Presión atmosférica

La presión atmosférica , también conocida como presión del aire o presión barométrica (por el nombre del barómetro ), es la presión dentro de la atmósfera de la Tierra . La atmósfera estándar (símbolo: atm) es una unidad de presión definida como 101.325  Pa (1.013,25  hPa ), que es equivalente a 1.013,25 milibares , ^[1] 760 mm Hg , 29,9212 pulgadas Hg o 14,696 psi . ^[2] La unidad atm es aproximadamente equivalente a la presión atmosférica media a nivel del mar en la Tierra; es decir, la presión atmosférica de la Tierra a nivel del mar es de aproximadamente 1 atm.    

En la mayoría de las circunstancias, la presión atmosférica se aproxima bastante a la presión hidrostática causada por el peso del aire sobre el punto de medición. A medida que aumenta la altitud , hay menos masa atmosférica suprayacente, por lo que la presión atmosférica disminuye con el aumento de la altitud. Debido a que la atmósfera es delgada en relación con el radio de la Tierra, especialmente la densa capa atmosférica a bajas altitudes, la aceleración gravitacional de la Tierra en función de la altitud puede aproximarse como constante y contribuye poco a esta caída. La presión mide la fuerza por unidad de área, con unidades del SI de pascales (1 pascal = 1 newton por metro cuadrado , 1  N/m ² ). En promedio, una columna de aire con un área de sección transversal de 1 centímetro cuadrado (cm ² ), medida desde el nivel medio (promedio) del mar hasta la parte superior de la atmósfera de la Tierra, tiene una masa de aproximadamente 1,03 kilogramos y ejerce una fuerza o "peso" de aproximadamente 10,1 newtons , lo que resulta en una presión de 10,1 N/cm ² o 101 kN /m ² (101 kilopascales, kPa). Una columna de aire con un área de sección transversal de 1 in ² tendría un peso de aproximadamente 14,7 lbf , lo que resulta en una presión de 14,7 lbf/in ² .    

La presión atmosférica es causada por la atracción gravitatoria del planeta sobre los gases atmosféricos sobre la superficie y es una función de la masa del planeta, el radio de la superficie y la cantidad y composición de los gases y su distribución vertical en la atmósfera. ^{[3] [4]} Se modifica por la rotación planetaria y efectos locales como la velocidad del viento, variaciones de densidad debido a la temperatura y variaciones en la composición. ^[5]

La presión media a nivel del mar (MSLP) es la presión atmosférica a nivel medio del mar . Es la presión atmosférica que se indica normalmente en los informes meteorológicos de radio, televisión, periódicos o Internet .

El ajuste del altímetro en la aviación es un ajuste de la presión atmosférica.

La presión media a nivel del mar es de 1.013,25 hPa (29,921 inHg; 760,00 mmHg). En los informes meteorológicos de aviación ( METAR ), la QNH se transmite en todo el mundo en hectopascales o milibares (1 hectopascal = 1 milibar), excepto en Estados Unidos , Canadá y Japón , donde se informa en pulgadas de mercurio (con dos decimales). Estados Unidos y Canadá también informan la presión a nivel del mar (SLP), que se ajusta al nivel del mar mediante un método diferente, en la sección de observaciones, no en la parte del código transmitida internacionalmente, en hectopascales o milibares. ^[6] Sin embargo, en los informes meteorológicos públicos de Canadá, la presión a nivel del mar se informa en kilopascales. ^[7]

En las observaciones del código meteorológico de EE. UU., solo se transmiten tres dígitos; se omiten los puntos decimales y uno o dos dígitos más significativos: 1013,2 hPa (14,695 psi) se transmite como 132; 1000 hPa (100 kPa) se transmite como 000; 998,7  hPa se transmite como 987; etc. La presión más alta a nivel del mar en la Tierra se produce en Siberia , donde el anticiclón siberiano a menudo alcanza una presión a nivel del mar superior a 1050 hPa (15,2 psi; 31 inHg), con máximos históricos cercanos a 1085 hPa (15,74 psi; 32,0 inHg). La presión a nivel del mar medible más baja se encuentra en los centros de ciclones tropicales y tornados , con un mínimo histórico de 870 hPa (12,6 psi; 26 inHg).

