PRESION ATMOSFERICA

1. DEFINICION:

En fsica la presin est definida como al cociente entre la accin de una fuerza sobre la unidad de superficie.

P = F/S

Por lo tanto, la presin atmosfrica es numricamente igual al peso de una columna de aire que tiene como base la unidad de superficie y como altura la de la atmsfera.

Se define presin como el cociente entre la componente normal de la fuerza sobre una superficie y el rea de dicha superficie. En fsica la presin est definida como al cociente entre la accin de una fuerza sobre la unidad de superficie.

P = F/S

Figura 1. Componente normal de la presin.

La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo sumergido en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo. La presin es una magnitud escalar y es la caracterstica del punto del fluido en equilibrio, que depender nicamente de sus coordenadas.

Por lo tanto, la presin atmosfrica es numricamente igual al peso de la columna de aire que tiene como base la unidad de superficie y como altura la de la atmsfera.

2. UNIDAD DE PRESION:

Desde el punto de vista histrico, la primera unidad empleada para medir la presin atmosfrica fue el "milmetro de mercurio" (mm Hg), en razn de la conocida capacidad de una columna de mercurio, de unos 760 mm, consistente en lograr equilibrar la referida presin. Dicha propiedad era muy utilizada en la construccin de los primeros barmetros, de modo que el mm Hg resultaba una unidad de medida sumamente intuitiva.

En la industria tambin ha sido usada la "atmsfera tcnica" (at), definida como la presin debida a la accin de un kilogramo fuerza (kgf) sobre una superficie de un centmetro cuadrado. Recordemos que 1 kgf corresponde a la fuerza de gravedad actuando sobre una masa de 1 kg, es decir, aproximadamente 9,81 newtons (N). La "atmsfera tcnica" no debe confundirse con la "atmsfera normal o "atmsfera fsica" (atm), definida como la presin debida a una columna de mercurio de (exactamente) 760 mm, bajo condiciones predeterminadas. La equivalencia es 1 atm. = 1,033at.

Se debe mencionar que existen unidades anlogas en los pases de habla inglesa, donde resultan de uso frecuente las "pulgadas de mercurio" (Hg) y las "libras por pulgada cuadrada " (psi). Estas ltimas todava se utilizan en nuestro pas, para medir la presin de los neumticos en los vehculos.

Posteriormente, se generaliz el empleo del sistema CGS, basado en el centmetro, el gramo y el segundo. Por tal motivo, la eleccin lgica era la "baria", correspondiente a una fuerza de una dina actuando sobre una superficie de un centmetro cuadrado. Sin embargo, como la baria resultaba demasiado pequea para los fines prcticos, se decidi adoptar una unidad un milln de veces mayor: el "bar" (1 bar = 1.000.000 barias). En el campo especfico de la meteorologa, se hizo comn el uso de la milsima de bar, el "milibar" (mb).

En la actualidad, la comunidad cientfica internacional ha adoptado el Sistema Internacional (SI), cuyas unidades fundamentales son el metro, el kilogramo y el segundo. Para este sistema la unidad de presin es el newton por metro cuadrado, denominado "pascal" (PA). Debido a que es una unidad muy pequea y a efectos de facilitar la transicin de un sistema a otro, se ha optado por expresar la presin atmosfrica en "hectopascales" (hPA), es decir, en centenares de pascales. El hectopascal es idntico al milibar (1 hPA = 1mb), de modo que no requiere mayor esfuerzo admitir dicho cambio en la denominacin.

Tanto la Organizacin Meteorolgica Mundial (1982) como la Organizacin de Aviacin Civil Internacional (1985) han abandonado ya, definitivamente, el uso del milibar, adoptando en su lugar el hectopascal como unidad de base para la medida de la presin atmosfrica.

3. MEDICION DE LA PRESION:

El barmetro de mercurio es un instrumento utilizado para medir la presin atmosfrica. La palabra barmetro viene del Griego donde:

Bros = Presin y

Mtron = Medida

El primer Barmetro lo ideo Evangelista Torricelli cuando trataba de explicar que las bombas aspirantes no pueden hacer subir el agua ms all de cierta altura.

El barmetro de Fortin se compone de un tubo Torricelliano que se introduce en el mercurio contenido en una cubeta de vidrio en forma tubular, provista de una base de piel de gamo cuya forma puede ser modificada por medio de un tornillo que se apoya en su centro y que, oportunamente girado, lleva el nivel del mercurio del cilindro a rozar la punta de un pequeo cono de marfil. As se mantiene un nivel fijo.

El barmetro est totalmente recubierto de latn, salvo dos ranuras verticales junto al tubo que permiten ver el nivel de mercurio. En la ranura frontal hay una graduacin en milmetros y un nonius para la lectura de dcimas de milmetros. En la posterior hay un pequeo espejo para facilitar la visibilidad del nivel. Al barmetro va unido un termmetro. Los barmetros Fortin se usan en laboratorios cientficos para las medidas de alta precisin, y las lecturas deben ser corregidas teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir sobre las mismas, tales como la temperatura del ambiente, la aceleracin de gravedad de lugar, la tensin de vapor del mercurio, etc.

