depende de cuánto fluido hay; podrías estar en un tanque pequeño o en el océano, y la presión depende solo de la profundidad.
Presión dinámica
Los fluidos obviamente no solo se sientan en tanques; se mueven, a menudo bombeados a través de tuberías para ir de un lugar a otro. Los fluidos en movimiento ejercen presión sobre los objetos dentro de ellos al igual que los fluidos de pie, pero las variables cambian.
Es posible que haya escuchado que la energía total de un objeto es la suma de su energía cinética (la energía de su movimiento) y su energía potencial (la energía que "almacena" en la carga del resorte o que está muy por encima del suelo), y que esto el total permanece constante en sistemas cerrados. De manera similar, la presión total de un fluido es su presión estática, dada por la expresión ρgh derivado arriba, agregado a su presión dinámica, dada por la expresión (1/2) ρv2.
La ecuación de Bernoulli
La sección anterior es una derivación de una ecuación crítica en física, con implicaciones para cualquier cosa que se mueva a través de un fluido o experimente el flujo, incluyendo aviones, agua en un sistema de plomería o pelotas de béisbol. Formalmente es
P_ {total} = ρgh + {1 arriba {1pt} 2} ρv ^ 2Esto significa que si un fluido ingresa a un sistema a través de una tubería con un ancho dado y a una altura dada y sale del sistema a través de una tubería con un ancho diferente y a una altura diferente, la presión total del sistema aún puede permanecer constante.
Esta ecuación se basa en una serie de supuestos: que la densidad del fluido ρ no cambia, el flujo de fluido es constante y la fricción no es un factor. Incluso con estas restricciones, la ecuación es extraordinariamente útil. Por ejemplo, a partir de la ecuación de Bernoulli, puede determinar que cuando el agua abandona un conducto que tiene un diámetro menor que su punto de entrada, el agua viajará más rápido (lo que probablemente sea intuitivo; los ríos demuestran una mayor velocidad al pasar a través de canales estrechos ) y su presión a la velocidad más alta será menor (lo que probablemente no sea intuitivo). Estos resultados se derivan de la variación de la ecuación.
P_1 - P_2 = {1 arriba {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)Por lo tanto, si los términos son positivos y la velocidad de salida es mayor que la velocidad de entrada (es decir, v2 > v1), la presión de salida debe ser inferior a la presión de entrada (es decir, PAGS2 < PAGS1).