Cómo calcular la presión dinámica

La presión, en física, es la fuerza dividida por unidad de área. La fuerza, a su vez, es la aceleración masiva. esto explica por qué un aventurero de invierno está más seguro en hielo de espesor cuestionable si se acuesta en la superficie en lugar de estar de pie; la fuerza que ejerce sobre el hielo (su masa multiplicada por la aceleración descendente debida a la gravedad) es la misma en ambos casos, pero si está acostado en lugar de apoyarse sobre dos pies, esta fuerza se distribuye sobre un área mayor, lo que reduce la presión. Presión colocada sobre el hielo.

El ejemplo anterior trata con la presión estática, es decir, nada en este "problema" se está moviendo (¡y espero que siga siendo así!). La presión dinámica es diferente, e involucra el movimiento de objetos a través de fluidos, es decir, líquidos o gases, o el flujo de fluidos en sí mismos.

como se señaló, la presión es una fuerza dividida por área, y la fuerza es una aceleración masiva. Sin embargo, la masa ( m ) también se puede escribir como el producto de densidad ( ρ ) y volumen ( v ), ya que la densidad es simplemente una masa dividida por volumen. es decir, como ρ = m / v , m = ρv . Además, para figuras geométricas regulares, el volumen dividido por área simplemente produce altura.

esto significa que para, digamos, una columna de fluido en un cilindro, la presión ( p ) se puede expresar en las siguientes unidades estándar:

Aquí, h es la profundidad debajo de la superficie del fluido. esto revela que la presión a cualquier profundidad de fluido no depende realmente de la cantidad de fluido que haya; Podría estar en un tanque pequeño o en el océano, y la presión depende solo de la profundidad.

los fluidos, obviamente, no se sientan en tanques; se mueven, a menudo se bombean a través de tuberías para ir de un lugar a otro. Los fluidos en movimiento ejercen presión sobre los objetos dentro de ellos, al igual que los fluidos en pie, pero las variables cambian.

es posible que haya escuchado que la energía total de un objeto es la suma de su energía cinética (la energía de su movimiento) y su energía potencial (la energía que "almacena" en la carga del resorte o que está muy por encima del suelo), y que esto El total permanece constante en sistemas cerrados. de manera similar, la presión total de un fluido es su presión estática, dada por la expresión ρgh derivada anteriormente, agregada a su presión dinámica, dada por la expresión (1/2) ρv ² .

La sección anterior es una derivación de una ecuación crítica en física, con implicaciones para cualquier cosa que se mueva a través de un fluido o experimente un flujo en sí mismo, incluyendo aeronaves, agua en un sistema de plomería o pelotas de béisbol. formalmente, es

esto significa que si un fluido ingresa a un sistema a través de una tubería con un ancho dado y a una altura determinada y deja el sistema a través de una tubería con un ancho diferente y una altura diferente, la presión total del sistema aún puede permanecer constante.

esta ecuación se basa en una serie de supuestos: que la densidad del fluido ρ no cambia, que el flujo del fluido es constante y que la fricción no es un factor. incluso con estas restricciones, la ecuación es extraordinariamente útil. por ejemplo, a partir de la ecuación de Bernoulli, puede determinar que cuando el agua sale de un conducto que tiene un diámetro más pequeño que el de su punto de entrada, el agua viajará más rápido (lo cual es probablemente intuitivo; los ríos demuestran una mayor velocidad cuando pasan por canales estrechos). ) y su presión a la velocidad más alta será menor (lo que probablemente no sea intuitivo). Estos resultados se derivan de la variación de la ecuación.

por lo tanto, si los términos son positivos y la velocidad de salida es mayor que la velocidad de entrada (es decir, v ₂ > v ₁ ), la presión de salida debe ser más baja que la presión de entrada (es decir, p ₂ < p ₁ ).