La presión superficial es la presión atmosférica en un lugar de la superficie de la Tierra ( terreno y océanos ). Es directamente proporcional a la masa de aire sobre ese lugar.

Por razones numéricas, los modelos atmosféricos como los modelos de circulación general (GCM) suelen predecir el logaritmo adimensional de la presión superficial .

El valor medio de la presión superficial en la Tierra es de 985 hPa. ^[8] Esto contrasta con la presión media a nivel del mar, que implica la extrapolación de la presión al nivel del mar para lugares por encima o por debajo del nivel del mar. La presión media a nivel medio del mar ( MSL ) en la Atmósfera Estándar Internacional ( ISA ) es de 1.013,25 hPa, o 1 atmósfera (atm), o 29,92 pulgadas de mercurio.

La presión (P), la masa (m) y la aceleración de la gravedad (g) están relacionadas mediante P = F/A = (m*g)/A, donde A es el área de la superficie. Por lo tanto, la presión atmosférica es proporcional al peso por unidad de área de la masa atmosférica sobre esa ubicación.

La presión en la Tierra varía con la altitud de la superficie, por lo que la presión del aire en las montañas suele ser menor que la presión del aire a nivel del mar. La presión varía suavemente desde la superficie de la Tierra hasta la parte superior de la mesosfera . Aunque la presión cambia con el clima, la NASA ha promediado las condiciones para todas las partes de la Tierra durante todo el año. A medida que aumenta la altitud, la presión atmosférica disminuye. Se puede calcular la presión atmosférica a una altitud dada. ^[9] La temperatura y la humedad también afectan a la presión atmosférica. La presión es proporcional a la temperatura e inversamente relacionada con la humedad, y ambas son necesarias para calcular una cifra precisa. El gráfico se desarrolló para una temperatura de 15 °C y una humedad relativa del 0%.A la derechaarriba

A bajas altitudes sobre el nivel del mar, la presión disminuye aproximadamente 1,2 kPa (12 hPa) por cada 100 metros. Para altitudes mayores dentro de la troposfera , la siguiente ecuación (la fórmula barométrica ) relaciona la presión atmosférica p con la altitud h :${\displaystyle {\begin{aligned}p&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {g\cdot M}{R_{0}\cdot L}}\\&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {g\cdot h}{c_{\text{p}}\cdot T_{0}}}\right)^{\frac {c_{\text{p}}\cdot M}{R_{0}}}\approx p_{0}\cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M}{T_{0}\cdot R_{0}}}\right)\end{aligned}}}$

Los valores en estas ecuaciones son:

La presión atmosférica varía ampliamente en la Tierra y estos cambios son importantes para estudiar el tiempo y el clima . La presión atmosférica muestra un ciclo diurno o semidiurno (dos veces al día) causado por las mareas atmosféricas globales . Este efecto es más fuerte en las zonas tropicales, con una amplitud de unos pocos hectopascales, y casi nulo en las áreas polares. Estas variaciones tienen dos ciclos superpuestos, un ciclo circadiano (24 h) y un ciclo semicircadiano (12 h).

La presión barométrica ajustada al nivel del mar más alta jamás registrada en la Tierra (por encima de 750 metros) fue de 1.084,8 hPa (32,03 inHg) medida en Tosontsengel, Mongolia, el 19 de diciembre de 2001. ^[10] La presión barométrica ajustada al nivel del mar más alta jamás registrada (por debajo de 750 metros) fue en Agata en el distrito autónomo de Evenk , Rusia (66°53'  N, 93°28'  E, elevación: 261 m, 856 pies) el 31 de diciembre de 1968 de 1.083,8 hPa (32,005 inHg). ^[11] La discriminación se debe a los supuestos problemáticos (suponiendo una tasa de caída estándar) asociados con la reducción del nivel del mar desde elevaciones altas. ^[10]

