Introducción a la Presión Atmosférica
Definición
La presión atmosférica es la fuerza que ejerce el peso del aire sobre la superficie de la Tierra. Se debe a la gravedad que atrae las moléculas de gases que componen la atmósfera hacia el centro de la Tierra. Esta presión es lo que mantiene la atmósfera unida y tiene implicaciones importantes en el clima, el tiempo meteorológico y las condiciones de vida en el planeta.
Unidades de Medida
La presión atmosférica se mide comúnmente en atmósferas (atm), milibares (mb), pascales (Pa) y milímetros de mercurio (mmHg). La presión estándar al nivel del mar es de aproximadamente 1013.25 mb, 101325 Pa, o 760 mmHg.
¿Cómo se Mide la Presión Atmosférica?
Barómetros
Los instrumentos usados para medir la presión atmosférica son los barómetros. Hay dos tipos principales:
- Barómetro de mercurio: Consiste en un tubo de vidrio invertido lleno de mercurio en un recipiente abierto de mercurio. La altura del mercurio en el tubo disminuye o aumenta con los cambios en la presión atmosférica.
- Barómetro aneroide: Utiliza una caja metálica pequeña y flexible llamada cápsula aneroide, que se expande o contrae con los cambios de presión.
Aplicaciones de las Medidas
Las mediciones de presión son cruciales para varias aplicaciones, incluyendo la predicción meteorológica y la calibración de altímetros utilizados en aviación.
Efectos y Aplicaciones de la Presión Atmosférica
Meteorología
La presión atmosférica influye directamente en el clima y el tiempo. Áreas de alta y baja presión dictan patrones de viento y son indicadores clave en la formación de tormentas y sistemas frontales.
Principio de Bernoulli
Este principio, que es fundamental en dinámica de fluidos, explica cómo la presión en un fluido (incluido el aire) disminuye a medida que la velocidad del fluido aumenta. Esto es crucial para entender el vuelo de aviones y el comportamiento del viento.
Vida Cotidiana
La presión atmosférica afecta actividades diarias; por ejemplo, afecta la cocción de alimentos en altitudes elevadas donde la presión es menor, haciendo que el agua hierva a temperaturas más bajas.
Experimentos para el Aula
- Construcción de un Barómetro Casero: Utiliza una lata, un globo y una pajilla para construir un simple barómetro aneroide y observar los cambios en la presión.
- Demostración del Principio de Bernoulli: Utiliza dos hojas de papel y sopla entre ellas para demostrar cómo se juntan debido a la disminución de la presión con el aumento de la velocidad del aire.
Conclusión
Entender la presión atmosférica es esencial no solo para la física, sino para nuestra interacción diaria con el ambiente. Los fenómenos meteorológicos, el diseño de máquinas voladoras y muchos aspectos de la vida diaria están influenciados por cambios en la presión atmosférica.
Esta unidad proporciona una base sólida para que los estudiantes entiendan cómo la atmósfera de la Tierra interactúa con todo lo que contiene, abriendo la puerta a estudios más avanzados en ciencias atmosféricas y física.
Principio de Bernoulli
- Diseño de la imagen: La imagen muestra un perfil de ala con flechas que indican la dirección del flujo de aire y áreas coloreadas que indican regiones de alta y baja presión. La parte superior del ala tiene flechas de mayor longitud, indicando mayor velocidad del aire, mientras que la parte inferior tiene flechas más cortas, indicando menor velocidad y, por tanto, mayor presión.
El principio de Bernoulli, formulado por Daniel Bernoulli en el siglo XVIII, es fundamental para entender cómo los aviones pueden volar. Este principio se centra en la relación entre la velocidad de un fluido y la presión ejercida por ese fluido.
"El principio de Bernoulli establece que en un flujo de fluido ideal (sin viscosidad ni conducción térmica), la presión en un fluido disminuye a medida que la velocidad del fluido aumenta. Es decir, si el fluido (en este caso, aire) se mueve más rápido, la presión que ejerce disminuye".
Aplicación en el Vuelo de los Aviones
Diseño del Ala (Aerodinámica)
Forma del Ala: Las alas de los aviones están diseñadas con un perfil aerodinámico específico, conocido como perfil alar. La parte superior del ala (el extradós) tiene una curvatura mayor que la parte inferior (el intradós). Esto significa que el aire tiene que recorrer una distancia mayor sobre el ala que por debajo.
Flujo de Aire: Cuando el avión avanza, el aire se divide y fluye tanto por encima como por debajo del ala. La forma del ala hace que el aire que fluye por encima se mueva más rápido que el que fluye por debajo.
Cambio en la Presión: Según el principio de Bernoulli, dado que el aire se mueve más rápido sobre el ala, la presión sobre el ala será menor que la presión bajo el ala. Esta diferencia de presión crea una fuerza hacia arriba conocida como sustentación.
Sustentación
La sustentación es la fuerza que permite que el avión se eleve y se mantenga en el aire. La magnitud de la sustentación debe ser suficiente para contrarrestar el peso del avión, permitiéndole ascender y descender controladamente. La sustentación depende de varios factores, incluyendo la velocidad del avión, la densidad del aire y el área y forma de las alas.
Unidades de Presión Atmosférica
La presión atmosférica, que es la fuerza que el aire ejerce sobre una superficie, se mide en varias unidades. Las más comunes son:
- Pascal (Pa): El pascal es la unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI). Se define como un newton por metro cuadrado (N/m²).
- Atmósfera (atm): Tradicionalmente utilizada en meteorología y ciencias de la tierra, una atmósfera estándar es aproximadamente igual a la presión ejercida por la columna de aire sobre la superficie terrestre al nivel del mar.
- Bar (bar): Comúnmente usado en meteorología, un bar es igual a 100,000 pascals.
- Torr o milímetro de mercurio (mmHg): Originada a partir del uso de mercurio en los barómetros, esta unidad es práctica en aplicaciones médicas y de laboratorio.
- Milibar (mb): Muy usada en informes meteorológicos, especialmente para la presión del aire; 1 mb es igual a 100 pascals.
Conversiones entre Unidades de Presión
Aquí hay algunas conversiones comunes entre estas unidades de presión:
1 bar = 100000 Pa = 1000 mb = 750.06 mmHg ≈ 0.987 atm
1 Pa = 0.01 mb = 0.00001 bar = 0.0075 mmHg ≈ 0.00000987 atm
Ejemplos de Conversión
Ejemplo 1: Convertir de atmósferas a pascals
Convertir 2 atm a Pa
Ejemplo 2: Convertir de mmHg a milibares
Convertir 500 mmHg a mb
Ejemplo 3: Convertir de pascals a bares
Convertir 50000 Pa a bares
Estos ejemplos y conversiones pueden son útiles para mostrar cómo manejar y convertir diferentes unidades de presión atmosférica, lo cual es crucial para la comprensión de fenómenos meteorológicos y estudios relacionados con la atmósfera.
Videos:
https://youtu.be/K1nfn3D99aE?si=0K1QG7SU489xg1Bf
TEOREMA DE BERNOULLI principio aerodinamico SUSTENTACION EXPLICACION ANIMADA
https://youtu.be/6oYkmAl0qnA
PRINCIPIO DE BERNOULLI│ Aplicación en diseños aerodinámicos│
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