Presión: ¿Cómo se relaciona la presión en un líquido con la profundidad? (explicado con el diagrama)

Es posible que haya escuchado la palabra 'presión' que se usa en la conversación. ¿Qué es exactamente la presión? ¿Cómo se relaciona con la fuerza? Las siguientes actividades te ayudarán a entender esto.

Intenta cortar una manzana con el filo de un cuchillo. Usa toda la fuerza que puedas. ¿Es fácil? Ahora córtalo con el borde afilado. Observe cuánto más fácil es, o el hecho de que tiene que usar mucha menos fuerza. Encuentre un alfiler común romo e intente perforar una hoja (6 o 7 hojas) de papeles con él. Luego usa un alfiler con una punta afilada para hacer lo mismo. ¿Cuál es más fácil?

Presione el extremo romo de su lápiz en la palma de la mano. Ahora usa la misma fuerza para presionar el punto afilado en tu palma. ¿Qué duele más?

¿Por qué es más fácil perforar un fajo de papeles con un alfiler afilado que con un alfiler sin filo? La punta de la clavija afilada tiene un área mucho más pequeña que la de la clavija roma. Suponga que el área de la punta afilada es una y la de la punta roma es 10a. La fuerza (F) que aplica se concentra en el área pequeña de la punta afilada, mientras que se divide en el área más grande de la punta roma. La fuerza por unidad de área que actúa sobre el papel debajo de la punta afilada es F / a, mientras que debajo de la punta roma es F / (10a). Como F / a es diez veces mayor que F / (10a), el pin afilado atraviesa la hoja de papeles con mayor facilidad.

La cantidad F / a, o la fuerza por unidad de área, se llama presión.

Presión = fuerza / área

La unidad de presión SI es de Newton por metro cuadrado (N / m ² ):

Por lo tanto, si una fuerza de 10 N actúa sobre un área de 1 m ², la presión sería de 10 N / m ² .

Ejemplos cotidianos :

Entonces, ya sabe por qué los bordes cortantes de implementos como cuchillas, hachas y cuchillos están afilados y por qué los pines y agujas tienen puntas afiladas. Sin embargo, al igual que es deseable aumentar la presión en algunas situaciones, es necesario reducirla en otras. Imagina lo que sucedería si alguien que usa tacones de aguja intentara caminar sobre la arena o la nieve. El peso de todo el cuerpo actuando sobre un área pequeña daría lugar a una alta presión, haciendo que el pie se hunda en la arena o la nieve.

Esta es la razón por la que los esquís son largos y planos: al aumentar el área sobre la que actúa el peso del cuerpo, reducen la presión y ayudan al esquiador a deslizarse sobre la nieve. Del mismo modo, el hecho de que los camellos tengan pies grandes les ayuda a caminar sobre la arena. ¿Puedes adivinar por qué duele caminar sobre piedras o grava y por qué los porteadores colocan un rollo de tela en sus cabezas?

Presión ejercida por los líquidos:

Has leído que el peso de un cuerpo es la fuerza con que la tierra lo atrae. Un líquido también tiene masa y es atraído por la fuerza de la gravedad. Este peso, o fuerza, actúa hacia abajo sobre la base del recipiente que contiene el líquido. Así que la presión ejercida sobre la base del contenedor es el peso del líquido dividido por el área de la base. La siguiente actividad le dará una mejor idea de la presión ejercida por un líquido.

Perfore cuatro agujeros en el lado de una botella de plástico (o jarra). Pegue una tira de cinta adhesiva sobre los agujeros y llene la botella (o jarra) con agua. Coloque la botella en el borde de una mesa, con un recipiente en el piso debajo de ella. Retire la cinta y observe los cuatro chorros de agua que salen de la botella (o jarra). El chorro del agujero más bajo viajará más lejos. Si hace los cuatro orificios a la misma altura, los cuatro chorros viajarán a la misma distancia del contenedor.

El chorro de agua del orificio más bajo viaja más lejos porque la presión ejercida por la columna de agua es la más alta en este punto. Desde la distancia recorrida por los cuatro chorros, debería poder adivinar que la presión ejercida por el agua aumenta a medida que aumenta la profundidad.

Si pudiera imaginar que la botella tiene bases falsas en los cuatro niveles, A, B, C y D (siendo la base A la más alta), se daría cuenta de que el peso del agua que actúa sobre la base A es mucho menor que el que actúa sobre la base B, y así sucesivamente. Cuando se hacen cuatro orificios al mismo nivel de una botella, los chorros viajan a la misma distancia porque un líquido ejerce la misma presión en todas las direcciones a una profundidad particular.

