Download UNIDAD IV PRESION ATMOSFERICA 4.1. INTRODUCCION La

FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
UNIDAD IV
PRESION ATMOSFERICA
4.1. INTRODUCCION
La presión atmosférica, se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un
líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie, la presión suele medirse en
atmósferas, en el sistema internacional de medidas, la presión se ejerce en Newtons/m2 = 1
Pascal (Pa), 101.325 Pa y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional.
La atmósfera, envoltura gaseosa de la tierra, es un cuerpo elástico y expansible como tal
está sujeto a a acción de la gravedad y por consiguiente también pesado y debido a eflo
ejerce una fuerza sobre todos los cuerpos sumergidos en él.
En la atmósfera, las capas superiores presionan sobre las capas inferiores comprimiéndolas
de esta forma a nivel del mar, la presión es mayor; los gases de la atmósfera por su
propiedad de expansión tienden a difundirse en el espacio, sin embargo la atracción
terrestre los mantiene sobre la superficie del planeta, su valor es mayor, cuando más cerca
esté del suelo; sin embargo, esta presión externa no se percibe por que se equilibra dentro
de ciertos límites, con la presión interna ejercida por los líquidos y gases del organismo.
Los seres vivientes no nos percatamos de la existencia de esta presión, pero siempre
estamos sometidos a su acción. Basta elevarnos a grandes alturas donde la presión
atmosférica es menor, para experimentar sensaciones nuevas (molestias en los oídos) que
nos revelan la variación de la presión.
La presión atmosférica, es el peso de la atmósfera o aire sobre el suelo, es una indicadora
de la posibilidad de lluvias; así una mayor presión atmosférica denota una atmósfera más
pesada o cargada de humedad que requiere tan solo de un enfriamiento para condensarse y
precipitar.
La propiedad de la atmósfera fue descubierta por Evangelista Torrycelly en 1643 y
confirmada por Pascal en 1648 con el mismo experimento, comprobaron además, que
conforme se va elevando con respecto a un punto de la superficie, la columna de mercurio
disminuía en su longitud.
La presión del aire en determinado lugar, es una fuerza que se ejerce en todas direcciones,
como consecuencia de todo el peso del aire que está encima de él. Los constantes y
complejos movimientos del aire, sus cambios de temperatura y de su contenido de vapor de
agua son sucesos del tiempo que obedecen a un cambio continuo del peso del aire que se
tiene encima, no notamos, porque esos continuos cambios en la presión o peso del aire, no
son perceptibles por nuestros sentidos.
El estudio de a presión atmosférica adquiere importancia como elemento del clima, cuando
se ana- liza la presión, entre dos localidades vecinas que determinan la dirección y
velocidad del viento.
Sobre la superficie de la tierra se extiende una capa gaseosa llamada atmósfera, aunque en
la proximidad de la superficie terrestre predomina el Nitrógeno y el Oxígeno, las
proporciones relativas de los distintos gases varían con la altura. La masa gaseosa ejerce
una presión sobre los cuerpos que se encuentran en su interior y se llama presión
atmosférica.
____________________________________________________________________________
76
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
Para comprobar la presión atmosférica se llena un vaso de agua, el borde se cubre con una
hoja de papel, sin dejar aire en el interior, al voltear el vaso o recipiente se observa que no
cae el papel y por consiguiente el agua, en esta experiencia indicamos que existe una
presión de abajo hacia arriba que equilibra la presión hidrostática del agua.
4.2. PRESIÓN
PRESION NORMAL
Es la presion atmosferica que al nivel del mar a cero grados centigrados de temperatura, a
la gravedad existente de 45 grados de latitud, equilibrada por el peso de una columna de
Hg. cuya densidad es de 13.595 gr/cm2 y de 76 cm. de altura recibe el nombre de presión
normal y su vaior es (76 cm x 13.595 gr/cm3 = 1,033 gr/cm2. o 1,013 mb.
La presión atmosférica de 1033 gr/cm2, equivale a 1 .033 Kg./cm2 y se conoce con el
nombre de “una terr atmósfera” (sobre el cuerpo humano se ha evaluado en 20,000 Kg. Esta
presión es equilibrada por la presión interna del organismo), debido a que ejerce sobre toda
la superficie y se trasmite uniformemente en todas direcciones.
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN
La presión en un lugar determinado, se puede expresar como si fuera la suma de los pesos
de las La diferentes capas de aire que sobre él descansan. Si varía la densidad de estas
capas, tanto su peso y la presión junto al suelo se modifican, estas variaciones pueden ser
debidas a causas térmicas y con mecánicas.
Asi tenemos que al calentarse una porcion de la superficie terrestre en grado mayor que la
circundante, da lugar a que se produzca un movimiento convectivo de aire, originando al
mismo tiempo un movimiento centrífugo en las capas superiores. La consecuencia es, que
se produce una variación a de la presión tanto en altura como en la superficie. Así mismo los
movimientos circulares de aire (ciclones o anticiclones), los movimientos ondulatorios
(corrientes jet), el estrechamiento y ensan chamient del pasaje entre montañas por donde
circula una corriente de aire, modifican notablemente la presión.
El aire frío, pesa más que el caliente y éste es uno de los factores que influyen en las
diferencias de Los presión atmosférica a un mismo nivel, además los anticiclones y los
ciclones generan corrientes de aire en sentido vertical que modifican sustancialmente el
valor de la presión atmosférica, circunstan cia que se utiliza en la prevención de la evolución
del tiempo.
