PRESIÓN

La presión se define como una fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de área. Se habla de presión solo cuando se trata de gas o líquido, mientras que la contraparte de la presión (la presión en los sólidos es el esfuerzo normal). Puesto que la presión se define como la fuerza por unidad de área,  tiene como unidad los newtons por metro cuadrado (N/m²), también conocida como pascal.

1 Pa = 1 N/m²  

Otras tres unidades de presión de uso extendido, principalmente en Europa, son bar, atmosfera estándar y kilogramo fuerza por centímetro cuadrado:

1 bar = 10⁵ Pa

1 atm = 101 325 Pa = 1.01325 bars = 14.696 psi

1 kgf/cm²  = 9.807 x 10⁴ N/m² = 0.9807 bar = 0.9679 atm

La presion real en una determinada posicion  se llama presion absoluta, y se mide respecto al vacio absoluto (es decir, presion cero absoluta). Sin embargo, la mayor parte de los dispositivos para medir presion se calibran a cero en la atmosfera, por lo que indican la diferencia entre la presion absoluta y la atmosferica local; esta diferencia es la presion manometrica. Las presiones por debajo de la atmosferica se conocen como presiones de vacio y se miden mediante medidores de vacio que indican la diferencia de entre las presiones atmosferica y absoluta. Las presiones absoluta, manometrica y de vacio son todas positivas y se relacionan entre si mediante:

P_manometrica = P_abs – _Patm

P_vacio = P_atm – P_abs

La presion es la fuerza compresiva por unidad de area y da la impresión de ser un vector. Sin embargo, la presion en cualquien punto de un fluido es la misma en todas direcciones, es decir tiene magnitud pero no direccion especifica y por lo tanto es una cantidad escalar.

VARIACION DE LA PRESION CON LA PROFUNDIDAD

Es de esperar que la presion de un fluido en reposo no cambie en la direccion horizontal. Sin embargo, en la direccion vertical este no es el caso en un campo de gravedad. La presion de un fluido se incremente con la profundidad debido a que una mayor cantidad de este descansa sobre las capas mas profundas y el efecto de este “peso extra” en una capainferior se equilibra mediante un aumento de presión.

La presion de un fluido se incrementa de forma lineal con la profundidad.

Para distancias pequeñas a moderadas la variacion de la presion con el peso es insignificante para gases debido a su baja densidad. La presion en una habitacion llena de aire se puede suponer constante.

Si se considera que el punto 1 de la siguiente figura  esta sobre la superficie libre de un liquido abierto a la atmosfera, donde la presion es la presion atmosferica, entonses la presion a la profundidad h desde la superficie libre se convierte en:

P = Patm + ρgh                 Pman = ρgh

Los liquidos son en escencia sustancias no compresibles, por lo tanto la variación de la densidad con la profundidad es insignificante. Este también es el caso para  los gases cuando el cambio de elevación no es muy grande. La variación de densidad.

NOTA: La variación de densidad  de líquidos o gases  con la temperatura puede ser importante y necesitaría ser considerada cuando se desea obtener precisión alta.

La presión ejercida por un determinado fluido es la misma en todos los puntos de un plano horizontal, sin considerar la configuración geométrica, siempre y cuando los puntos estén interconectados por el mismo fluido.

Una consecuencia de la presión en un fluido que permanece constante en la dirección horizontal  es que la presión aplicada a un fluido confinado incrementa en la misma cantidad la presión en todas partes. A esto se le llama ley de Pascal, en honor a Blaise Pascal, quien también sabía que la fuerza ejercida por un fluido es proporcional al área superficial. Comprendió que dos cilindros hidráulicos de áreas diferentes podían ser conectados y que el más grande se podía usar para ejercer una fuerza proporcionalmente mayor que la aplicada al menor. La máquina de Pascal ha sido el origen de muchas invenciones como los frenos y ascensores hidráulicos. La relación de fuerza de salida a fuerza de entrada se determina como:

La relación de área A2/A1 se llama ventaja mecánica ideal. Por ejemplo, con un gato hidráulico que tiene una relación de área de pistón de A2/A1 = 10, una persona puede levantar un automóvil de 1000 kg al aplicar solo una fuerza de 100kgf (=981N).