Pressió, Fluids i Pressió Hidrostàtica: Conceptes i Fórmules

Pressió: Definició i Fórmula

La pressió mesura l'efecte deformador d'una força. La pressió (P) exercida per una força (F) sobre una superfície (S) és igual al quocient entre la intensitat de la força i la superfície:

P = F / S

La pressió és directament proporcional a la força aplicada i inversament proporcional a la superfície sobre la qual s'aplica. Això vol dir:

• Si augmenta o disminueix la força (F), augmenta o disminueix la pressió (P).
• Si augmenta la superfície (S), disminueix la pressió (P), i si disminueix la superfície (S), augmenta la pressió (P).

L'efecte deformador de la força (F) depèn de la seva intensitat i de la superfície (S) sobre la qual actua.

La unitat de pressió (P) en el Sistema Internacional (SI) és el Pascal (Pa).

1 Pa = 1 N/m²
1 bar = 100.000 Pa
1 mil·libar = 100 Pa
1 atm (atmosfera) = 101.300 Pa

Fluids: Teoria Cinètica i Estats

Els fluids són sistemes materials formats per partícules que es mouen lliurement les unes respecte a les altres. Exemples: líquids i gasos.

La teoria cinètica de la matèria ho explica (Exemple: xeringa amb aigua i aire). Segons aquesta teoria, totes les substàncies estan formades per partícules.

Estats de la Matèria

• Sòlids: Les partícules es troben molt properes entre elles i unides per fortes forces d'atracció. Per això no es mouen, només vibren. Els sòlids no canvien de forma ni volum, i no es poden comprimir.
• Líquids: Les partícules no estan unides les unes amb les altres amb tanta força i tenen la capacitat de fluir sense separar-se. Canvien de forma adaptant-se al recipient, però el seu volum gairebé no varia (són pràcticament incompressibles).
• Gasos: Les partícules s'atreuen molt dèbilment i poden separar-se molt les unes de les altres. Tenen la capacitat de moure's lliurement i a l'atzar, ocupant tot l'espai disponible. Els gasos es poden comprimir i expandir fàcilment.

Pressió Hidrostàtica i Empenta

La pressió hidrostàtica és la pressió exercida per un fluid (líquid o gas) a causa del seu pes.

Les forces exercides pel pes d'un fluid són perpendiculars a les superfícies dels cossos que els contenen.

• Qualsevol cos submergit en un líquid estarà sotmès també a aquestes forces.
• Aquestes forces seran més grans a mesura que el cos estigui a més profunditat.

Força que fa el líquid (pes): F = Pes = m · g

Pressió hidroestàtica a una profunditat h: P = densitat del fluid · altura (h) · g

Força d'empenyiment (Principi d'Arquimedes): És la força vertical cap amunt que experimenta un cos submergit en un fluid.

Empenta (E) = Pes real - Pes aparent

E = densitat del líquid · g · Volum submergit (V)

Si el Pes del cos > Empenta (P > E), aleshores la densitat del cos > densitat del fluid (d_cos > d_fluid) i el cos s'enfonsa.

Principi de Pascal i Aplicacions

Blaise Pascal va estudiar la pressió en els líquids i va enunciar el que coneixem com a principi de Pascal, que diu que la pressió exercida en un punt d'un líquid confinat es transmet íntegrament en totes les direccions i a tots els punts del líquid.

Vasos Comunicants

Els vasos comunicants són un conjunt format per dos o més recipients que es comuniquen entre ells per la base i que contenen un líquid. En equilibri, el líquid arriba a la mateixa altura en tots els recipients, independentment de la seva forma.

Una aplicació important del principi de Pascal és la premsa hidràulica:

F₁ / S₁ = F₂ / S₂

D'on es dedueix que la força obtinguda (F₂) és:

F₂ = F₁ x (S₂ / S₁)

Pressió Atmosfèrica: Mesura i Variacions

La pressió atmosfèrica és la pressió exercida per l'aire de l'atmosfera sobre la superfície terrestre.

Equivalències comunes:

1 atm = 760 mm de Hg = 101.300 Pa

Mesura de la Pressió

• Manòmetres: S'utilitzen per mesurar la pressió dels gasos tancats en recipients.
• Baròmetres: Serveixen per mesurar la pressió atmosfèrica (poden ser metàl·lics o de mercuri).

Variacions de la Pressió Atmosfèrica

El valor de la pressió atmosfèrica (PA) experimenta canvis que depenen de diversos factors, principalment:

• Altitud: A més altura sobre el nivell del mar, menor és la columna d'aire a sobre, i per tant, menor pressió atmosfèrica. A menor altura, major pressió.
• Temperatura: L'aire calent és menys dens que l'aire fred. Per tant, a major temperatura, generalment hi ha menor pressió atmosfèrica (baixes pressions), i a menor temperatura, major pressió (altes pressions).