Presión

La presión, denotada comúnmente como p o P, se define como la aplicación de una fuerza de forma perpendicular sobre una superficie, en donde esta fuerza es distribuida. Matemáticamente se define como el cociente entre la magnitud de la fuerza que está siendo ejercida de forma perpendicular sobre la superficie de estudio y el área de esta superficie.

La presión es una magnitud escalar, medida en términos de fuerza por unidad de superficie. En el sistema internacional (SI) su unidad de medida es el pascal (Pa), donde 1 Pa representa la presión ejercida por la aplicación de una fuerza de 1 N (newton) sobre una superficie de 1 metro cuadrado. En el sistema de medidas imperial y norteamericano se utiliza la psi (acrónimo de libra por pulgada cuadrada, en español).

Otra unidad de medida utilizada es el bar, equivalente a 100 000 Pa. Su uso está relacionado con aplicaciones industriales y de ingeniería, y cierta medida a la meteorología, aunque pocos servicios meteorológicos lo emplean. Otras unidades utilizadas en menor medida son el atm, equivalente a 101 325 Pa, y el milímetro de mercurio, que es aproximadamente igual a 133 Pa.

Tipos

• Presión atmosférica: Se define como la presión ejercida por el peso de una columna compuesta de aire con una base de 1 metro cuadrado y altura hipotética igual al espesor de la atmósfera. Como el espesor de la atmósfera varía con la locación geográfica, el valor de la presión atmosférica también lo hace.
  
  Existen además otros factores que inciden en el valor de la presión atmosférica: la altitud, lugares en una elevada altitud registran valores de presión atmosférica menores que aquellos a bajas altitudes, y la densidad del aire, el aire frío (más compacto) es más pesado que el aire cálido.
  
  La forma en que los centros meteorológicos parametrizan los valores de presión para el intercambio de información y poder así realizar pronósticos y otros estudios, es expresando sus mediciones en función de la presión a nivel medio del mar. Esto debido a que se asume que la altura de la superficie marina es independiente de la locación geográfica.
• Presión absoluta: La presión absoluta es aquella medida de la presión que se realiza tomando en cuenta la presión atmosférica, esto es; la suma entre la presión que ejerce un objeto o sistema y el valor de la presión atmosférica local.
• Presión manométrica o presión relativa: Puede definirse como la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica local, mostrado cuál es el aporte en el valor de la presión de un objeto o sistema. Puntualmente lo que se busca con esta medida de la presión es saber cuánto mayor a la presión atmosférica es la presión ejercida por el objeto o sistema.
  
• Presión ejercida por un líquido: La presión que ejerce un líquido se describe en función de que si este está en reposo o en movimiento. En el primer caso, el valor de la presión depende solo de la profundidad, cuanto más profundo se esté dentro de un volumen que contenga un fluido, mayor será el valor de la presión. Los valores de presión se calculan mediante la ecuación fundamental de la hidrostática.
  
  En el segundo caso, la presión ejercida por un fluido depende de velocidad de la circulación y de la cota, esto es: la altura que tiene con respecto al suelo. Los valores de presión en un sistema como este se llevan a cabo mediante el principio de Bernoulli.
  
• Presión ejercida por un gas: En la teoría cinética de gases, un gas es un compuesto de partículas que se desplazan de forma aleatoria y con un alto grado de libertad. Cuando un gas es atrapado en un contenedor, la presión en las paredes de este es el resultado de las constantes colisiones de estas partículas en las paredes.
  

Ejemplos

• Olla a presión: El fundamento para el diseño de la olla a presión es uno que relaciona la temperatura con la presión. Cuando el agua en el interior de la olla llegue a su punto de ebullición, el vapor de agua no podrá escapar debido a que la olla se encuentra herméticamente cerrada.
  
  Como consecuencia, el vapor de agua empezará a ejercer presión en las paredes de la olla y sobre la superficie del agua dentro de esta, impidiendo que el agua siga pasando a fase gaseosa a la misma temperatura.
  
  Así, el agua deberá de alcanzar temperaturas más altas para cambiar de estado. Con esto, los alimentos que se cuecen dentro de una olla a presión pueden estar listos más rápidamente y también tener una textura más suave.
• Presurización de la cabina de un avión: Los vuelos aéreos alrededor de los 10 km de altura se encuentran expuestos a una muy baja presión atmosférica. Allí los niveles de presión son inviables para mantener a una persona con vida; perdería el conocimiento y podría morir de ser expuesta a estas condiciones de forma prolongada, además de la escasa presencia de oxígeno.
  
  Para contrarrestar la baja presión, las cabinas de los aviones son presurizadas, esto es: reciben una inyección de aire comprimido. Como resultado se alcanza a simular la presión atmosférica a altitudes menores, aunque no exactamente al nivel de superficie, sino a una lo suficientemente cómoda.
• Diseño de vehículos submarinos: Al momento de diseñar un vehículo que debe movilizarse en zonas profundas, se debe tener en cuenta que este debe de soportar grandes presiones, de hecho, que el fondo de los océanos siga siendo misterioso es debido a la limitación de construir vehículos aptos a los valores de presión que se tienen allí.
  
  En 1960, submarino Trieste tripulado por Don Walsh y Jacques Piccard, descendió cerca de 10 911 metros en el océano Pacífico. El vehículo fue especialmente diseñado para descender a tales profundidades, de hecho fue diseñado por el padre de Piccard, Auguste Piccard. Uno de los motivos para detener el descenso fue él quiebre de una de las ventanillas de la nave por el efecto de la presión.

Relación entre la presión y la temperatura

La temperatura es definida como un parámetro del nivel de agitación en que se encuentran las partículas que componen cierto material. En el caso de los gases, dentro de la teoría cinética, la temperatura (el estado de agitación de las partículas que componen el gas) está relacionada con la velocidad con la que se desplazan. A mayor estado de agitación, más energía, y a mayor energía, mayor velocidad.

Cuando las partículas en el gas van a mayor velocidad, estas chocan en las paredes con mayor fuerza, elevando la presión. De forma opuesta, a menores temperaturas las partículas tienen menor energía para desplazarse, y con esto van a menor velocidad resultando una presión menor de parte del gas.

Esto también tiene un efecto en el volumen que contiene a un gas. A menor volumen, las partículas tienen menor espacio para desplazarse, resultando en colisiones más recurrentes en las paredes del contenedor derivando a un aumento de la presión.

Estas tres variables se relacionan en una ecuación llamada ecuación del gas ideal que se muestra a continuación:

Donde p es la presión del gas, T su temperatura y V su volumen. Los restantes términos de la ecuación son el número de moles n y la constante universal de los gases R; una constante desarrollada a partir de los datos experimentales del francés Victor Regnault.