Pressão atmosférica: valor normal, como medi-lo, exemplos - Ciência - 2023

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o Pressão atmosférica é causado pelo peso dos gases que constituem a atmosfera na superfície da Terra. A massa da atmosfera é estimada em cerca de 5 x 10¹⁸ kg e todos os seres vivos estão sujeitos à pressão que esta massa exerce.

O primeiro a medi-lo foi o cientista italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). Em 1644, ele realizou uma experiência simples, mas muito engenhosa: ele encheu um tubo de vidro fechado em uma das extremidades com mercúrio, inverteu-o e derramou-o em um recipiente que também continha mercúrio.

Torricelli observou que o tubo não se esvaziou completamente, mas foi preenchido com mercúrio até uma altura de 76 cm. Surpreso, fez vários testes com tubos de diferentes formatos, obtendo sempre o mesmo resultado.

Desta forma, Torricelli percebeu que a pressão atmosférica aumentava e manteve a coluna de mercúrio dentro do tubo a uma altura de 760 mm. Desta forma, o valor médio da pressão atmosférica é estabelecido.

Uma vez que a pressão é definida como força por unidade de área, as unidades de pressão atmosférica no Sistema Internacional são newton / metro ou pascal, que é abreviado como Pa. Portanto, neste sistema, a pressão atmosférica P_atm tem um valor de:

P_atm = 101.354,8 Pa

Este é o valor normal da pressão atmosférica a 0 ºC e ao nível do mar.

Pressão atmosférica ao nível do mar e outras variações

Em teoria, o valor máximo da pressão atmosférica está apenas ao nível do mar. Embora haja tanta variabilidade nesse nível, os especialistas precisam definir algum sistema de referência para ajudá-los a determinar seu valor.

Aqui estão os principais fatores que afetam o valor da pressão atmosférica em um determinado local da Terra:

-Altitude: para cada 10 metros de altura, a pressão diminui em 1 mm de Hg. Mas também acontece que a densidade do gás que compõe a atmosfera não é constante. Em princípio, conforme a altitude aumenta, a densidade do ar diminui.

–Temperatura: obviamente, em temperaturas mais altas a densidade diminui e o ar pesa menos, portanto, o valor da pressão diminui.

–Latitude: A pressão atmosférica é mais baixa nas latitudes equatoriais, porque a Terra não é uma esfera perfeita. A costa do equador está mais distante do centro da Terra do que os pólos e aí a densidade do ar também é menor.

–Continentalidade: quanto mais se desloca para o interior dos continentes, maior é a pressão atmosférica, enquanto nas zonas costeiras a pressão é menor.

Variação da pressão atmosférica com a altura

o equação altimétrica que relaciona a pressão atmosférica P de um lugar com sua altura z acima do nível do mar, tem esta forma:

Aqui P_ou é a pressão existente na altura inicial ou de referência, que normalmente é medida ao nível do mar, ρ_ou a densidade do ar ao nível do mar e g o valor da aceleração da gravidade. Mais adiante, na seção de exercícios resolvidos, está a dedução passo a passo.

Como a pressão atmosférica é medida?

A pressão atmosférica é medida com o barômetro. O mais simples é como o que Torricelli construiu à base de mercúrio. A inclinação do tubo ou o diâmetro não altera a altura da coluna de mercúrio, a menos que fatores climáticos sejam responsáveis por isso.

Por exemplo, nuvens se formam em regiões de baixa pressão. Portanto, quando a leitura do barômetro cai, é uma indicação de que o mau tempo está chegando.

Na verdade, outros líquidos também podem ser usados em vez de mercúrio, por exemplo, um barômetro de água pode ser feito. O problema é que o tamanho do pilar é de 10,33 m, pouco prático para ser transportado.

Existem também instrumentos que medem a pressão mecanicamente - através de deformações em tubos ou espirais -: barômetros aneróides emedidores de pressão. Eles podem medir a diferença de pressão entre dois pontos ou também medir uma pressão tomando a pressão atmosférica como referência.

Unidades de pressão

O valor de pressão normal é usado para definir uma nova unidade de pressão: a atmosfera, abreviado atm. A pressão atmosférica é de 1 atm; desta forma, outras pressões podem ser expressas em termos de pressão atmosférica, que é um valor muito familiar para todos:

1 atm = 101,293 Pa

A tabela a seguir mostra as unidades mais utilizadas em ciência e engenharia para medir a pressão e a equivalência correspondente em pascais:

Unidade	Equivalência em pascal
N / m²	1
atm	101.355
mm Hg	133,3
lb / in²	6894,76
bar	1x 10⁵

Pressão hidrostática, absoluta e manométrica

Na superfície livre de um líquido em equilíbrio estático e aberto à atmosfera, a pressão atmosférica atua. Mas nos pontos internos do líquido, é claro que o peso da coluna de fluido atua.

O peso da coluna depende de sua altura e da densidade do líquido, que assumiremos constante, assim como a temperatura. Neste caso, a pressão P é:

P = ρ. g. z

Esta é a pressão hidrostática em qualquer ponto dentro de um fluido com densidade constante e é diretamente proporcional à profundidade z fluido.

Enquanto à pressão absoluta P_abdômen em um fluido em repouso, é definido como a soma da pressão atmosférica P_atm e a pressão hidrostática P:

P_abdômen = P_atm + P

Finalmente, a pressão manométrica P_homem em um fluido em repouso é a diferença entre a pressão absoluta e atmosférica e neste caso é equivalente a medir a pressão hidrostática:

P_homem = P_abdômen - P_atm

Exemplos

A força que a atmosfera exerce sobre o corpo

A magnitude da força total exercida pela atmosfera em um corpo humano pode ser estimada. Suponha que o corpo tenha uma área de superfície de aproximadamente 2 m²Uma vez que a pressão é definida como força por unidade de área, podemos resolver e calcular a força:

P = F / A → F = P. A

Para este cálculo, usaremos o valor normal da pressão atmosférica que foi estabelecido no início:

F = 101.354,8 Pa x 2 m² = 202.710 N

Esse resultado equivale a mais ou menos 20 toneladas de força, mas não representa um problema para os seres vivos que habitam a superfície da Terra, que se adaptam a isso, assim como os peixes do mar.

Embora seja uma força bastante grande. Como é que não entramos em colapso antes disso?

Bem, a pressão dentro do corpo é igual à pressão externa. Não entramos em colapso porque a força interna é equilibrada por outra força externa. Mas algumas pessoas são afetadas pela altitude e podem sangrar pelo nariz ao escalar montanhas muito altas. É porque o equilíbrio entre a pressão arterial e a pressão atmosférica foi perturbado.

Bebericando bebidas com canudo

A pressão atmosférica permite beber refrigerante com canudo. Os sumérios e outras culturas antigas descobriram que podiam beber cerveja usando caules ocos de plantas ou juncos como canudos.

Muito mais tarde, no final do século 19 e no início do século 20, vários modelos de canudos foram patenteados nos Estados Unidos, incluindo aqueles com cotovelo em forma de acordeão, amplamente utilizados hoje.

Funcionam assim: À medida que o líquido é absorvido pelo canudo, a pressão acima do líquido no canudo é reduzida, fazendo com que a pressão abaixo, que é mais elevada, empurre o líquido para cima para ser bebido facilmente.

Por esse motivo, após a extração ou cirurgia dentária, não é aconselhável sorver líquidos dessa forma, pois a diminuição da pressão pode fazer com que a ferida se abra e comece a sangrar.

Exercícios

- Exercício 1

Derive a equação altimétrica P (z):

-Po é a pressão no nível de referência (nível do mar)

-z é a altura

-ρ_ou é a densidade do fluido ao nível do mar

-g é o valor da aceleração da gravidade

Solução

Em primeiro lugar, vamos dp uma pressão diferencial, que de acordo com a equação fundamental da hidrostática é expressa como:

dp = - ρ.g.dz

O sinal menos leva em consideração o fato de que a pressão diminui com o aumento z. O ar também será considerado um gás ideal, portanto, a pressão e a densidade estão relacionadas por:

p = ρ.R.T / M

ρ = (M / RT). p

A densidade é imediatamente substituída para obter:

dp = - (M / RT) .p.g.dz

Agora, escrever a pressão desta forma assume que a atmosfera está dividida em camadas de altura dz, algo como uma pilha de panquecas, cada uma com pressão dp. Desta forma, obtém-se uma equação diferencial que se resolve separando as variáveis p Y z:

dp / p = - (M / RT) .g.dz

Em seguida, é integrado em ambos os lados, o que equivale a adicionar as contribuições de pressão feitas por cada camada. No integral esquerdo é feito a partir de uma pressão P_ouinicial, até uma pressão P final. Da mesma forma, a integral à direita é avaliada a partir de z_ou até z:

ln (P / P_ou) = - (M / RT) .g. (Z-z_ou)

O seguinte é resolver para P usando o exponencial:

Finalmente, se ambos T Como g eles permanecem constantes, ρ_ou= (M / RT)P_ou, então M / RT = ρ_ou/ P_ou,e também pode ser feito z_ou = 0. Juntando tudo:

- Exercício 2

Qual é o valor da pressão atmosférica em La Paz, Bolívia localizada a 3640 m acima do nível do mar? Tome como densidade média do ar o valor de 1.225 kg / m³ ao nível do mar.

Solução

Basta substituir os valores numéricos dados na equação altimétrica:

Em conclusão, é cerca de 66% da pressão normal.

Referências

Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 5. Fluidos e termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6ª edição resumida. Cengage Learning.
A atmosfera padrão. Recuperado de: av8n.com
Sevilla University. Variação da pressão atmosférica. Recuperado de: laplace.us.es.
Wikipedia. Equação hipsométrica. Recuperado de: es.wikipedia.org.
Wikipedia. Pressão atmosférica. Recuperado de: es.wikipedia.org.