Presión atmosférica

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Parte1

Físico Teórico - Experimental


Presión

La presión se define como la fuerza que se aplica en un área.

P =
F / A

Dónde.

P= Presión F= Fuerza A= Área

Presión atmosférica

Es un elemento termodinámico del clima, se trata de la presión que está ejerciendo el aire sobre toda la materia dentro de la atmósfera y varía respecto de la altura medida desde el nivel del mar.

Peso de aire

El valor medio de la presión atmosférica al nivel del mar es aproximadamente de 1 kg/cm 2, lo que significa que por cada centímetro cuadrado de superficie se ejerce una presión de un kilogramo. Sin embargo, el valor medio de la presión varía con la altura, de forma que es menor cuanto más altos nos encontremos. Así, en la cima del Everest alcanza un valor de tan sólo 0,316 kg/cm2.

Factores que influyen en el cambio de presión atmosférica [+]

Zonas de presión [+]

Evangelista Torricelli [+]

Barómetro [+]

Fórmula para calcular la presión con un manómetro diferencial tipo U [+]


Parte2

Digital


Sensor BMP180:

El sensor BMP180 es un sensor de presión atmosférica de alta precisión qué está diseñado para ser conectado directamente a un Arduino a través de I2C. Por esta razón es importante no intercambiar los pines a los cuales está conectado el sensor en el diagrama.

Realizar la medición de presión es sumamente sencillo, basta con iniciar la lectura, esperar el tiempo que dura la lectura y obtener dicho valor. Para su funcionamiento el sensor necesita la librería de “sparkfun BMP180”, la cual se instala desde el gestor de librerías, si no recuerdas cómo hacerlo regresa a la clase de temperatura donde se explica cómo instalar una librería.

Instrucciones básicas de la librería del sensor BMP180 [+]

Diagrama de conexión del sensor BMP180 al Arduino [+]

Código de funcionamiento [+]

Actividades Complementarias [+]

Modelos de color RGB [+]

LED RGB conectado con potenciómetros (Actividad complementaria) [+]

Salidad PWM [+]

LED RGB en Arduino (Actividad complementaria) [+]

Código de funcionamiento [+]


Parte1

Físico teórico - experimental


Presión

La presión se define como la fuerza que se aplica en un área.

P =
F / A

Dónde.

P= Presión F= Fuerza A= Área

Presión atmosférica

Es un elemento termodinámico del clima, se trata de la presión que está ejerciendo el aire sobre toda la materia dentro de la atmósfera y varía respecto de la altura medida desde el nivel del mar.

Peso de aire

El valor medio de la presión atmosférica al nivel del mar es aproximadamente de 1 kg/cm 2, lo que significa que por cada centímetro cuadrado de superficie se ejerce una presión de un kilogramo. Sin embargo, el valor medio de la presión varía con la altura, de forma que es menor cuanto más altos nos encontremos. Así, en la cima del Everest alcanza un valor de tan sólo 0,316 kg/cm2.

Factores en el cambio de presión atmosférica [+]

  • Altura sobre el nivel del mar.-conforme se va ganando altura en la atmósfera disminuye la densidad del aire por lo que menos masa ocupa el mismo espacio y por consecuencia dicha cantidad de masa está ejerciendo menor presión. Sí nos encontramos a nivel del mar estamos soportando mayor cantidad de aire, mientras que si nos encontramos en la cima de una montaña estaremos soportando menor cantidad de aire.
  • Temperatura del aire.- la temperatura puede cambiar algunas propiedades de las sustancias, en el caso del aire atmosférico si se aumenta su temperatura se expande y disminuye su densidad, por lo tanto si el aire no se encuentra confinado en un contenedor disminuye la presión que ejerce.
  • Distribución del aire en la Tierra.- en el planeta existe el movimiento de corrientes de aire (viento), las cuáles contienen características físicas tales como una velocidad determinada y una temperatura específica, dichas corrientes al encontrarse en movimiento pueden variar la presión de una zona al pasar por ella.

Zonas de presión [+]

  • Zona de alta presión.-también llamado anticiclones son un fenómeno atmosférico donde el viento circula en sentido de las manecillas del reloj en el hemisferio norte. El anticiclón por lo general, hace que el tiempo esté despejado, estable y sin que se registren lluvias. La presión atmosférica local resulta más elevada que la presión del aire de los alrededores. El aire realiza un movimiento descendente desde los estratos más altos de la atmósfera (aire frío) hacia la superficie terrestre, este fenómeno dificulta la formación de nubes, contribuyendo a un buen tiempo atmosférico, seco y con fuerte presencia del sol.
  • Zona de baja presión.-también llamada ciclón se origina en la zona de la atmósfera donde la presión es más baja que la presión de los alrededores, sucede cuando una masa de aire se calienta y asciende y su lugar es ocupado por aire frío de la troposfera superior, los vientos giran en sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio norte y cuando desciende el aire converge en el centro absorbiendo la temperatura de la zona formando nubes de distintos tipos hasta saturarse, creando así diferentes tipos de precipitación. Este sistema se asocia principalmente a precipitaciones torrenciales y mal tiempo atmosférico.

