Física: la ciencia de lo inmediato

Superciencia. Número 104

Aburrir con una clase de Física es un crimen.
Walter Lewin

Los fenómenos físicos son nuestro primer contacto con la realidad. Desde que nace el ser humano interacciona con una serie de fenómenos físicos como la presión, la temperatura, los impulsos nerviosos, las interacciones eléctricas, el movimiento, entre muchos más.

En esta ocasión analizaremos una de las muchas interacciones del ser humano con el mundo físico, y que la física nos ayuda a comprender para transformar nuestra realidad y moldearla a nuestro beneficio.

El estado gaseoso es un estado de agregación de la materia en el cual las moléculas están muy separadas, de tal forma que las fuerzas entre ellas son muy débiles, esto hace que los gases se expandan ocupando todo el volumen en el que están confinados ocasionando variaciones de presión.

El aire es una mezcla de gases muy importante para la vida, ya que de esta mezcla los organismos vivos toman el oxígeno, tan necesario para la actividad celular.

Contrario a la intuición, el aire tiene peso, es así como los habitantes de la superficie de nuestro planeta soportamos el peso de una columna de aire atmosférico. Como al nivel del mar la columna de aire es mayor, el peso del aire de esta columna es mayor. El peso del aire atmosférico origina una presión, llamada presión atmosférica:

Donde       es la presión

                 es la fuerza aplicada a una determinada área.

                 es la medida del área sobre la que actúa la fuerza.

Si consideramos que  es el peso de la columna de aire atmosférico, podemos expresar la presión como:

 donde  es el peso del aire.

Como el aire es un fluido, este permanece en constante movimiento ocasionando que en un mismo lugar varíe la presión atmosférica. De acuerdo al principio de Pascal, la presión se ejerce en todas direcciones.

Cuando en un lugar se acumulan grandes masas de aire, se origina una alta presión, la que impide la entrada de aire fresco o húmedo. La presión atmosférica es un factor muy importante que toman en cuenta quienes predicen el clima. Por el contrario, una zona de baja presión origina flujo de aire ocasionando una variación en el clima de la región... 

La presión absoluta es aquella que se determina sumando la presión atmosférica a la presión propia de un sistema encerrado 

Donde               es la presión absoluta.

                         es la presión atmosférica.

                       es el producto de la densidad la gravedad y la altura.

 

Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido, o si un fluido se encierra en un contenedor, se ocasiona una presión sobre el cuerpo llamada presión manométrica. La ecuación nos dice que la presión absoluta se obtiene sumando la presión atmosférica a la presión manométrica.

Al nivel del mar se alcanza la máxima presión atmosférica, esta es de 101 325 N/m2, como la presión de 1 N/m2 se le llama Pascal (Pa), la presión al nivel del mar es de 101 325 pascales. A esta presión se le denomina presión de una atmósfera y es la presión que sostiene a una columna de mercurio de 760 mm, por ello la presión también se mide en mm de Hg. Cada mm de Hg se le denomina 1 torr en honor al físico italiano Evangelista Torricelli, quien en la primera mitad del siglo XVII inventó el barómetro de mercurio, aparato para medir la presión.

El corazón es una bomba que transporta sangre a todo el cuerpo, este es un fluido muy importante ya que sirve de vehículo para transportar oxígeno de los pulmones a todo el cuerpo, y recoger bióxido de carbono del cuerpo y llevarlo a los pulmones para ser expulsado.

La sangre también transporta nutrientes del aparato digestivo a las células del organismo y recoge los desechos producto de la actividad de las células.

Es importante abordar significativamente el concepto de presión entre los estudiantes con el planteamiento de situaciones problemáticas como las siguientes:

La sección transversal de la arteria aorta de una persona es de 6 cm² y la presión media que ejerce la sangre bombeada por el corazón oscila entre 80 y 120 mm de Hg aproximadamente. ¿Qué ocurriría si un coágulo obstruye la mitad del área de la sección transversal de la aorta?

   1) Disminuye la presión                           2) Aumenta la presión

   3) La presión permanece constante          4) La sangre se detiene

 

Los neumáticos traseros de un automóvil están inflados a diferente presión ¿En cuál de ellos se observa mayor área de contacto con el piso, si el peso (W ) que soportan es el mismo?

 Fíjate en la expresión 

   1) El de mayor presión                 2) El de menor presión

   3) En cualquiera de los dos           4) Depende de la altura del automóvil

 

Carlos escala hasta el pico de un cerro que tiene una altura sobre el nivel del mar de 3700 m y Ramiro sube a un volcán de una altura de 5747 m. Si ambos deportistas hierven agua en la cima de ambas montañas, ¿Quién observa que el agua hierve a mayor temperatura?

La presión a 3700 m sobre el nivel del mar es aproximadamente 0.84 atmósferas y a 5747 m es 0.51 atmósferas.

 

Bibliografía

Hecht, E. (1980). Física en Perspectiva. EUA: Addison Wesley Iberoamericana.

Alonso, P y Pérez, J. A. (1996). Software Educativo En Física Dos. Programa de Informática Educativa. Monterrey: Secretaría de Educación de Nuevo León.