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Presión de gas

noviembre 24, 2021 by admin

Una propiedad importante de cualquier gasis su presión. Tenemos cierta experiencia con la presión de gas que no tenemos con propiedades como la visibilidad y la compresibilidad. Todos los días oímos al meteorólogo de la televisión evaluar la presión barométrica de la atmósfera(29,8 pulgadas de mercurio, por ejemplo). Y la mayoría de nosotros hemos volado un globo o usado una bomba para inflar una rueda de bicicleta o una pelota de baloncesto.

Debido a que comprender qué es la presión y cómo funciona es fundamental para comprender la aerodinámica, incluimos varias diapositivas sobre la presión de gas en la Guía para principiantes. Un simulador de atmósfera interactiva le permite estudiar los cambios estáticos de presión de aire con la altitud. El programa Foilsim le muestra cómo varía la presión alrededor de un ala de elevación, y el programa Enginesim muestra cómo cambia la presión a través de un motor de turbina.Otro simulador le ayuda a estudiar cómo cambia la presión en ondas de choque cruzadas que ocurren a altas velocidades.Hay dos maneras de ver la presión: (1) la acción a pequeña escala de moléculas de aire individuales o (2) la acción a gran escala de un gran número de moléculas.

Definición molecular de presión

De la teoría cinética de los gases, un gas se compone de un gran número de moléculas que son muy pequeñas en relación con la distancia entre moléculas. Las moléculas de agasestán en movimiento constante y aleatorio y con frecuencia chocan entre sí y con las paredes de cualquier contenedor. Las moléculas poseen las propiedades físicas de masa, momento y energía.El momento de una sola molécula es el producto de su masa y velocidad, mientras que la energía cinética es una mitad de la masa por el cuadrado de la velocity.As las moléculas de gas chocan con las paredes de un contenedor, como se muestra a la izquierda de la figura, las moléculas imparto momentum a las paredes, produciendo una fuerza perpendicular a la pared.La suma de las fuerzas de todas las moléculas que golpean la pared dividida por el área de la pared se define como la presión. La presión de un gas es entonces una medida del momento lineal promedio de las moléculas en movimiento de un gas.La presión actúa perpendicular (normal)a la pared; el componente tangencial (cortante) de la fuerza está relacionado con la visibilidad del gas.

Cantidad escalar

Veamos un gas estático; uno que no parece moverse o fluir.Mientras que el gas en su conjunto no parece moverse, las moléculas individuales del gas, que no podemos ver, están en constante movimiento aleatorio. Debido a que estamos tratando con un número casi infinito de moléculas y debido a que el movimiento de las moléculas individuales es aleatorio en todas las direcciones, no detectamos ningún movimiento. Si cerramos el gas dentro de un contenedor, detectamos una presión en el gas de las moléculas que chocan con las paredes de nuestro contenedor. Podemos colocar las paredes de nuestro contenedor en cualquier lugar dentro del gas, y la fuerza por área (la presión) es la misma.Podemos reducir el tamaño de nuestro «contenedor» hasta un punto infinitamente pequeño, y la presión tiene un solo valor en ese punto. Por lo tanto, la presión es una cantidad igual, no una cantidad superior. Tiene una magnitud pero no una dirección asociada con ella. La presión actúa en todas las direcciones en un punto dentro de un gas. En la superficie de un gas, la fuerza de presión actúa perpendicularmente a la superficie.

Si el gas en su conjunto se está moviendo, la presión medida es diferente en la dirección del movimiento. El movimiento ordenado del gas produce un componente ordenado del impulso en la dirección del movimiento.Asociamos un componente de presión adicional, llamado presión dinámica, con este impulso fluido.La presión medida en la dirección del movimiento se denomina presión total y es igual a la suma de las presiones estáticas y dinámicas descritas por la ecuación de Bernoulli.

Definición de presión de macroescala

Al pasar a la escala más grande, la presión es un estado variable de un gas, como la temperatura y la densidad.El cambio de presión durante cualquier proceso se rige por las leyes de la termodinámica.Puede explorar los efectos de la presión sobre otras variables de gas en el laboratorio de gas animado.Aunque la presión en sí es escalar, podemos definir la fuerza de presión para ser igual a la presión (fuerza/área) por la superficie en una dirección perpendicular a la superficie.La fuerza de presión es una cantidad vectorial.

Las fuerzas de presión tienen algunas cualidades únicas en comparación con la gravedad o la mecánica forces.In la figura que se muestra arriba a la derecha, tenemos un gas rojo que está confinado en una caja. Se aplica una fuerza mecánica a la parte superior de la caja. La fuerza de presión dentro de la caja se opone a la fuerza aplicada de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton.La presión escalar es igual a la fuerza externa dividida por el área de la parte superior de la caja. Dentro del gas, la presión actúa en todas las direcciones. Así que la presión empuja en la parte inferior de la caja y en los lados. Esto es diferente de la mecánica sólida simple. Si el gas fuera un sólido, no se aplicarían fuerzas a los lados de la caja; la fuerza aplicada se transmitiría simplemente al fondo. Pero en un gas, debido a que las moléculas son libres de moverse y colisionar entre sí, una fuerza aplicada en la dirección vertical causa fuerzas en la dirección horizontal.

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