Evangelista Torricelli [+]

Nació en Faenza Italia en 1608, murió en Florencia en 1647. Fue un físico y matemático italiano, se le atribuye la invención del barómetro de mercurio, sus aportaciones a la geometría fueron determinantes en el desarrollo del cálculo integral.

Tras muchas observaciones, concluyó que las variaciones en la altura de la columna de mercurio se deben a cambios en la presión atmosférica. Nunca llegó a publicar estas conclusiones, dado que se entregó de lleno al estudio de la matemática pura, incluyendo en su labor cálculos sobre la cicloide y otras figuras geométricas complejas.

En su obra Opera geometrica, publicada en 1644, expuso también sus hallazgos sobre fenómenos de mecánica de fluidos y sobre el movimiento de proyectiles.

Barómetro [+]

Instrumento que mide la presión atmosférica, está hecho de mercurio, formado por una columna de líquido encerrada en un tubo cuya parte superior está cerrada y con un vacío estable, el peso de la columna de líquido compensa exactamente el peso del aire atmosférico, variando así la longitud de la columna de mercurio cuando varía la presión de la atmósfera.

Antecedentes del barómetro

Los mineros en la época de Torricelli, se encontraban con el problema de que las bombas de agua no podían extraer agua por encima de diez metros de su nivel natural. Esas bombas era sabido que generaban un vacío parcial que el agua ascendente llenaba, pero la fuerza de ese canal tenía sus límites. En 1643 Torricelli, hizo su investigación, y fue cuando descubrió que el agua no ascendía atraída por este vacío, sino que era la presión normal del aire la que provocaba que subiera. Para comprobar su teoría, utilizó mercurio: como era sabido la densidad de éste es 13.5 veces mayor que la del agua, por lo que esta presión del aire debería poder levantar sólo 1/13.5 veces la altura del agua; es decir, aplicado sobre 10 metros del agua, nos daría algo más de 75 centímetros en el caso del mercurio. Para ello llenó un tubo de vidrio de 1.80 metros de longitud con mercurio, tapó el tubo y le dio la vuelta sumergiéndolo en un recipiente mayor con mercurio; entonces retiró el tapón del tubo, y pudo observar que de él escapaba parte del mercurio, pero se quedaba 76.2 centímetros de longitud, corroborando de esa forma lo que él suponía que sucedería. Además pudo comprobar que esa medición variaba de unos días a otros, por lo que interpretó que la atmósfera tenía presiones variables en el tiempo.

Este instrumento que sirvió para calcular la presión atmosférica, se le conoce como Barómetro de Torricelli. La palabra barómetro proviene del griego baros, que significa peso, y métron, que es medida. Este aparato realiza la medida a través de un tubo de 76 centímetros de mercurio, además obtuvo la presión con la que el aire presiona actúa sobre cada punto de superficie, 1033 g/cm2:

Un centímetro cúbico de mercurio equivale a 13,59 g/cm3 , si a esto lo multiplicamos por la altura del tubo, 76 centímetros:

13.59 g/cm3 * 76 cm = 1033 g/cm2

De aquí surge la unidad para medir presiones en “atmósferas”, de tal manera que su equivalente es:

1 atmósfera = 1.033 gramos de aire

Fórmula para calcular la presión con un manómetro diferencial tipo U [+]

Sabiendo la densidad de un fluido (agua = 1000 kg/m3), la aceleración de la gravedad media de la Tierra a esa altitud (9.81 m/s2 a nivel del mar) y generando una diferencia de alturas en un fluido (agua), se puede conocer la presión que se está ejerciendo sobre un cuerpo.

P = (d) (g) (h)

Dónde:

P = presión

d = densidad del fluido

g = aceleración de la gravedad

h = diferencia de alturas del manómetro diferencial tipo “U”


Parte2

Digital


Sensor BMP180:

El sensor BMP180 es un sensor de presión atmosférica de alta precisión qué está diseñado para ser conectado directamente a un Arduino a través de I2C. Por esta razón es importante no intercambiar los pines a los cuales está conectado el sensor en el diagrama.

Realizar la medición de presión es sumamente sencillo, basta con iniciar la lectura, esperar el tiempo que dura la lectura y obtener dicho valor. Para su funcionamiento el sensor necesita la librería de “sparkfun BMP180”, la cual se instala desde el gestor de librerías, si no recuerdas cómo hacerlo regresa a la clase de temperatura donde se explica cómo instalar una librería.

Instrucciones básicas de la librería del sensor BMP180 [+]

Diagrama de conexión del sensor BMP180 al Arduino [+]

Código de funcionamiento [+]

Actividades Complementarias [+]

Modelos de color RGB [+]

LED RGB conectado con potenciómetros (Actividad complementaria) [+]

Salidad PWM [+]

LED RGB en Arduino (Actividad complementaria) [+]

Código de funcionamiento [+]