Presión atmosférica

La presión atmosférica , también conocida como presión del aire o presión barométrica (por el 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 kPa (1013,25 hPa ) , que es equivalente a 1013,25 milibares , 760 torr (o aproximadamente 760 mmHg ), aproximadamente 29,9212 inHg o aproximadamente 14,696 psi . ^{[ 1 ]} 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 aproximadamente una atm.      

En la mayoría de los casos, 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 , disminuye la masa atmosférica suprayacente, por lo que la presión atmosférica disminuye con 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 gravitatoria de la Tierra en función de la altitud puede aproximarse como constante y contribuye poco a esta disminución. La presión mide la fuerza por unidad de área, con unidades del SI de pascales (1 pascal = 1 newton por metro cuadrado , 1 N/m² ⁾ . En promedio, una columna de aire con un área de sección transversal de 1 centímetro cuadrado (cm² ⁾ , medida desde el nivel medio del mar hasta la parte superior de la atmósfera terrestre, 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/cm² ^o 101 kN /m² ⁽ 101 kilopascales, kPa). Una columna de aire con un área de sección transversal de 1 pulgada ^cuadrada tendría un peso de aproximadamente 14,7 lbf , lo que resulta en una presión de 14,7 lbf/ ^in² .       

La presión atmosférica es causada por la atracción gravitatoria del planeta sobre los gases atmosféricos situados sobre su superficie y depende de la masa del planeta, el radio de la superficie y la cantidad y composición de los gases, así como de su distribución vertical en la atmósfera. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Se ve modificada por la rotación planetaria y efectos locales como la velocidad del viento, las variaciones de densidad debidas a la temperatura y las variaciones en la composición. ^{[ 4 ]}

La presión media a nivel del mar (PMSM) es la presión atmosférica a nivel medio del mar . Esta es la presión atmosférica que normalmente se proporciona en los informes meteorológicos a través de meteorólogos en la radio, la televisión, los periódicos o Internet . ^{[ 5 ]}

En aviación, el ajuste del altímetro es un ajuste de la presión atmosférica.

La presión media a nivel del mar es de 1013,25 hPa (29,921 inHg; 760,00 mmHg) . En los informes meteorológicos de aviación ( METAR ), el QNH se transmite en todo el mundo en hectopascales o milibares (1 hectopascal = 1 milibar). En Estados Unidos , Canadá y Japón, el ajuste del altímetro 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 que se transmite 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 los 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. Un sistema que transmite los últimos tres dígitos transmite el mismo código (800) para 1080,0 hPa que para 980,0 hPa.        

La mayor presión a nivel del mar en la Tierra se produce en Siberia , donde el anticiclón siberiano suele alcanzar una presión superior a 1050 hPa (15,2 psi; 31 inHg) , con máximos históricos cercanos a 1085 hPa (15,74 psi; 32,0 inHg) . La menor presión medible a nivel del mar se encuentra en los centros de los ciclones tropicales y los tornados , con un mínimo histórico de 870 hPa (12,6 psi; 26 inHg) .         

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

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

El valor promedio 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 ubicaciones por encima o por debajo de este. La presión promedio a nivel medio del mar ( NMM ) en la Atmósfera Estándar Internacional ( AEI ) es de 1013,25 hPa, o 1 atmósfera (atm), o 29,92 pulgadas de mercurio.

La presión (P), la masa (m) y la aceleración debida a la gravedad (g) se relacionan mediante la fórmula 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 situada sobre ese punto.

La presión atmosférica en la Tierra varía con la altitud, por lo que suele ser menor en las montañas que a nivel del mar. La presión varía gradualmente desde la superficie terrestre hasta la parte superior de la mesosfera . Si bien 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, disminuye la presión atmosférica. Es posible calcular la presión atmosférica a una altitud determinada. ^{[ 9 ]} La temperatura y la humedad también afectan la presión atmosférica. La presión es proporcional a la temperatura e inversamente proporcional a la humedad, y ambas son necesarias para obtener un valor preciso. El gráfico se elaboró ​​para una temperatura de 15  °C y una humedad relativa del 0 %.

