Intentemos empujar la cabeza de un clavo en una tabla de madera y luego intentemos empujar el clavo con el extremo puntiagudo. ¿Que paso? El clavo con el extremo puntiagudo se introduce fácilmente en la tabla de madera. Ahora use un cuchillo afilado y sin filo para cortar las verduras. ¿Que paso? Un cuchillo afilado para cortar verduras fácilmente. En este ejemplo, se observa que el área sobre la que se aplica la fuerza (p. ej., el extremo puntiagudo del clavo y el cuchillo afilado) desempeña un papel en la facilitación de estas tareas. Los techos pueden ser arrastrados por fuertes vientos durante una tormenta o un ciclón debido a la variación en la presión del aire. ¿Existe un vínculo entre la fuerza, el área y la presión? Discutámoslo.
Presión
Al cortar una manzana, debemos usar el borde afilado del cuchillo en lugar del borde suave del cuchillo, ya que el borde afilado del cuchillo tiene un área de superficie más pequeña y requiere menos potencia con alta presión para cortar la manzana. Cuando clavamos un clavo en una tabla de madera, mantenemos el extremo puntiagudo del clavo al frente. El extremo puntiagudo de la uña tiene un área de superficie relativamente pequeña, lo que nos permite aplicar más presión con la misma cantidad de esfuerzo.
La presión es la fuerza por unidad de área aplicada en una dirección perpendicular a la superficie de un objeto.
La unidad SI de Presión es Pascal (Pa) .
La expresión para la presión se puede expresar como:
Presión = Fuerza / Área
o
PAG = F / A
De la expresión anterior, se observa que la presión es indirectamente proporcional al área, por lo que la presión disminuye cuando el área aumenta y la presión aumenta cuando el área disminuye. En la fórmula anterior, el área está en el denominador. Como resultado, para la misma fuerza, cuanto menor sea el área, mayor será la presión sobre una superficie.
Empujando un clavo en un tablón de madera
Un cuchillo afilado y desafilado para cortar verduras.
El extremo puntiagudo del clavo tiene un área de superficie sustancialmente más pequeña que su cabeza. Como resultado, la misma fuerza proporciona suficiente presión para clavar el extremo puntiagudo del clavo en la tabla de madera. El borde afilado del cuchillo tiene un área de superficie pequeña y la fuerza se ejerce con mucha presión para cortar las verduras.
Presión ejercida por Líquido y Gas
Los líquidos generan presión en las paredes del recipiente en el que se colocan. La presión que ejerce un líquido en el fondo de un recipiente es proporcional a la altura del líquido en el recipiente. El líquido ejerce una presión idéntica en varios puntos de las paredes del recipiente de la misma profundidad. De manera similar, los gases ejercen presión sobre las paredes del recipiente. Las moléculas de un gas con mayor energía cinética chocan contra las paredes con gran fuerza y, como resultado, estas moléculas ejercen presión sobre las paredes del recipiente.
La presión que ejerce el agua en el fondo del recipiente depende de la altura de su columna.
Consideremos la siguiente ilustración como:
- Tome un tubo de vidrio o un tubo de plástico que sea translúcido. La tubería/tubo tiene suficiente longitud y diámetro. Tome también una hoja delgada de goma de buena calidad, como un globo de goma. Sobre un extremo de la tubería, estire bien la lámina de goma. Mantenga una postura vertical para la tubería sujetándola por el medio y vierta un poco de agua en la tubería. El bulto en la lámina de goma aparece a medida que el agua se almacena en la tubería y el tamaño del bulto aumenta a medida que se vierte más agua en la tubería, es decir, la presión ejercida por el agua en el fondo del recipiente depende de la altura del agua.
Los líquidos ejercen la misma presión a la misma profundidad.
- Tome un recipiente cilíndrico o una botella de plástico vacía. Haz cuatro agujeros alrededor de la botella hacia el fondo. Mantenga todos los agujeros a la misma altura del suelo. Llene la botella hasta la mitad con agua. El agua que sale de los agujeros cae a la misma distancia de la botella, es decir, los líquidos ejercen la misma presión a la misma profundidad.
Presión atmosférica
La atmósfera es la envoltura de aire que nos rodea. El aire atmosférico se eleva cientos de kilómetros sobre la superficie terrestre. La presión ejercida por este aire se conoce como presión atmosférica.
Suponga que hay una unidad de área y un cilindro muy largo lleno de aire sobre él, el peso del aire en el cilindro es igual a la presión atmosférica. El peso del aire en una columna con un diámetro de 10 cm y un diámetro de 10 cm puede llegar a 1000 kg. Debido a que la presión dentro de nuestros cuerpos es igual a la presión atmosférica y cancela la presión del exterior, no somos aplastados por este peso.
Tome una ventosa de goma de alta calidad y tiene una estructura como una pequeña copa de goma. En una superficie horizontal lisa, presione suavemente. Cuando se presiona la ventosa, la mayor parte del aire atrapado entre su copa y la superficie se escapa. Debido a la presión de la atmósfera, la ventosa se adhiere a la superficie. La fuerza aplicada debe ser lo suficientemente grande como para superar la presión atmosférica con el fin de levantar la ventosa de la superficie. Ningún ser humano podría sacar la ventosa de la superficie si no hubiera aire entre la ventosa y la superficie.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Define presión y escribe su expresión?
Solución:
La presión se define como la fuerza que actúa por unidad de área de una superficie. Su unidad SI es Pascal.
La presión se puede expresar como
Presión = Fuerza / Área sobre la que actúa
Problema 2: ¿Por qué un cuchillo afilado para cortar verduras fácilmente?
Solución:
La presión es indirectamente proporcional al área, por lo tanto, la presión disminuye cuando el área aumenta y la presión aumenta cuando el área disminuye. Para la misma fuerza, cuanto menor sea el área, mayor será la presión sobre una superficie. El borde afilado del cuchillo tiene un área de superficie pequeña y la fuerza se ejerce con mucha presión para cortar las verduras.
Problema 3: ¿Cuál es la relación entre fuerza y presión?
Solución:
La expresión de la presión se puede expresar como
Presión = Fuerza / Área
De la expresión anterior se observa que la presión es directamente proporcional a la fuerza, es decir si la fuerza aumenta la presión también aumenta y si la fuerza disminuye la presión también disminuye.
Problema 4: Se aplica una fuerza de 100 N sobre un área de 4 m2. Calcule la presión que se aplica sobre el área.
Solución:
Dado,
La fuerza aplicada es de 100 N.
La superficie es de 4 m 2 .
La presión se puede expresar como
Presión = Fuerza / Área
Sustituye todos los valores,
Presión = (100 N) / (4 m2)
Presión =25pa.
Problema 5: ¿Qué fuerza es responsable del movimiento hacia abajo de los paracaídas? ¿Bajará con la misma velocidad sin el paracaídas?
Solución:
El movimiento hacia abajo de un paracaídas se debe a la fuerza de la gravedad. Sin paracaídas la velocidad será mayor.
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Artículo escrito por anoopraj758 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA