Hidrostática – Presión y la Experiencia de Torricelli
La atmósfera terrestre está compuesta por varios gases que ejercen una presión sobre la superficie de la Tierra. Esa presión se denomina presión atmosférica, depende de la altitud del lugar, pues a medida que nos alejamos de la superficie del planeta el aire se vuelve cada vez más enrarecido y por tanto ejerce cada vez una presión menor.
El físico italiano Torricelli realizó una experiencia para determinar la presión atmosférica a nivel del mar. El utilizó un tubo de aproximadamente 1 metro de largo y lo llenó de mercurio (Hg) y tapó una de sus extremidades. Luego, colocó el tubo de pie y con el extremo tapado hacia abajo, dentro de un recipiente que también contenía mercurio.
Toriccelli observó que, luego de destapar el tubo, el nivel del mercurio descendió y se estabilizó en la posición correspondiente a 76 cm, restando el vacío en la parte vacía del tubo.
En la figura, las presiones en los puntos A y B son iguales (puntos en la misma horizontal y en el mismo líquido). La presión en el punto A corresponde la presión de la columna de mercurio dentro del tubo y la presión en el punto B corresponde a la presión atmosférica a nivel del mar.
pB = pA y pATM = ccolumna(Hg)
Como la columna de mercurio que equilibra la presión atmosférica es de 76 cm, decimos que la presión atmosférica a nivel del mar equivale a la presión de una columna de mercurio de 76 cm. Recordando que la presión de una columna de líquido está dada por dgh (g = 9,8 m/s2), tenemos por el Sistema Internacional:
Patm = 76cmHg = 760mmHg = 1,01×105 Pa
La mayor presión atmosférica es obtenida a nivel del mar (altitud nula). Para cualquier otro punto por encima del nivel del mar, la presión atmosférica es menor. La tabla a continuación presenta la variación de la presión atmosférica de acuerdo con la altitud.
| Altitud (m)
Presión Atmosférica (mmHg) |
Presión (mmHg) |
| 0760
1200 |
658 |
| 200742
1400 |
642 |
| 400724
1600 |
627 |
| 600707
1800 |
612 |
| 800690
2000 |
598 |
| 1000674
3000 |
527 |
Los manómetros (medidores de presión) utilizan la presión atmosférica como referencia midiendo la diferencia entre la presión del sistema y la presión atmosférica. Tales presiones se llaman “presiones manométricas”.
La presión manométrica de un sistema puede ser positiva o negativa, dependiendo de estar por encima o por debajo de la presión atmosférica. Cuando el manómetro mide una presión manométrica negativa, se llama manómetro de vacío.
Principio fundamental de la Hidrostática (Principio de Stevin)
La diferencia entre las presiones en dos puntos considerados en el seno de un líquido en equilibrio (presión en el punto más profundo y la presión en el punto menos profundo) vale el producto de la masa específica del líquido por el módulo de la aceleración de la gravedad del lugar donde es realizada la observación, por la diferencia entre las profundidades consideradas.
Simbólicamente:
A partir del Teorema de Stevin podemos concluir:
- La presión aumenta con la profundidad. Para puntos situados en la superficie libre, la presión correspondiente es igual a la ejercida por el gas o aire sobre ella. Si la superficie libre estuviese al aire atmosférico, la presión correspondiente será la presión atmosférica, patm.
En la figura a continuación se presenta el gráfico de la presión p en función de la profundidad de h
- Puntos situados en un mismo líquido y en una misma horizontal quedan sometidos a la misma presión
- La superficie libre de los líquidos en equilibrio es horizontal