Categoría: Física
Publicado: 14 de septiembre de 2015
El aire no te aplasta. Como fluido, el aire fluye a tu alrededor e intenta aplastarte. Afortunadamente, normalmente hay tanta presión dentro de su cuerpo presionando hacia afuera como hay presión de aire fuera de su cuerpo empujando hacia adentro. Por lo general, se cancelan, lo que significa que no hay una fuerza general sobre ti y que no te aplastan. Incluso cuando la presión interna y externa no se anulan exactamente entre sí, la piel, los músculos y otros tejidos suelen ser lo suficientemente fuertes y flexibles como para no dañarse por la fuerza.
Párate afuera en un campo y mira hacia arriba. Estás viendo una columna de aire de cien kilómetros que está siendo arrastrada hacia ti por la gravedad. Aunque el aire es muy tenue en comparación con otros materiales, de hecho está compuesto de átomos y de hecho tiene masa. Como tal, el aire es arrastrado hacia abajo por la gravedad al igual que todo lo demás que tiene masa. Un puñado de aire puede no tener mucha masa, pero cien kilómetros de aire es una historia diferente. Si dibuja un cuadrado de un metro por un metro en el suelo (que es aproximadamente la huella de la nevera), entonces todo el aire directamente sobre ese cuadrado tiene una masa total de aproximadamente diez mil kilogramos. Debido a la gravedad de la tierra, esta masa empuja hacia abajo el metro cuadrado con una fuerza de unas veinte mil libras, que es el mismo peso que un autobús escolar vacío. En otras palabras, si colocaras un autobús escolar vacío en un pedestal de un metro cuadrado (para enfocar la fuerza hacia el área correcta), el trozo de tierra debajo del pedestal estaría experimentando tanto peso desde el autobús como lo hace normalmente desde el aire.
Ahora dibuja un cuadrado de una pulgada por una pulgada en tu hombro. Los cien kilómetros de aire directamente por encima de ese cuadrado tienen una masa total de 7 kilogramos. Bajo la influencia de la gravedad de la tierra, esta masa empuja hacia abajo la pulgada cuadrada de su hombro con una fuerza de aproximadamente 15 libras. Esto es lo mismo que el peso de una bola de boliche grande. En otras palabras, el aire empuja hacia abajo sobre la pulgada cuadrada de tu hombro tan fuerte como si hubiera una gran bola de boliche sentada en esa pulgada cuadrada y sin atmósfera. Además, no hay nada especial en esa pulgada cuadrada en particular en su hombro. Cada pulgada cuadrada en la superficie de su cuerpo siente 15 libras empujándolo debido al aire en la atmósfera. Por ejemplo, si la palma de la mano tiene una superficie de 10 pulgadas cuadradas (que es un valor típico), el aire empuja la palma de la mano con una fuerza total igual al peso de 10 bolas de bolos grandes. Pero, ¿por qué no lo sientes? Ciertamente, no se siente como si estuviera sosteniendo constantemente 10 bolas de bolos grandes en la palma de su mano. La respuesta es que el aire es un fluido.
Como fluido, el aire puede fluir en todas direcciones y tomar cualquier forma. Al hacerlo, el aire transmite la fuerza de aplastamiento de su peso en todas las direcciones, incluso hacia arriba. Extiende la mano con la palma hacia arriba. Si bien es cierto que el aire empuja hacia abajo en la palma de la mano con la fuerza de 10 bolas de bolos, al mismo tiempo el aire empuja hacia arriba en el dorso de la mano con la fuerza de 10 bolas de bolos. Como resultado, la fuerza total en toda tu mano es cero. Las superficies individuales (la parte superior e inferior de la mano) sienten la presión del aire, pero la mano en su conjunto no experimenta ninguna fuerza neta de la atmósfera. Es por eso que no se siente como si estuviera constantemente arrastrando alrededor de diez bolas de bolos en la palma de su mano, y es por eso que cien kilómetros de aire por encima de usted no sujetan su mano al suelo. De manera similar, aunque el aire presiona hacia abajo en la parte superior de la cabeza con cientos de libras de fuerza, también presiona hacia arriba en la barbilla y el cuello con cientos de libras de fuerza. Como resultado, su cabeza no se aplasta contra la acera. De esta manera, la naturaleza fluida del aire hace que el peso de la atmósfera te empuje por todas partes, pero no te empuje hacia abajo.
