la presión del medio - Universidad de Castilla

Biomecánica de las Técnicas Deportivas (3º)
Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.
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TEMA9: LA PRESIÓN DEL MEDIO
1- LA PRESIÓN. Unidades de medida. ¿Cómo se mide la presión
atmosférica? Cambios con la altura y la profundidad. Las relaciones con
el volumen y con la temperatura. La presión parcial de un gas.
2- APLICACIONES Usos de altímetros. La presión sanguínea y su
medición.
Bibliografía:
Aguado, X. (1993). Eficacia y técnica deportiva. Análisis del movimiento humano. INDE . Barcelona.
Carmona, A.I. (1987). Aerodinámica y actuaciones del avión. Paraninfo. Madrid.
Cromer, A.H. (1985). Física para las ciencias de la vida. Reverté. Barcelona.
Eichenberger, W. (1981) Meteorología para aviadores. Paraninfo. Madrid.
Holton, G. (1989). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas. Reverté. Barcelona.
Kane,. J.W. (1989). Física. Reverté. Barcelona.
Kreighbaum, E.; Barthels, K.M. (1996). Biomechanics. A qualitative approach for studying human movement.
Allyn & Bacon. Boston
Mussig, S. (1988): Submarinismo deportivo. Ediciones CEAC. Barcelona.
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1- LA PRESIÓN
La presión es una fuerza por unidad de superficie (F / S). La presión del medio
es debida a la altura de la columna de fluido que tengamos por encima (que
pesará más o menos) y se ejerce radialmente en todas direcciones contra el
cuerpo que la soporta.
En el SI se mide en N / m2 , también denominados pascales
En el cegesimal en dyn / cm2
En el Técnico en pascales
No obstante habitualmente es habitual, según diferentes ámbitos, que se usen
otras unidades:
1 atmósfera = 1 kg / cm2 = 760 mm Hg = 105 N / m2 = 1013,2 mb
= 29,92 pulgadas = 1013•103 barias = 760 tors.
La presión, mayor o menor sólo depende de la altura de la columna de fluido
que tenemos por encima y no de la forma del recipiente:
(Kane y Sterheim, 1989).
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La presión depende
del peso de la
columna (altura de
ésta) de líquido por
encima del punto
considerado, no de la
forma del recipiente.
Por otro lado la diferencia entre gases y líquidos es que los primeros son
compresibles y rellenan todo el volumen donde se alojan, mientras que los
segundos no se pueden comprimir y encuentran su nivel al alojarlos en un
volumen.
Estas diferencias marcan algunos comportamientos diferentes de unos y otros.
Los gases muestran una relación en su comportamiento entre el volumen donde
se alojan, la presión a la que se encuentran y la temperatura.
(Eichenberger, 1981).
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LEY DE BOYLE
A temperatura constante existe una relación inversamente proporcional entre las
variaciones del volumen y la presión en los gases.
P1 ⋅ V1 = P 2 ⋅ V2
Los globos, sobre todo los de tipo meteorológico cuando ascienden aumentan
su volumen de forma importante. Es debido a que se lanzan cerrados, con una
misma presión en su interior durante todo su vuelo, y además ascienden mucho,
hasta 30 km alguno de ellos, que son alturas a las que la presión atmosférica a
descendido de forma importante.
LEY DE CHARLES
A presión constante el volumen de un gas aumenta proporcionalmente con la
temperatura.
V1 T1
=
V2 T2
LA DENSIDAD DE LOS GASES ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA
TEMPERATURA
La llamada ecuación de los gases perfectos lo muestra:
ρ=
P
R ⋅T
R es la llamada “constante universal de los gases perfectos” (8,314 Julios / mol *
º K o 287 jul / kg * º Kelvin).
T = t + 273,15
V=
T = temperatura en grados Kelvin
t = temperatura en grados centígrados
y el volumen es inversamente proporcional a la densidad
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1
ρ
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2- APLICACIONES
¿CÓMO SE MIDE LA PRESIÓN?
El aparato recibe el nombre genérico de barómetro, aunque en diferentes
actividades puede ser llamado con otros nombres más específicos como pe
profundímetro en submarinismo, altímetro en senderismo, paracaidismo o en
aviación, manguito en medicina. El nombre manómetro se usa de forma
genérica cuando la presión se mide gracias a un tubo con agua o mercurio en su
interior.
Evangelista Torricelli, alumno de Galileo, fue el primero en medir la presión
atmosférica. Hasta la época de Galileo se sabía que las bombas de vacío no
eran capaces de elevar el agua más que hasta aproximadamente10,5 m, pero
se desconocía el porqué.
Torricelli colocó mercurio llenando un tubo (el experimento es independiente de
la forma o el diámetro del tubo, ni siquiera de la longitud siempre que tenga más
de 760 mm si se hace a nivel del mar). A continuación tapa la salida con el dedo
y lo invierte dentro de una bandeja llena de mercurio, momento en el que abre la
parte superior del tubo (que se encuentra hacia abajo).
(Holton, 1989).
