PRESSIÓ ATMOSFÈRICA: VALOR NORMAL, COM ES MESURA, EXEMPLES - FÍSICA - 2025

La pressió atmosfèrica és causada pel pes dels gasos que componen l'atmosfera sobre la superfície terrestre. S'estima que la massa de l'atmosfera és d'uns 5 x 10 ¹⁸ kg i tots els éssers vius estem subjectes a la pressió que aquesta massa exerceix.

El primer a mesurar-la va ser el científic italià Evangelista Torricelli (1608-1647). Ell va dur a terme en 1644 un experiment senzill però molt enginyós: va omplir completament un tub de vidre tancat per un extrem amb mercuri, ho va invertir i el va bolcar dins d'un recipient que també contenia mercuri.

Figura 1. Baròmetre aneroide per mesurar la pressió atmosfèrica, a diferència de el baròmetre de mercuri, aquest no conté líquid. Font: Wikimedia Commons.

Torricelli va observar que el tub no es buidava completament, sinó que quedava ple amb mercuri fins a una alçada de 76 cm. Sorprès, va fer moltes proves amb tubs de diferent manera, obtenint sempre el mateix resultat.

D'aquesta manera, Torricelli es va adonar que la pressió atmosfèrica elevava i mantenia la columna de mercuri a l'interior de l'tub a una alçada de 760 mm. D'aquesta manera s'estableix el valor mitjà de la pressió atmosfèrica.

Ja que la pressió es defineix com a força per unitat d'àrea, les unitats de la pressió atmosfèrica en el Sistema Internacional són newton / metro o pascal, que s'abreuja Pa. Així que en aquest sistema, la pressió atmosfèrica P _atm té un valor de:

Aquest és el valor normal de la pressió atmosfèrica a 0 ºC i a el nivell de la mar.

Pressió atmosfèrica a nivell de la mar i altres variacions

En teoria, el valor màxim de la pressió atmosfèrica es té just a el nivell de la mar. Encara que com hi ha tanta variabilitat en aquest nivell, els experts necessiten fixar algun sistema de referència que els ajudi a determinar el seu valor.

A continuació els principals factors que afecten el valor de la pressió atmosfèrica en un determinat lloc de la Terra:

-Altitud: per cada 10 metres d'altura, la pressió disminueix a 1 mm de Hg. Però també passa que la densitat de gas que compon l'atmosfera no és constant. En principi, a mesura que augmenta l'altitud, la densitat de l'aire disminueix.

Figura 2. Altímetre, un instrument que mesura l'altitud sobre el nivell de la mar basant-se en canvis de pressió. Font: Pixabay.

- Temperatura: evidentment a major temperatura la densitat disminueix i l'aire pesa menys, per tant, el valor de la pressió disminueix.

- Latitud: la pressió atmosfèrica és menor en les latituds equatorials, a causa de que la Terra no és una esfera perfecta. La costa a nivell de l'equador està més allunyada de centre de la Terra que els pols i allí la densitat de l'aire també és menor.

- Continentalitat: com més es desplaça cap a l'interior dels continents, més gran és la pressió atmosfèrica, mentre que en llocs costaners, la pressió és menor.

Variació de la pressió atmosfèrica amb l'altura

L'equació altimètrica que relaciona la pressió atmosfèrica P d'un lloc amb la seva altura z sobre el nivell de la mar, té aquesta forma:

Aquí P _o és la pressió existent a l'altura inicial o de referència, que normalment es pren a nivell de la mar, ρ _o la densitat de l'aire a el nivell de la mar i g el valor de l'acceleració de la gravetat. Més endavant, a la secció d'exercicis resolts està la deducció pas a pas.

Com es mesura la pressió atmosfèrica?

La pressió atmosfèrica es mesura amb el baròmetre. El més simple és com el que Torricelli va construir, a força mercuri. La inclinació de l'tub o el diàmetre no alteren l'altura de la columna de mercuri, llevat que els factors climatològics s'encarreguin de fer-ho.

Per exemple, els núvols es formen en regions de baixa pressió. Així que quan la lectura de l'baròmetre disminueix, és indici que s'acosta el mal temps.

En realitat altres líquids podrien utilitzar-se també en lloc de el mercuri, per exemple es pot fer un baròmetre d'aigua. El problema és que la mida de la columna és de 10,33 m, molt poc pràctic per a ser transportat.

També hi ha els instruments que mesuren la pressió en forma mecànica -mitjançant deformacions en tubs o espirales-: els baròmetres aneroides i els manòmetres. Poden mesurar la diferència de pressió entre dos punts o també mesurar una pressió prenent la pressió atmosfèrica com a referència.

Les unitats de la pressió

El valor de la pressió normal serveix per definir una nova unitat de pressió: l'atmosfera, abreujada atm. La pressió atmosfèrica val 1 atm; d'aquesta manera altres pressions es poden expressar en termes de la pressió atmosfèrica, que és un valor molt familiar per a tots:

La següent taula mostra les unitats més utilitzades en ciència i enginyeria per a mesurar la pressió, i la corresponent equivalència en pascal:

unitat	Equivalència en pascal
N / m 2	1
atm	101.355
mmHg	133,3
lb / plg 2	6.894,76
bar	1x 10 5

Pressió hidrostàtica, absoluta i manomètrica

Sobre la superfície lliure d'un líquid en equilibri estàtic i obert a l'atmosfera, actua la pressió atmosfèrica. Però en els punts interiors de el líquid, per descomptat actua el pes de la columna de fluid.