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

Los valores en estas ecuaciones son:

La presión atmosférica varía ampliamente en la Tierra, y estas diferencias son importantes para el estudio del tiempo y el clima . Algunas variaciones de presión son muy regulares. Una fuente importante de variación son las mareas atmosféricas . Las mareas atmosféricas son más intensas en las zonas tropicales, con una amplitud de unos pocos hectopascales, y prácticamente nulas en las zonas polares. Las variaciones de presión debidas a las mareas tropicales consisten principalmente en dos armónicos 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 los 750 metros fue de 1084,8 hPa (32,03 inHg; 1,0706 atm) , 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 los 750 metros fue en Agata, en el Okrug Autónomo de Evenk , Rusia (66°53' N, 93°28' E, elevación: 261 m, 856 ft ), el 31 de diciembre de 1968 de 1083,8 hPa (32,005 inHg) . ^{[ 11 ]} La discrepancia se debe a una suposición problemática (un gradiente estándar ) asociada con la normalización de las mediciones de presión en elevaciones altas al nivel del mar estándar; A mayores altitudes, la conversión se vuelve progresivamente menos precisa, y para fines de registro, 750 m es el umbral arbitrario para una precisión adecuada. ^{[ 10 ]}          

El Mar Muerto , la superficie marina más baja de la Tierra, a 430 metros (1410 pies) por debajo del nivel del mar, tiene una presión atmosférica típica correspondientemente alta de 1065 hPa. ^{[ 12 ]} El 21 de febrero de 1961 se estableció un récord de presión superficial por debajo del nivel del mar de 1081,8 hPa (31,95 inHg; 1,0677 atm). ^{[ 13 ]}     

La presión atmosférica no tornádica más baja jamás medida fue de 870 hPa (26 inHg; 0,86 atm) , registrada el 12 de octubre de 1979, durante el tifón Tip en el 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 ejercida por el peso de una columna de agua dulce de aproximadamente 10,3 m (33,8 pies) . Por lo tanto, un buceador a 10,3 m de profundidad experimenta una presión de aproximadamente 2 atmósferas (1 atm de aire más 1 atm de agua). En consecuencia, 10,3 m es la altura máxima a la que se puede elevar el agua mediante succión en condiciones atmosféricas estándar.        

Las bajas presiones, como las de las tuberías de gas natural , a veces se especifican en pulgadas de agua , generalmente escritas como wc (columna de agua) manométrica o wg (pulgadas de agua) manométrica. 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 . Las unidades métricas similares con una amplia variedad de nombres y notaciones basadas en milímetros , centímetros o metros se usan ahora con menos frecuencia.    

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 cual 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 menor a menor presión y mayor a mayor presión. Cocinar a gran altitud, por lo tanto, requiere ajustes a las recetas ^{[ 16 ]} o cocción a presión . Una aproximación aproximada de la altitud se puede obtener midiendo la temperatura a la cual hierve el agua; a mediados del siglo XIX, este método fue utilizado por los exploradores. ^{[ 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 presión. En 1774, Nevil Maskelyne estaba confirmando la teoría de la gravitación de Newton en el monte Schiehallion , en Escocia, y necesitaba medir con precisión las elevaciones en sus laderas. Este evento se conoce como el experimento de Schiehallion . William Roy , utilizando la presión barométrica, pudo confirmar las determinaciones de altura de Maskelyne; la concordancia fue de un metro (3,28 pies). Este método se convirtió y sigue siendo útil para trabajos de topografía y cartografía. ^{[ 18 ]}

• Mapa actual de la presión media global a nivel del mar. Archivado el 8 de febrero de 2017 en Wayback Machine.
• Atmósfera estándar de 1976 de la NASA
• Código fuente y ecuaciones para la Atmósfera Estándar de 1976. Archivado el 15 de julio de 2011 en Wayback Machine.
• Un modelo matemático de la atmósfera estándar de EE. UU. de 1976.
• Calculadora que utiliza múltiples unidades y propiedades para la atmósfera estándar de 1976. Archivada el 22/04/2011 en Wayback Machine.
• Calculadora que proporciona la presión atmosférica estándar a una altitud específica, o la altitud a la que una presión sería estándar. Archivado el 26/02/2011 en Wayback Machine.
• Calcular la presión a partir de la altitud y viceversa. Archivado el 7 de septiembre de 2021 en Wayback Machine.