El efecto de la altitud en la presión del aire

Presión del aire

Si alguna vez viajó en un avión, habrá escuchado a un asistente de vuelo dar un anuncio de seguridad antes del vuelo, que incluye instrucciones sobre qué hacer si se pierde la presión de la cabina. ¿Por qué los aviones están presurizados para empezar? Los aviones de pasajeros modernos pasan la mayor parte del viaje a una altitud de 39.000 pies. Nuestros cuerpos están acostumbrados a vivir al nivel del mar. A 39.000 pies, la presión del aire es mucho más baja y contiene menos moléculas de oxígeno. A esta presión de aire más baja con concentraciones de oxígeno tan bajas, definitivamente no hay suficiente para que los humanos sobrevivan. Entonces, para volar a altitudes tan altas, los aviones deben mantener una presión de cabina artificialmente alta para que tengamos suficiente oxígeno para respirar.

Altitud y presión del aire

Entonces, ¿por qué la presión del aire disminuye con la altitud? Resulta que hay dos causas principales de este fenómeno.

Uno: el efecto de la gravedad disminuye cuanto más te alejas del centro de la Tierra.

Dos: en la atmósfera exterior, hay menos moléculas de aire superpuestas presionando desde arriba, por lo que no aumentan tanto la presión.

Profundicemos un poco más en estas dos ideas, comenzando por la gravedad. La fuerza de la gravedad es lo que mantiene la atmósfera terrestre en su lugar. Sin embargo, cuanto más te alejas de la Tierra, menos experimentas la fuerza de la gravedad de la Tierra. Esto está modelado por la ecuación de gravedad:

En esta ecuación, F es la fuerza de gravedad, G es la constante gravitacional, m 1 y 2 son las masas de los dos objetos y r es la distancia entre sus dos centros. Obviamente, la masa de la Tierra es muy grande y la mayor fuerza gravitacional cercana. A medida que aumenta r , que aquí representa la distancia entre el centro de la Tierra y una molécula de aire, la fuerza de gravedad disminuye. La gravedad es una fuerza que actúa contra la molécula de aire, lo que hace que sea atraída hacia la Tierra y otras moléculas de aire. Entonces, cuanto mayor es la gravedad, mayor es la presión sobre la molécula de aire y cuanto menor es la gravedad, como en las altitudes elevadas, menor es la presión.

La otra fuerza que actúa sobre las moléculas de aire para aumentar su presión es el peso del aire que las recubre. Imagínese solo una porción vertical de la atmósfera de la Tierra. El aire cerca de la superficie de la Tierra tiene todo el aire superpuesto presionando hacia abajo, mientras que el aire en la parte superior tiene menos presión hacia abajo. Esto es similar a por qué la presión aumenta a medida que ingresa al océano, donde experimenta el peso de una columna de agua superior cada vez más grande a medida que avanza. Esta presión se conoce como presión hidrostática y se debe al peso del fluido suprayacente, ya sea agua o aire. La presión hidrostática se rige por esta ecuación:

Aquí P es presión, g es gravedad, la letra griega rho es densidad y h es la altura del agua sobre el punto de interés.

Presión barométrica

Para incorporar todos los cambios que ocurren con los cambios de altitud, la fórmula de presión barométrica modela los cambios en la presión del aire con la altitud. La presión barométrica es otro término para la presión atmosférica, llamado así porque se mide con un barómetro. La ecuación es la siguiente:

Aquí P sub h es la presión en la elevación, P sub 0 es la presión al nivel del mar, m es la masa de una molécula de aire, g es la gravedad, h es la altura en la elevación, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura. Lo que te muestra esta ecuación es que la presión disminuye exponencialmente con la altitud.

Resumen de la lección

Como aprendimos en esta lección, la presión atmosférica disminuye con la distancia desde la superficie de la Tierra. Hay dos fenómenos principales responsables de esta disminución de la presión. Primero, el efecto de la gravedad disminuye cuanto más se aleja del centro de la Tierra. Por lo tanto, las moléculas de aire en la atmósfera exterior no sienten una fuerza tan grande de la gravedad como las moléculas de aire más cercanas a la Tierra.

En segundo lugar, las moléculas de aire cercanas a la Tierra experimentan más fuerza descendente de la atmósfera suprayacente, lo que se conoce como presión hidrostática . A mayor altura en la atmósfera, hay menos aire superpuesto y, por tanto, menos presión hidrostática. Una menor fuerza general que actúa sobre las moléculas de aire en la atmósfera exterior significa que están a una presión más baja que las moléculas de aire más bajas que experimentan una gravedad y una presión hidrostática más fuertes. Podemos estar agradecidos por estas fuerzas combinadas porque concentran suficiente oxígeno para que podamos respirar con seguridad en la superficie de la Tierra.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador