Fuerza, área y presión: relación y aplicaciones

Publicado el 8 diciembre, 2020

Presión vs Fuerza vs Área

Ava y Eva son gemelas idénticas que son iguales en todos los sentidos, incluido su peso. Un día, Ava y Eva deciden dar un paseo por la nieve. Se visten y luego Ava se pone sus tacones rojos favoritos. Mientras tanto, Eva, que siempre ha sido la hermana más práctica, se pone las raquetas de nieve.

Tan pronto como salen a la nieve, los talones de Ava se hunden mientras Eva no tiene problemas para caminar sobre la nieve con sus raquetas de nieve. ¿Por qué pasó esto? Si Ava y Eva pesan lo mismo y son exactamente del mismo tamaño, ¿por qué Ava cayó a través de la nieve y Eva no?

Esto ocurrió porque a pesar de que ambas niñas ejercieron la misma fuerza en el suelo, las raquetas de nieve de Eva esparcieron esa fuerza sobre un área más grande, haciendo que la presión sobre el suelo fuera mucho menor.

La presión se define como la fuerza ejercida sobre una superficie dividida por el área sobre la que actúa esa fuerza.

definición de presión

La fuerza se mide en unidades de Newton (N), que lleva el nombre del famoso científico Isaac Newton. El área generalmente se mide en unidades de metros cuadrados (m 2 ). Dado que la presión se calcula dividiendo la fuerza por el área, tiene unidades de Newton por metro cuadrado (N / m 2 ), y esta unidad recibe un nuevo nombre, Pascales (Pa) .

1 Pa = 1 N / m 2

Debido a que sus tacones altos solo tienen un área pequeña en contacto con el suelo (o la nieve), cuando Ava trató de caminar sobre la nieve con tacones, todo su peso estaba presionando un área muy pequeña de la nieve, creando una gran cantidad de presión y provocando el colapso de la nieve. Mientras tanto, las raquetas de nieve de Eva esparcieron la misma fuerza sobre un área mucho más grande, por lo que hubo mucha menos presión sobre la nieve. Aunque la fuerza total fue la misma, la presión fue muy diferente, por lo que hubo un resultado muy diferente.

Cómo calcular la presión

Sabemos que los zapatos de Ava ejercen más presión en el suelo que los de Eva, pero ¿cuánto más? Si ambas niñas ejercen una fuerza de 530 N sobre el suelo y los zapatos de Ava tienen un área total de contacto con el suelo de solo 0,0002 m 2 , ¿cuánta presión ejerce Ava sobre el suelo?

Para encontrar la presión que ejercen sus talones en el suelo, divida la fuerza (530 N) por el área (0,0002 m 2 ).

presión de los zapatos ava

¡Guauu! ¡Eso es mucha presión! No es de extrañar que se cayera por la nieve.

Para tener una idea de cuánta presión es realmente, comparémosla con la presión que ejerce un elefante sobre el suelo mientras camina. Un elefante adulto pesa alrededor de 6,000 libras y ejercerá una fuerza de aproximadamente 27,000 N en el suelo. Cada una de las patas de elefante tiene una superficie de aproximadamente 0,2 m 2 . Los elefantes siempre tienen dos pies en el suelo, por lo que el área más pequeña del elefante que estará en contacto con el suelo es de 0,4 m 2 (el área de dos pies). Calculemos cuánta presión ejerce el elefante sobre el suelo cuando todo su peso es soportado por solo dos pies.

presión ejercida por un elefante

Aunque Ava pesa mucho menos que un elefante, cuando usa sus tacones, ejerce casi cuarenta veces más presión sobre el suelo, a 67.500 Pa.

Por último, veamos cuánta presión ejerce Eva, con sus raquetas de nieve, sobre el suelo. Las raquetas de nieve tienen una superficie mucho mayor que los tacones altos, y las de Eva miden 20 cm por 40 cm, lo que le da a cada una una superficie de 80 cm 2 , o 0,08 m 2 . Recuerda que Eva pesa lo mismo que Ava y ejerce la misma fuerza total sobre el suelo (530 N). ¿Cuánta presión ejerce sobre la nieve?

presión de eva

Ahora, podemos ver que Eva ejerció solo 6.625 Pa de presión sobre el suelo, mientras que Ava ejerce 400 veces más presión. A pesar de que las dos niñas ejercieron la misma cantidad de fuerza en el suelo, la presión fue muy, muy diferente, y esto marcó una gran diferencia en lo bien que podían caminar sobre la nieve.

Resumen de la lección

Repasemos la información importante que hemos aprendido sobre la relación entre presión, fuerza y ​​área.

La presión se define como la fuerza ejercida sobre una superficie dividida por el área sobre la que actúa esa fuerza. La fuerza se mide en unidades de Newton (N), que lleva el nombre del famoso científico Isaac Newton. El área normalmente se mide en metros cuadrados (m 2 ). La presión se mide en unidades de Pascales , y para encontrar la presión ejercida sobre una superficie, simplemente divida la fuerza (en Newtons ) por el área que está en contacto con la superficie (en m 2 ).

definición de presión

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