Entendiendo la Presión: Definición, Cálculo y Aplicaciones Prácticas

La presión se define como la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie específica. Esto significa que el ángulo entre el área de la superficie y la fuerza es de 90 grados. Se expresa como una relación, indicando que la presión es la distribución de la fuerza sobre un área dada. El impacto de la fuerza es menor en un área más grande pero se magnifica en un área más pequeña, resaltando la relación íntima entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la que actúa.

El desarrollo del concepto de presión estuvo vinculado a discusiones sobre la existencia del aire como una sustancia que ocupa espacio. Desde los antiguos filósofos griegos explorando las propiedades del aire hasta los experimentos de Torricelli revelando la presión atmosférica, el concepto evolucionó a través de la observación empírica y la teoría científica. Este trasfondo histórico es esencial para comprender cómo ha surgido y evolucionado la noción de presión a lo largo del tiempo.

La presión juega un papel crucial en varios aspectos de la vida diaria, desde la presión atmosférica que se ejerce sobre nosotros hasta la presión sanguínea que regula el flujo de sangre en nuestros cuerpos. Comprender cómo opera la presión en nuestro entorno no solo contribuye a la educación científica, sino que también mejora la calidad de vida y la salud. La presión se manifiesta en diferentes contextos y sustancias, mostrando sus diversas aplicaciones y su importancia vital.

A lo largo de la historia, el desarrollo de instrumentos para medir la presión ha sido crucial para profundizar nuestra comprensión de este concepto. Desde los primeros barómetros hasta los modernos sensores de presión utilizados en la industria e investigación, la instrumentación ha desempeñado un papel vital en el estudio y aplicación de la presión. Los avances tecnológicos han ampliado nuestra capacidad para comprender y manipular este fenómeno fundamental.

Antes de adentrarnos en la historia de la presión, es esencial adquirir las herramientas matemáticas necesarias. Demostrar fórmulas para calcular la presión basadas en masa y área, junto con ejercicios prácticos sobre conversiones utilizando tablas de conversión de unidades de presión, garantiza precisión en las manipulaciones matemáticas. Comprender estas herramientas matemáticas es fundamental para manipular la presión de manera efectiva.

La discusión comienza con la explicación de los axiomas como la base para argumentos matemáticos lógicos. El primer paso implica definir la presión como la relación entre la fuerza incidente y el área que afecta. El segundo axioma utilizado es la segunda ley de Newton en forma escalar, donde la fuerza es igual a la masa por la aceleración. Al reemplazar la fuerza en la definición de presión y la aceleración con la aceleración gravitatoria, se deriva una ecuación simple y elegante, facilitando la manipulación algebraica para resolver ejercicios que involucran presión, aceleración y masa.

La evolución de las unidades de presión ha sido influenciada por accidentes históricos, cambios conceptuales y descubrimientos científicos. Desde la introducción del mmHg de Torricelli hasta el impacto de la Revolución Industrial definiendo el bar, las unidades de presión reflejan accidentes históricos y desarrollos científicos imprevistos. Comprender y convertir datos de presión requiere precaución debido a la naturaleza compleja y dinámica de la comprensión de la presión moldeada por la evolución científica a lo largo del tiempo.

La tabla presenta equivalencias de unidades comunes de presión con respecto a la presión estándar de una atmósfera (1 ATM). Se incluyen unidades como kilopascales, milímetros de mercurio, bares, torres, libras por pulgada cuadrada y metros de columna de agua. Cada valor en la tabla representa la equivalencia de presión en la unidad respectiva con respecto a una atmósfera, ayudando en la conversión precisa entre diferentes unidades de presión en contextos científicos e industriales.

La elección de la atmósfera terrestre como la unidad estándar de presión es arbitraria, siguiendo las normas del Sistema Internacional de Unidades. Aunque el Pascal debería ser la unidad estándar, la practicidad llevó a la adopción de la atmósfera históricamente. Comprender la conversión entre unidades de presión es relativamente sencillo, con el ejemplo ilustrando la flexibilidad y conveniencia de cambiar entre unidades para estudios de presión.

Antes de comenzar los cálculos, el orador se prepara para la conversión de unidades haciendo referencia a los valores de 2.54 cm por pulgada y 0.4536 kg por libra. Estos valores son cruciales para convertir la masa dada de 130 libras al Sistema Internacional de Unidades.

En el proceso de análisis dimensional, el orador enfatiza la importancia de mantener las unidades a lo largo del cálculo. Al sustituir correctamente los valores y constantes dados, como 130 libras, 0.4536 kg y 9.8 m/s^2, el orador llega al resultado en pascales, que se puede convertir a kilopascales para mayor claridad.

El cálculo final de presión resulta en 1.8 * 10^6 pascales, que, al convertirse, equivale a 1.8 * 10^3 kilopascales. Esta precisión en el cálculo muestra la atención al detalle del hablante y la importancia de las cifras significativas en el resultado final.

Para convertir la presión de kilopascales a atmósferas y PSI, el hablante utiliza el factor de conversión de 1 atm = 101.325 kPa. Al aplicar este factor de conversión, la presión de 1.8 * 10^3 kilopascales puede convertirse con precisión a atmósferas y PSI para una comprensión completa.

El orador explica el proceso de conversión de unidades de presión, mencionando que las unidades de entrada pueden ser atmósferas o PSI. Los cálculos implican multiplicar valores y observar que los resultados están encadenados. Se proporciona un cálculo de ejemplo donde 1.8 * 10^3 dividido por 101.325 es igual a 17.7 atmósferas, redondeado a 18. Al multiplicar por 14.7 se obtiene el valor en psi como 2.6 * 10^2.

El orador discute el cálculo de la presión ejercida por las cuatro patas de una estantería en el suelo. Cada pata tiene una dimensión transversal de 3 por 4.1 cm. La masa total de la estantería y los libros es de 262 kg. Al considerar el área total de las patas y convertir las unidades a metros, la presión en pascales se calcula como 5.2 * 10^5.

El orador menciona explorar la historia de la presión, lo cual implica adentrarse en el concepto de aire como una sustancia. Sin embargo, esto se cubrirá en el próximo video. Se agradece a la audiencia por ver, se les anima a darle "me gusta", suscribirse y compartir el video para apoyar al canal.