Fisica General Burbano

AEROSTÁTICA 261
Los gases gozan de la propiedad de la expansión, es decir, ocupar el volumen y adoptar la
forma de la vasija en que están contenidos; a diferencia de los líquidos, son altamente compresibles.
Los mismos teoremas y consecuencias estudiados en la hidrostática, considerando los líquidos
como fluidos perfectos, son aplicables a los gases, constituyendo esta parte de la mecánica la AE-
ROSTÁTICA o estudio de los gases en equilibrio.
La atmósfera terrestre está formada por una mezcla de gases, cuya composición media en las
capas más bajas indicamos en la tabla adjunta; existen además pequeñísimas cantidades de otros
gases nobles y de ozono, así como cantidades variables de vapor de agua.
Para los gases llamaremos DENSIDAD RELATIVA a la relación entre la masa de un gas y la masa del
mismo volumen de otro, que se toma como tipo de comparación, en las mismas condiciones de
presión y temperatura.
Se suele tomar como gas de referencia el aire. De la definición anterior obtenemos:
COMPOSICIÓN MEDIA DEL AIRE EN LA
ATMÓSFERA EN SUS CAPAS
MÁS BAJAS
ELEMENTO % PESO
Nitrógeno 75,529
Oxígeno 20,932
Argón 0,933
CO 2
0,033
d
r
masa gas Vr
r
= = = ⇒ r = d
masa aire Vr
r
aire
aire
r
r
aire
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
Si consideramos los gases en condiciones normales (0º C de temperatura y 1 atm de presión)
al ser la masa específica normal del aire; r aire
= 1,293 kg/m 3 queda finalmente: r 0
= d r
× 1,293 kg/m 3 .
El valor de la densidad relativa de un gas es independiente de la presión y la temperatura ya
que el cociente r/r aire
, es siempre el mismo para un determinado gas si está a la misma presión y
temperatura que el aire.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA: Un cuerpo cualquiera en la atmósfera está sometido a fuerzas perpendiculares
a su superficie en todos sus puntos y de sentido hacia el interior del cuerpo, originadas por
el aire que rodea la Tierra.
Evangelista Torricelli (1603-1647) en 1643 realizó la experiencia que lleva su nombre, y que
describimos a continuación, de la que derivó el descubrimiento del barómetro y con él la medida
de la presión atmosférica.
Se toma un tubo de más de 76 cm de longitud, de cualquier sección, abierto por un extremo y
cerrado por el otro; se llena completamente de mercurio y tapando su extremo abierto, se invierte
y se introduce en una cubeta con mercurio. Al destapar la parte inferior se observa un descenso en
la columna de mercurio (Fig. XII-28) hasta quedar a una altura de aproximadamente 76 centímetros
con respecto al nivel del mercurio en la cubeta, si la experiencia se ha hecho al nivel del mar.
Consideremos dos puntos A y B; el primero en la superficie del mercurio externo y el segundo al
mismo nivel dentro del tubo. Por el teorema general de hidrostática tenemos: p A
= p B
. Pero siendo
p A
la presión atmosférica, queda demostrado que la presión atmosférica normal, es igual al peso
de una columna de mercurio, que tiene por base un cm 2 y por altura 76 cm. Su valor es:
H = 0,76 × 13 600 × 9,8 Pa = 101 300 Pa.
Si extendemos horizontalmente la mano, sobre cada uno de los centímetros cuadrados de ella
actúa una fuerza de más de un kilogramo; por pequeña que sea la mano, sobre ella gravitarán más
de 50 kp. Se puede sostener tal peso puesto que la fuerza debida a la presión atmosférica actúa en
todas las direcciones y sentidos y 50 kp de arriba a abajo, vienen contrarrestados por 50 kp de
abajo a arriba (Fig. XII-29).
Por tal razón se puede invertir un vaso lleno de agua, en cuya boca se ha puesto una cartulina
y soltar ésta sin que se caiga el agua ni la cartulina. La presión atmosférica actuando de abajo a
arriba sostiene a la cartulina y al agua (Fig. XII-29).
Para la medida de la presión atmosférica en cualquier lugar se emplean los BARÓMETROS.
El barómetro de Fortin es análogo al aparato empleado en la experiencia de Torricelli, con pequeñas
variaciones que facilitan la observación. Para efectuar la medida de la altura de la columna
barométrica, lleva una escala de latón. Con objeto de enrasar el cero de la escala con el nivel del
mercurio de la cubeta, el fondo de ésta es de gamuza y se acciona por medio de un tornillo. Se
consigue el enrase perfecto cuando una punta de marfil (Fig. XII-30) toca justamente con su vértice
al mercurio exterior. Verificado el enrase, se hace la lectura en la escala.
El barómetro metálico de Bourdon (Fig. XII-31) es un tubo metálico encorvado, en cuyo interior
se ha hecho el vacío, que se curva más o menos cuando aumenta o disminuye la presión atmosférica.
En el barómetro de Vidi (Fig. XII-32), el centro de la tapa ondulada de la caja A (en
cuyo interior se ha hecho el vacío), asciende o desciende según disminuya o aumente la presión
atmosférica. Las variaciones de la curvatura del tubo o de la altura del centro de la caja, modifican
la posición de una aguja, que señala en un limbo graduado, el valor de la presión atmosférica.
Generalmente la graduación de los limbos se hace en divisiones equivalentes a la presión de
un cm o un mm de mercurio en el barómetro de cubeta.
El barógrafo, sirve para registrar las presiones correspondientes a un lapso de tiempo; es un
barómetro metálico, cuya aguja termina en una plumilla, que se apoya en un cilindro, sobre el cual
se enrolla un papel; el cilindro gira movido por un aparato de relojería y la plumilla dibuja las presiones
correspondientes a cada instante.
PROBLEMAS: 68al 72.
Fig. XII-28.– Experiencia de Torricelli.
Fig. XII-29.– Experiencias que ponen
de manifiesto la fuerza debida a
la presión atmosférica.
Fig. XII-30.– Barómetro de Fortin.