Esta cancelación de fuerzas en su mano solo ocurre si el aire atmosférico es capaz de alcanzar tanto la palma como el dorso de su mano. Si quitas el aire que empuja hacia arriba en el dorso de la mano, ya no habrá cancelación de fuerzas y experimentarás 10 bolas de bolos con peso en tu mano en general. Puede hacer esto parcialmente encendiendo una máquina de vacío extremadamente fuerte mientras presiona la abertura en el extremo de la manguera directamente contra el dorso de su mano. La máquina de vacío aspira y elimina el aire que presionaba en el dorso de la mano, lo que permite que la mano en general sienta la fuerza descendente de la presión del aire en la palma de la mano. Probablemente describiría esta experiencia como la manguera que succiona su mano hacia abajo hacia ella, y por lo tanto diría que la fuerza que siente su mano en general es una fuerza de tracción ejercida por la manguera. En realidad, el peso del aire por encima de su mano empuja su mano hacia abajo hacia la manguera de vacío y es la fuente de la fuerza.
Cada vez que hablamos de succión, realmente nos referimos a eliminar el aire de un lado de un objeto para que el inmenso peso del aire en la atmósfera pueda ser experimentado por el objeto en general sin ser cancelado. Cada vez que ha tenido dificultades para quitar una ventosa de una ventana, esa fuerza de resistencia que está experimentando es literalmente el peso del aire de la atmósfera aplastándolo contra el vidrio. Si la ventosa es grande y tiene un buen sellado, no será lo suficientemente fuerte como para arrancar directamente la ventosa. En pocas palabras, no es lo suficientemente fuerte como para oponerse a la fuerza del aire que aplasta la ventosa contra el vidrio. Sin embargo, puede sacar la ventosa de la ventana fácilmente dejando que el aire atmosférico llegue al otro lado de la ventosa. Coloque un lápiz o alfiler entre la copa y el vidrio para romper el sello, dejando que el aire fluya detrás de la ventosa. Una vez que esto sucede, las fuerzas en la copa del aire en ambos lados se cancelan entre sí y la copa ya no se aplasta contra el vidrio. Con estos conceptos en mente, ahora debería ser obvio que las ventosas no funcionan en el vacío del espacio.
Incluso cuando la fuerza del aire en el dorso de tu mano cancela la fuerza del aire en la palma de tu mano, tu mano sigue siendo aplastada en el medio entre estas dos fuerzas opuestas. Afortunadamente, también hay presión dentro de la mano dirigida hacia el exterior que cancela la fuerza interna de la presión del aire. Como resultado, no hay fuerza neta en la superficie de su mano. La presión interna no es causada por el aire, sino por el agua atrapada. La presión interna del cuerpo se crea y mantiene al tener células semirrígidas que se bombean con agua utilizando las fuerzas de atracción químicas entre el agua y los iones, como el sodio. Cada célula es un poco como un globo de agua. Si bombeas agua en un globo, la presión interna del agua puede anular la presión externa del aire y el globo mantiene su forma sin ser aplastado.
Si hace que un contenedor quede hermético al aire y luego reduce su presión interna para que el efecto de cancelación desaparezca, el peso del aire atmosférico es lo suficientemente fuerte como para aplastar internamente el contenedor. Por ejemplo, tome un barril de metal vacío y caliéntelo con la tapa quitada para que el aire dentro del barril se caliente, se expanda y se escape parcialmente. Ahora, coloque la tapa firmemente y coloque el barril en un charco de hielo. A medida que el aire restante en el cañón se enfría, pierde su presión y ya no es capaz de cancelar la presión de aire fuera del cañón. Como resultado, el cañón implosiona.
Tenga en cuenta que incluso si la presión interna del cuerpo y la presión de aire externa no son exactamente iguales y, por lo tanto, no se anulan entre sí, la mayoría de los tejidos en su cuerpo son lo suficientemente fuertes como para soportar la fuerza neta resultante. Por ejemplo, si colocas a un humano en el vacío del espacio sin un traje espacial, habrá la presión interna normal del cuerpo, pero no la presión de aire externa para cancelarla. A pesar de esta diferencia, tal persona no explotará ya que la piel es lo suficientemente fuerte como para soportar la presión. La exposición al vacío de hecho daña a los humanos e incluso causa la muerte después de unos minutos, pero no hace que los humanos exploten por la diferencia de presión.
Temas: aire, presión de aire, atmósfera, presión