El Mar Muerto , el lugar más bajo de la Tierra a 430 metros (1.410 pies) por debajo del nivel del mar, tiene una presión atmosférica típica correspondientemente alta de 1.065  hPa. ^[12] Un récord de presión superficial por debajo del nivel del mar de 1.081,8 hPa (31,95 inHg) se estableció el 21 de febrero de 1961. ^[13]

La presión atmosférica no tornadica más baja jamás medida fue de 870 hPa (0,858 atm; 25,69 inHg), registrada el 12 de octubre de 1979, durante el tifón Tip en el océano Pacífico occidental. La medición se basó en una observación instrumental realizada desde un avión de reconocimiento. ^[14]

Una atmósfera (101,325 kPa o 14,7 psi) es también la presión que provoca el peso de una columna de agua dulce de aproximadamente 10,3 m (33,8 ft). Por tanto, un buceador que se encuentre a 10,3 m bajo el agua experimenta una presión de aproximadamente 2 atmósferas (1 atm de aire más 1 atm de agua). Por el contrario, 10,3 m es la altura máxima a la que se puede elevar el agua mediante succión en condiciones atmosféricas estándar.

Las presiones bajas, como las líneas de gas natural , a veces se especifican en pulgadas de agua , generalmente escritas como wc (columna de agua) o wg (pulgadas de agua). Un electrodoméstico residencial típico que usa gas en los EE. UU. está clasificado para un máximo de 1 ⁄ 2 psi (3,4 kPa; 34 mbar), que es aproximadamente 14 wg. Ahora se usan con menos frecuencia  unidades métricas similares con una amplia variedad de nombres y notaciones basadas en milímetros , centímetros o metros.

El agua pura hierve a 100 °C (212 °F) a la presión atmosférica estándar de la Tierra. El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor es igual a la presión atmosférica alrededor del líquido. ^[15] Debido a esto, el punto de ebullición de los líquidos es más bajo a menor presión y más alto a mayor presión. Cocinar a grandes altitudes, por lo tanto, requiere ajustes en las recetas ^[16] o cocinar a presión . Se puede obtener una aproximación aproximada de la altitud midiendo la temperatura a la que hierve el agua; a mediados del siglo XIX, los exploradores utilizaron este método. ^[17] Por el contrario, si se desea evaporar un líquido a una temperatura más baja, por ejemplo en la destilación , la presión atmosférica se puede reducir utilizando una bomba de vacío , como en un evaporador rotatorio .

Una aplicación importante del conocimiento de que la presión atmosférica varía directamente con la altitud fue la determinación de la altura de colinas y montañas, gracias a dispositivos fiables de medición de la presión. En 1774, Maskelyne estaba confirmando la teoría de la gravitación de Newton en la montaña Schiehallion en Escocia y sobre ella, y necesitaba medir las elevaciones de las laderas de la montaña con precisión. William Roy , utilizando la presión barométrica, pudo confirmar las determinaciones de altura de Maskelyne, siendo la concordancia de un metro (3,28 pies). Este método se convirtió y sigue siendo útil para el trabajo de topografía y la elaboración de mapas. ^[18]

• Mapa actual de la presión media global del nivel del mar
• Atmósfera estándar de la NASA de 1976
• Código fuente y ecuaciones para la atmósfera estándar de 1976
• Un modelo matemático de la atmósfera estándar estadounidense de 1976
• Calculadora que utiliza múltiples unidades y propiedades para la atmósfera estándar de 1976
• Calculadora que proporciona la presión de aire estándar a una altitud específica, o una altitud en la que una presión sería estándar
• Calcular la presión a partir de la altitud y viceversa

• Películas sobre experimentos de presión atmosférica del sitio web HyperPhysics de la Universidad Estatal de Georgia (requiere QuickTime)
• Prueba que muestra una lata siendo aplastada después de hervir agua en su interior y luego trasladarla a una tina con agua helada.