Figura 2. Barmetro tipo Fortin

4. VARIACIN DE PRESIN EN LA HORIZONTAL

Consideramos 2 tanques conectados por 1 tubo (como se muestra en la figura). El tanque A esta lleno hasta los 2/3, mientras que el tanque B esta lleno solo hasta la mitad. Como la presin del agua en el fondo de los respectivos tanques es proporcional al peso del agua que tienen encima, la presin en el tanque A es mayor que la presin en el tanque B. Como ambos tanques estn conectados, existe una presin en el tubo desde el tanque A hacia el tanque B. Esta fuerza neta desde el tanque A hacia el tanque B, hace que el agua fluya en dicho sentido, o sea de las presiones altas hacia las bajas. Cuanto mas grande es la diferencia de presin, mas intensa es dicha fuerza neta, y mas rpido se mueve.

De una manera similar en la atmosfera, con diferencias horizontales de presin hacen que el aire se mueva.

A dicha fuerza neta le llamamos Fuerza Gradiente de Presin La fuerza gradiente de presin es una de las fuerzas que actan sobre la atmsfera

5. VARIACIN DE LA PRESIN CON LA ALTURA

A medida que uno asciende la presin atmosfrica decrece. En capas bajas cerca de la superficie la disminucin de la presin con la altura es de aproximadamente 1hPa cada 8m. Esta relacin va disminuyendo a medida que la altura aumenta

Acabamos de ver que la diferencia de presin genera que el aire se mueva desde las altas presiones hacia las bajas presiones.

La variacin vertical de la presin y densidad es mucho mayor que la variacin horizontal y temporal.

Generando un gradiente de presin mayor que el horizontal, entonces, porque el aire no se va al espacio??

Para determinar la variacin media vertical de la presin, consideremos una atmsfera idealizada que representa la estructura media horizontal y temporal de la atmsfera, en la cual las fuerzas verticales estn en equilibrio.

Analicemos una columna vertical de aire con seccin recta de rea unitaria (Fig.3). La masa de aire entre las alturas z y z+dz es rdz, donde r es la densidad del aire en la altura z.

gravedad en la altura z. Suponemos que entre la altura z+dz y la altura z la presin varia dp, la presin por encima en la cara inferior es mayor que la presin para abajo en la cara superior en una cantidad dp. Por lo tanto, la fuerza vertical resultante sobre la capa, debida al gradiente de presin, hacia arriba esta dada por -dp. El equilibrio exige que:

- dp = g .dz (Ecuacin I)

Ecuacin hidrosttica

gdzdp

Figura 3. Columna vertical de aire

PRESIN ATMOSFRICA (P)

La presin atmosfrica, P, es la presin ejercida por el peso de la atmosfera terrestre. La evaporacin en altitudes elevadas ocurre en parte gracias a la baja presin atmosfrica que se expresa con la constante psicomtrica. Este efecto es, sin embargo, pequeo y en los procedimientos del calculo, el valor medio para una localidad es suficiente.

Para calcular P puede emplearse una simplificacin de la ley de los gases ideales, a una temperatura atmosfrica estndar de 20C:

donde

P Presin atmosfrica [kPa]

z Elevacin sobre el nivel del mar [m]

Los valores de presin atmosfrica en funcin de la altitud se presentan en el

Anexo 2 (Cuadro 2.1).

26,5

2930065.02933,101

zP

ISOBARAS

Si sobre un mapa se anota en cada lugar la presin, medida simultneamente en distintos observatorios, y se unen los puntos de igual presin, se obtendr un conjunto de lneas que no presentan una configuracin catica, sino un patrn bien definido.

Estas lneas que unen puntos de igual presin se denominan Isobaras (iso = igual; baras = presin).

De esta forma aparasen sobre el mapa reas bien definidas que siguen unos modelos:

1.- Baja, depresin, borrasca o cicln: Esta constituida por un rea donde la presin es relativamente baja y las isobaras toman formas ms o menos circulares y concntricas. La presin disminuye hacia el centro donde es mnima. En el centro se dibuja con una B.

2.- Depresin secundaria o mnimo secundario: Es una pequea depresin dentro del rea cubierta por una gran borrasca, en la que acta como un satlite de ella. Se representa con una b.

3.- Surco o vaguada: Es una lnea sobre la cual convergen las isobaras en forma aproximada a una V. La presin es mas baja en el surco o eje de la V que a ambos lados.

4.- Anticicln o alta presin: Constituye una regin de presin relativamente alta, con isobaras en formas ms o menos elpticas concntricas, que encierran en un centro de presin mxima. Se representa en su centro con la letra A.

5.- Loma de alta presin: Es la inversa del surco. La presin es ms alta en el eje de la loma que a ambos lados del eje.

6.- Collado: Es el rea entre dos altas y dos bajas, y las isobaras en sus proximidades tienen el aspecto de dos hiprbolas. A veces se representa con una letra c.

La variacin diurna de la presin es del orden de 1 mb en latitudes medias y de 3 mb en los trpicos. Presenta dos mximos, uno a las 10,00 Z y otro a las 22,00 Z y dos mnimos, uno a las 04,00 Z y otro a las 16,00 Z.

UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CHILE

Estacin Meteorolgica de la UsachUbicada al interior del Campus Usach