El pes de la columna depèn de la seva alçada i de la densitat de el líquid, a la qual suposarem constant, a l'igual que la temperatura. En aquest cas la pressió P és:

Aquesta és la pressió hidrostàtica en qualsevol punt a l'interior d'un fluid amb densitat constant i és directament proporcional a la profunditat z de el fluid.

Pel que fa a la pressió absoluta P _abs en un fluid en repòs, es defineix com la suma de la pressió atmosfèrica P _atm i la pressió hidrostàtica P:

Finalment, la pressió manomètrica P _man en un fluid en repòs és la diferència entre la pressió absoluta i l'atmosfèrica i en aquest cas equival a mesurar la pressió hidrostàtica:

exemples

La força que l'atmosfera exerceix sobre el cos

Es pot estimar la magnitud de la força total exercida per l'atmosfera sobre un cos humà. Suposem que el cos té aproximadament una superfície de 2 m ², ja que la pressió es defineix com a força per unitat d'àrea, podem aclarir i calcular la força:

Per a aquest càlcul farem servir el valor normal de la pressió atmosfèrica que es va establir a l'començament:

Aquest resultat equival a més o menys 20 tones de força, però no representa un problema per als éssers vius que habiten a la superfície de la Terra, els qui estan adaptats a això, a l'igual que els peixos al mar.

Tot i que és una força prou gran. Com és que no col·lapsem davant seu?

Bé, la pressió de l'interior de el cos és igual a la pressió exterior. No col·lapsem perquè la força cap a dins s'equilibra amb una altra força cap a fora. Però algunes persones són afectades per l'altitud i poden sagnar pel nas quan escalen muntanyes molt altes. Es deu al fet que s'ha alterat l'equilibri entre la pressió sanguínia i la pressió atmosfèrica.

Xuclar begudes amb un popote o palleta

La pressió atmosfèrica fa possible beure soda amb un popote o cigarret. Els sumeris i altres cultures antigues havien descobert que podien beure cervesa usant tiges o joncs buits de plantes a manera de sorbets.

Molt més tard, a finals de segle XIX i començament de la XX es van patentar a Estats Units diversos models de palletes, incloent les que porten un colze en forma d'acordió, molt utilitzades avui dia.

Figura 3. La pressió atmosfèrica permet xuclar amb palleta o popote. Font: Pixabay.

Funcionen d'aquesta manera: a mesura que es absorbeix el líquid pel popote, es redueix la pressió a dalt de el líquid en ell i això fa que la pressió de baix, que és més gran, impulsi el líquid cap amunt per beure-ho amb facilitat.

Per aquesta raó, després d'una extracció o una cirurgia dental, no és recomanable xuclar líquids d'aquesta manera, ja que la disminució de la pressió pot fer que la ferida s'obri i comenci a sagnar.

exercicis

- Exercici 1

Deduir l'equació altimètrica P (z):

-PO és la pressió al nivell de referència (nivell de la mar)

-z és l'altura

-ρ _o és la densitat de el fluid a el nivell de la mar

-g és el valor de l'acceleració de gravetat

solució

En primer lloc, sigui dp una pressió diferencial, que segons l'equació fonamental de la hidrostàtica s'expressa com:

El signe menys té en compte el fet que la pressió disminueix amb l'increment de z. També es suposarà que l'aire és un gas ideal, llavors la pressió i la densitat estan relacionades mitjançant:

Immediatament es substitueix la densitat per obtenir:

Ara bé, escriure la pressió d'aquesta manera suposa que es divideix l'atmosfera en capes d'altura dz, una mena de pila de pancakes, cadascuna amb pressió dp. D'aquesta manera s'obté una equació diferencial que es resol separant les variables pyz:

Seguidament s'integra a banda i banda, la qual cosa equival a sumar les contribucions de pressió fetes per cada capa. A la integral de l'esquerra es fa des d'una pressió P _o inicial, fins a una pressió P final. De la mateixa manera, a la integral de la dreta s'avalua des z _o fins z:

El següent és aclarir P mitjançant l'exponencial:

Finalment, si tant T com g es mantenen constants, ρ _o = (M / RT) P _o, llavors M / RT = ρ _o / p _o, ia més es pot fer z _o = 0. Ajuntant tot això:

- Exercici 2

Quin és el valor de la pressió atmosfèrica a La Paz, Bolívia situada a 3640 m sobre el nivell de la mar? Prengui com a densitat mitjana de l'aire el valor de 1,225 kg / m ³ a nivell de la mar.

solució

Simplement es substitueixen els valors numèrics donats en l'equació altimètrica:

En conclusió, resulta del voltant d'un 66% de la pressió normal.

referències

1. Figueroa, D. (2005). Sèrie: Física per a Ciències i Enginyeria. Volum 5. Fluids i Termodinàmica. Editat per Douglas Figueroa (USB).
2. Kirkpatrick, L. 2007. Física: Una mirada a l'món. 6ta Edició abreujada. Cengage Learning.
3. The Standard Atmosphere. Recuperat de: av8n.com
4. Universitat de Sevilla. Variació de la pressió atmosfèrica. Recuperat de: laplace.us.es.
5. Wikipedia. Equació hipsomètrica. Recuperat de: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Pressió atmosfèrica. Recuperat de: es.wikipedia.org.