La altura de la columna de mercurio del tubo será de 760 mm a nivel del mar. Si
el experimento se hiciera con agua, la altura de la columna sería de 10,336 m. El
mercurio es 13,6 veces más denso que el agua (13,6 * 0,760 m = 10,336 m). Así
se explicaba porqué las bombas que utilizaban para achicar el agua de las
antiguas minas no lograban, haciendo el vacío subir el agua más de 10,3 m.
Hoy en día se sigue usando el mercurio para medir la presión en los llamados
barómetros o manómetros de mercurio y por otro lado también se usan los
llamados barómetros aneroides (más pequeños) que traducen los cambios de
volumen de una cápsula (que tiene dentro una presión calibrada) en variaciones
de la presión.
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Cromer (1985).
Manómetro para medir la presión atmosférica.
Manómetro para medir la presión del aire
espirado.
¿CÓMO SE MIDE LA PRESIÓN SANGUÍNEA?
Hay 2 presiones: sistólica y diastólica, que corresponden a las registradas
durante el sístole (expulsión de sangre del corazón) y diástole (llenado del
corazón).
Se hincha una bolsa cerrada de aire, cuya presión conoceremos gracias a un
manómetro de mercurio o a un barómetro aneroide conectado a ella.
La bolsa se enrolla alrededor del brazo y se hincha hasta una presión superior a
la sistólica. Justo por debajo de la bolsa se coloca un fonendoscopio. Se va
liberando poco a poco presión de la bolsa hasta que auscultemos un sonido
repetido; un pulso, en el fonendoscopio. En el instante de oír el pulso miramos
la presión que nos marca el medidor conectado a la bolsa: será la presión
sistólica. Seguiremos liberando presión de la bolsa hasta justo el momento en
que dejemos de auscultas el pulso, instante en que volveremos a leer el
barómetro: será la presión diastólica.
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INTERPRETACIÓN:
Presión sistólica: en ese momento la presión sanguínea
logra abrir mínimamente la arteria, pero sólo durante la
sístole, pasando muy poca cantidad de sangre, que cada
vez que pasa produce el sonido de golpeteo que
auscultamos.
Presión diastólica: en ese momento la sangre empieza a
fluir continuamente por la arteria, pasando ya durante
todo el tiempo, tanto en la sístole (con mayor presión)
como en la diástole (menor presión). Justo en el instante
que esto empieza a suceder se deja de oír el sonido en el
fonendoscopio.
Cromer (1985).
CAMBIOS DE PRESIÓN CON LA ALTURA Y CON LA PROFUNDIDAD
CON LA ALTURA: Partiendo del nivel del mar, la presión atmosférica va
disminuyendo exponencialmente con la altura. En una atmósfera “estándar” se
considera a nivel del mar, con 15º centígrados de temperatura, una presión de
760 mm Hg (o tors) = 1013, 2 mb = 1 atmósfera = 29,92 pulgadas.
A nivel del mar se necesita ascender 8 m para que la presión disminuya 1 mb.
Hay una regla nemotécnica que funciona bastante bien que dice que cada 5500
m de altura la presión atmosférica disminuye a la mitad de la que había en el
nivel anterior y se necesitará por tanto ascender el doble para conseguir una
misma reducción de presión.
De forma matemática se calcula con la fórmula de Laplace. Su fórmula
simplificada par la troposfera (de 0 a 11000 m de altura es:
PZ = P0 ⋅ (1 − 0,0000226 h) 5, 255
Pz = Presión en el nivel superior
P0 = Presión en el nivel inferior
h = altura
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CON LA PROFUNDIDAD: Partiendo del nivel del mar, en el que la presión la
presión atmosférica ya se ha descrito, habrá que sumar a esta la debida a la
profundidad, que sigue una relación de incremento proporcional a medida que
nos sumergimos. Cada 10 m que nos sumergimos incrementaremos la presión
en 1 atmósfera. Así, pe a 10 m de profundidad en el mar la presión será de 2
atmósferas, a 20 m de 3 atmósferas, a 25 m de 3,5 atmósferas y a 50 m será de
6 atmósferas.
altura o
presión
presión
profundidad (m) (atmósferas) (mm Hg)
variación de
presión (mb)
variación de presión
(mm Hg)
volumen
de aire (l)
presión parcial de
oxígeno (mm Hg)
22000
0.062
47.5
1 mb cada 128 m
1 mm Hg cada 170.56 m
16
10
16500
0.125
95
1 mb cada 64 m
1 mm Hg cada 85.28 m
8
20
11000
0.25
190
1 mb cada 32 m
1 mm Hg cada 42.64 m
4
40
5500
0.5
380
1 mb cada 16 m
1 mm Hg cada 21.32 m
2
79
0
1
760
1 mb cada 8 m
1 mm Hg cada 10.66 m
1
159
10
2
1520
1 mb cada 0.0098 m
1mm Hg cada 0.013 m
0.5
318
20
3
2280
1 mb cada 0.0098 m
1mm Hg cada 0.013 m
0.33
481
30
4
3040
1 mb cada 0.0098 m
1mm Hg cada 0.013 m
0.25
631
40
5
3800
1 mb cada 0.0098 m
1mm Hg cada 0.013 m
0.2
795
PRESIÓN PARCIAL DE UN GAS
La composición de la atmósfera es prácticamente invariable desde el nivel del
mar hasta los 70 km de altura. Los gases más pesados no ocupan las capas
más bajas y los menos pesados las más altas debido a que la atmósfera se
agita y remueve constantemente por los fenómenos atmosféricos.