Las dos cosas que debe recordar acerca de la presión ejercida por un líquido son las siguientes:

1. La presión ejercida por un líquido aumenta con la profundidad.

2. Un líquido ejerce la misma presión en todas las direcciones a una profundidad dada.

Medición de la presión del líquido:

Un manómetro es un instrumento usado para medir las diferencias de presión. Puede hacer un manómetro simple y usarlo para ver cómo la presión de un líquido cambia con la profundidad. Fije un tubo en U (tendrá que comprar uno, o pida prestado uno de su laboratorio) en una tabla como se muestra en la Figura 8.13 (a) y llene la mitad con agua. Verá que el nivel de agua es el mismo en ambos brazos del tubo en U. Este es tu manómetro. Deslice un extremo de un tubo de goma de 1 m sobre un extremo del tubo en U y coloque un embudo en el otro extremo del tubo de goma.

Estire un globo delgado sobre la boca del embudo y fíjelo con un hilo o una banda de goma. Si presiona el globo estirado con un dedo, el nivel de agua en el brazo A del tubo en U caerá y el nivel en el brazo B aumentará, como se muestra en la Figura 8.13 (b). La diferencia en las alturas del agua en los dos brazos es una medida de la presión que se aplica con el dedo.

Luego, baje el embudo lentamente en un cubo de agua, como se muestra en la Figura 8.13 (c). La diferencia entre las alturas de agua en los dos brazos de su manómetro aumentará a medida que el embudo se adentra en el cubo de agua. Esto demuestra que la presión aumenta con la profundidad de un líquido.

Si dobla el tubo de goma de modo que la cara del embudo esté vertical, como se muestra en la Figura 8.13 (d), y lo gire al mismo nivel de agua, la presión indicada por su manómetro permanecerá estable. Esto muestra que a una profundidad dada, la presión en un líquido es la misma en todas las direcciones.

Presión atmosférica:

Sabes que estamos rodeados por un manto de aire. Este aire tiene masa y es atraído por la fuerza de la gravedad. Entonces, ¿este aire no ejerce presión? Sí, lo hace, como te mostrará la siguiente actividad. Llene la mitad de una lata metálica vacía (puede usar una lata de refresco) con agua.

Caliéntalo hasta que hierva el agua. Retire la lata de la llama y cierre la tapa con fuerza. (En caso de que use una lata de refresco, puede usar cinta adhesiva para sellar la abertura). Coloque la lata debajo de un grifo y abra la llave (tenga cuidado al manipular la lata caliente). Cuando la lata se enfría, se aplasta. Si calentar una lata es molesto, vierta agua caliente en una botella de plástico y atornille la tapa. Luego vierta agua helada sobre la botella. La botella se aplastará.

¿Por qué se aplasta la lata (o botella)? Porque primero, el vapor del agua hirviendo expulsa el aire. Luego, cuando cierra la tapa y enfría la lata (o botella), el vapor se condensa, dejando espacio vacío. La presión del aire, que normalmente no se siente, actúa en todos los lados de la lata y la hace ceder.

¿Por qué un vacío no puede ceder normalmente? Debido a que está lleno de aire y la presión del aire en la superficie exterior de la lata está equilibrada por la presión del aire en su superficie interior. ¿Y por qué no sientes el peso de varios cientos de kilogramos de aire empujando hacia abajo (el peso de este aire es aproximadamente igual al de un elefante)? Esto se debe a que la presión dentro de su cuerpo es igual a la presión ejercida por el aire en la superficie externa de su cuerpo.

Consideremos algunos ejemplos más. ¿Por qué crees que un globo estalla cuando se bombea demasiado aire en él? A medida que bombea aire en un globo, aumenta la presión interna (que actúa sobre la pared del globo). Esto hace que el globo aumente de tamaño o volumen. Luego llega un momento en que el material del globo no puede estirarse más. Si aumenta la presión aún más bombeando más aire, el globo estalla.

Trate de empujar un vaso vacío (o jarra) en un cubo de agua. ¿Sientes una resistencia? Es la presión ejercida por el aire atrapado dentro del vaso (o taza). Sorprende a tus amigos con estas actividades y trata de explicarlas. Vea las Figuras 8.15 y 8.16 para sugerencias.

1. Llene un vaso con agua y cúbralo con un posavasos. Invertir el vidrio. La montaña rusa permanecerá pegada al vaso y el agua no se derramará.

2. Perfore un orificio cerca del fondo de una lata vacía y cubra el orificio con cinta adhesiva. Llene la lata con agua. Estire un globo sobre la boca de la lata. Sostenga la lata sobre un fregadero y retire la cinta que cubre el orificio. Cuando el agua sale del agujero, el globo es empujado hacia la lata.