Presión, presión atmosférica e hidrostática y principio de Pascal (prensa hidráulica)

¿Por qué duele más un pisotón con tacón de aguja que con tenis? ¿Cómo puede una persona levantar un auto con un gato hidráulico? Las dos respuestas tienen que ver con la presión y con el principio de Pascal.

En tu libro: este tema está en las páginas 115 a 118 y 290 a 295 de Saberes y pensamiento científico. Segundo grado (SEP).

Qué es la presión

La presión es la fuerza que actúa sobre cada unidad de área:

$$P = \frac{F}{A}$$

Se mide en pascales (Pa): $1 \text{ Pa} = 1 \text{ N/m}^2$, en honor a Blaise Pascal. Es una magnitud escalar.

• Misma fuerza, menor área → mayor presión. Por eso cortan los cuchillos afilados y duele el tacón de aguja.
• Misma fuerza, mayor área → menor presión. Por eso una persona puede acostarse en una cama de clavos: su peso se reparte entre cientos de clavos. Si se parara en un pie, el área se reduciría y la presión de cada clavo aumentaría mucho (página 291).

Ejemplo: una persona de 600 N de peso se para sobre dos zapatos que juntos cubren 0.04 m²:

$$P = \frac{600}{0.04} = 15\,000 \text{ Pa}$$

Si se para de puntitas sobre 0.004 m², la presión es diez veces mayor: 150 000 Pa.

Presión atmosférica

El aire también pesa. La presión atmosférica es la presión que ejerce la capa de aire sobre todo lo que está en la superficie. Es máxima al nivel del mar (unos 101 300 Pa) y disminuye con la altura, porque arriba queda menos aire. En la Ciudad de México, a 2 240 m, es de alrededor de 78 000 Pa.

El vaso volteado (página 292): si llenas un vaso con agua, lo tapas con una hoja y lo volteas, el agua no se cae. Nota: el libro lo atribuye al “aire en movimiento debajo de la hoja”; en realidad lo sostiene la presión atmosférica que empuja la hoja hacia arriba (ayudada por la tensión superficial del agua).

Presión hidrostática

Es la presión que ejerce un líquido sobre los objetos sumergidos. Aumenta con la profundidad porque hay más líquido encima:

$$P = \rho \cdot g \cdot h$$

donde $\rho$ es la densidad del líquido, $g = 9.81$ m/s² y $h$ la profundidad. No depende de la forma ni del volumen del recipiente, solo de la profundidad.

La botella con agujeros (página 293): al perforar una botella abierta a distintas alturas, el chorro de abajo sale más lejos, porque ahí la presión es mayor. Si tapas la botella, el agua deja de salir pronto, porque no puede entrar aire a reemplazarla.

Ejemplo: a 10 m de profundidad en agua dulce, $P = 1\,000 \times 9.81 \times 10 = 98\,100$ Pa, casi lo mismo que toda la atmósfera. Por eso a un buzo le duelen los oídos al bajar.

El principio de Pascal

La presión que se aplica a un fluido encerrado se transmite por igual a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente.

Lo ves al apretar un tubo de pasta de dientes o el émbolo de una jeringa, y en la esfera de Pascal, que lanza chorros con la misma fuerza por todos sus agujeros (página 295).

La prensa hidráulica

Tiene dos émbolos de distinto tamaño conectados por un líquido. Como la presión es la misma en ambos:

$$\frac{f}{a} = \frac{F}{A} \qquad\Longrightarrow\qquad F = f \cdot \frac{A}{a}$$

Una fuerza pequeña sobre el émbolo chico produce una fuerza grande en el émbolo grande. La fuerza se multiplica tantas veces como el área grande es mayor que la chica.

Ejemplo: en un gato hidráulico el émbolo chico mide 5 cm² y el grande 500 cm². Para levantar un auto de 12 000 N:

$$f = F \cdot \frac{a}{A} = 12\,000 \times \frac{5}{500} = 120 \text{ N}$$

Basta una fuerza de 120 N, como cargar unos 12 kg. A cambio, el émbolo chico debe recorrer 100 veces más distancia que el grande.

Aplicaciones (páginas 116 a 118)

• Gatos y elevadores hidráulicos en talleres.
• Frenos de autos y motos: al pisar el pedal, la presión viaja por el líquido de frenos y empuja las pastillas contra los discos con mucha fuerza.
• Maquinaria pesada: palas mecánicas, grúas y prensas.
• Amortiguadores de autos y del tren de aterrizaje de los aviones: el aceite pasa por canales pequeños y suaviza los golpes.
• Las puertas de algunos autobuses.

Comprueba lo aprendido

1. Una caja de 200 N se apoya sobre una cara de 0.5 m². ¿Qué presión ejerce?Ver respuestaOcultar respuesta

$P = \dfrac{200}{0.5} = 400$ Pa.

2. ¿Por qué los vehículos para nieve usan orugas anchas?Ver respuestaOcultar respuesta

Para aumentar el área de contacto y reducir la presión sobre la nieve, así no se hunden.

3. En una prensa hidráulica, el émbolo grande tiene 20 veces el área del chico. Si se aplican 50 N en el chico, ¿qué fuerza se obtiene?Ver respuestaOcultar respuesta

$F = 50 \times 20 = 1\,000$ N.

4. ¿Dónde es mayor la presión atmosférica, en Veracruz o en Toluca?Ver respuestaOcultar respuesta

En Veracruz, que está al nivel del mar. Toluca está a unos 2 600 m de altura y tiene menos aire encima.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios resueltos de hidrostática

Temas relacionados: densidad y principio de Arquímedes y leyes de Newton en el curso de Saberes y pensamiento científico 2.

Referencias

• Secretaría de Educación Pública (2025). Colección Sk’asolil. Saberes y pensamiento científico. Segundo grado. SEP, pp. 115-118 y 290-295.
• Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual. Pearson.
• Tippens, P. E. (2011). Física. Conceptos y aplicaciones. McGraw-Hill.

Ver libro de texto (SEP)