A parte de la humedad, la composición es la siguiente:
- 78 % nitrógeno
- 21 % oxígeno
- 1 % anhídrido carbónico, hidrógeno, metano, ozono, gases nobles,
subóxido de nitrógeno, anhídrido sulfuroso, dióxido de nitrógeno, yodo,
cloruro sódico, amoníaco, óxido de carbono.
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Para conocer la presión parcial de un gas a una altura determinada bastará con
conocer la presión a esa altura y extraer de esa el porcentaje al que se
encuentra mezclado el gas, así en los ejemplos anteriores la presión de oxígeno
sería respectivamente:
a 0 m: 159 mm Hg (presión atmosférica de 760 mm Hg)
a 5500 m: 79 mm Hg (presión atmosférica de 380 mm Hg)
a 11000 m: 40 mm Hg (presión atmosférica de 190 mm Hg
a 16500 m 20 mm Hg (presión atmosférica de 95 mm Hg)
a 22000 m 10 mm Hg (presión atmosférica de 47 mm Hg)
REGLAJE DE ALTÍMETROS
Los altímetros pueden estar basados en mecanismos diferentes, pero muchos
de los usados hasta hoy en día son simples barómetros, es decir miden la
presión y según una escala “estándar” la convierten en altura. En deportes se
usan en: senderismo, paracaidismo, vuelo (a vela, ULM) y se usan
profundímetros en submarinismo.
Suelen tener 2 ventanas o marcadores diferentes, pudiéndose ajustar o uno o el
otro: uno marca la presión y otro o unas agujas marcan la altura a la que
equivale, según una conversión estándar.
Si donde marca la presión pongo la que habría ese día a nivel del mar, las
agujas me van a marcar la altura a la que me encuentro. Si en presión pongo la
presión que hay en el lugar donde me encuentro, las agujas marcarán 0 m.
nombres de ajustes de presión en diferentes actividades:
QNE: en el marcador de presión se pone siempre 1013,2 mb. Esto en España
se hace por encima de 7000 ft de altura. A partir de ahí todos los aviones llevan
el mismo ajuste en sus altímetros, hayan despegado de donde hayan
despegado, y así pueden conocer unos respecto a otros sus alturas. Cuando se
sobrepasan los 7000 ft los aviones dan sus alturas en los llamados “niveles de
vuelo” y leen un altímetro ajustado siempre con la presión de 1013,2 mb.
QFE: En el altímetro se marca en la ventana de presión la que hay en el lugar
sobre el que va a saltar (paracaidismo). De esta manera el altímetro nos
marcará 0 m en ese lugar y cuando estemos cayendo no dirá los metros que nos
quedan para llegar al suelo, de esa manera podremos ajustar un mecanismo de
apertura automática a partir de una altura de seguridad.
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QNH: Sabemos la altura de un lugar. Por ejemplo al llegar a un refugio hay una
placa que la marca o llegamos a un sitio que podemos identificar bien (una
fuente, un acantilado, .. y en el mapa podemos leer la altura de ese lugar.
Entonces en el altímetro marcamos esa altura y la presión que nos de en la
ventana correspondiente será la que habría ese día convertida según una escala
“estándar” a nivel del mar. Así nuestro altímetro de senderismo, cuando
pasamos la noche en un refugio o entramos en cualquier lugar de altura
conocida se nos convierte en una pequeña estación meteorológica. Por ejemplo,
es recomendable ver la evolución a lo largo de la noche: la presión ¿sube? O
¿baja?
QFF: Se3 usa para confeccionar los mapas de isobaras (mapas del tiempo
como los de la tele). Mediante un barómetro se lee la presión en un determinado
lugar. Ese lugar puede estar a diferentes alturas: pe Toledo, Granada,
Barcelona, .. En los mapas de isobaras se unen mediante líneas concéntricas
los puntos de igual presión, pero como los puntos que aparecen en el mapa no
todos están a la misma altura, lo que se hace es: con la presión que se ha
medido reducirla siempre a la que equivaldría a nivel del mar y esa es con la que
se confecciona el mapa de isobaras.
LA PRESIÓN SANGUÍNEA DECRECE DESDE EL VENTRÍCULO IZQUIERDO
Y AORTA HASTA LAS VENAS Y AURÍCULA DERECHA
Es debido a 2 cosas: por un lado el calibre total (sumando el de todos los vasos
en que se ha bifurcado) va en aumento)
Por otro lado el efecto de la viscosidad de la sangre, como cualquier otro fluido
ayuda a que esta presión vaya disminuyendo.
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