La presión del aire sobre la superticte de la tierra, es diferente en ios distintos lugares, esto
se debe a las diferentes cantidades de calor que reciben; cuando el aire se eleva, deja abajo
un área de baja presión, por que al ascender ya no presiona sobre la superficie tan
fuertemente. Cuando el aire adesciende, empuja con más fuerza sobre la superficie
formando áreas de alta presión. La diferencia de presiones hace que el aire se mueva desde
las zonas de presión, más alta a las de presión más baja para tratar de emparejarlas, en la
atmósfera todo consiste en la búsqueda de equilibrio, y esto que genera el viento.
VARIACIÓN DIARIA DE LA PRESiÓN:
La presión varía continuamente por estar la atmósfera constituída por gases, vapor de agua
____________________________________________________________________________
77
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
y oscilacio- cole anes térmicas que también son variables. En los países tropicales, las
variaciones de la presión, son met más regulares en comparación con las localidades
ubicadas en latitudes más alejadas del Ecuador.
Durante el día la presión atmosférica tiene una doble oscilación, es decir, hay dos máximas
y dos - mínimas. La presión sube desde las 04 horas hasta las 10 horas, luego baja hasta
las 16 horas y vuelve a subir hasta las 22 horas, para bajar nuevamente hasta las 04 horas,
como se observa mayor a las diez de la mañana y a las diez de la noche, sin embargo la
marcha diaria de la presión, y no es igual en todas las épocas del año.
En las horas cercanas al medio día o después, como resultado de la intensificación de los
movimientos ascendentes del aire, el polvo y el vapor de agua suben, la radiación solar
disminuye, por eso el valor máximo de la presión se observa, al rededor de las diez de la
mañana y no al medio día.
La diferencia entre la máxima de la mañana y la mínima de la tarde, es la amplitud diurna,
entre la máxima de la noche y la mínima de la mañana, es la amplitud nocturna, la oscilación
es pequeña y se expresa en décimas, la variación diaria de la presión atmosférica se
atribuye a la marcha diaria de la temperatura y posiblemente a la atracción lunisolar.
a Tanto el hombre como los animales, son sensibles a la presión atmosférica y se
manifiestan en forma de trastornos circulatorios en la respiración, en cambio en las plantas
es reducido.
VARIACIÓN ANUAL DE LA PRESIÓN
La variación anual de la presión atmosférica es bastante regular, describiendo una curva
casi recta durante todo el año, notándose un ligero ascenso en julio para inmediatamente
descender en octu bre y permanecer relativamente estable hasta febrero, mesen que
comienza de nuevo su marcha, y con pocas fluctuaciones durante los meses restantes del
año.
El comportamiento que la presión sea máxima al finalizar el invierno y mínimo en verano, se
debe en 1 gran parte a la marcha de la temperatura, esta variación es mayor en invierno, el
aire está frío y por lo tanto más denso, en verano el aire esta caliente y enrarecido y la
presión disminuye.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA PROMEDIO MENSUAL 2002
MESES
MED
ENE FEB
693.0
693.6
MAR
693.5
ABR MAY JUN
693.4
694.4
694.7
JUL
695.1
AGO
SET
OCT NOV DIC
694.5
693.6
692.7
692.9
693.3
4.3. INSTRUMENTOS
Los instrumentos que miden y registran la Presión atmosférica son: El Barómetro y
Barógrafo e respectivamente.
4.3.1. BARÓMETRO
Sirve para determinar la presión atmosférica y es de lectura directa. Los Barómetros están
construi 1 dos de la misma forma y con los mismos elementos utilizados en el experimento
realizado por Torricelly, en la actualidad con accesorios perfeccionados, que dan una mayor
precisión a las observaciones y 5 a la lectura. Su principio, se basa en que el peso de la
____________________________________________________________________________
78
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
columna de mercurio, contrarresta la presión to que la atmósfera ejerce sobre la superficie
libre del mercurio de la cubeta.
En los observatorios meteorológicos se usa únicamente el Barómetro de mercurio por ser el
más exacto. Está formado por un tubo de vidrio (cerca de 1.00 m. de largo) lleno de
mercurio que va colocado en una cubeta, el tubo de vidrio se halla protegido en toda su
longitud por una cubierta metálica, además dispone de un vernier que sirve para enrasar el
menisco de mercurio y facilitar la exactitud de la lectura. El barómetro además lleva adjunto
un termómetro, que permite apreciar la temperatura, al momento de efectuar la lectura
barométrica.
La altura de la columna de mercurio expresado en mm., proporciona la medida de la presión
atmosférica, la primera unidad utilizada para expresar el valor de la presión fue el mm,
unidad de longitud y relativa de presión, que posteriormente, fue reemplazada por el milibar,
unidad convencional de medida.
Barómetro de mercurio
Barómetro de mercurio: 1.- Tubo de vidrio. 2.- Cubierta metálica. 3.- Vernier. 4.- Tornillo de
ajuste. 5.- Termómetro adjunto. 6.- Tornillo de presión. 7.- Depósito de Mercurio. 8.- Tornillo
de transporte
____________________________________________________________________________
79
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
Nivel de Mercurio
MEDIDA DE LA PRESIÓN
La fuerza que ejerce el aire por unidad de área, es la presión atmosférica y su expresión es:
P = FIA
FMxa
Donde: P = Presión expresada en Kg/cm2
A = Es el área expresada en cm2
M = Masa expresada en Kg. o gr.
a = Es la aceleración de gravedad en m!seg2. (980.665 cm/seg2)
E = 13.6 gr/cm3 x 76 cm x 980 cm/seg2
F = 1’000,000 dinas/cm2
Una manera muy generalizada de expresar la presión atmosférica, es indicar a altura de la
columna de mercurio (Hg) que equilibra dicha presión. Esa altura se mide en mm. el valor
normal de la presión así expresado es de 760 mm. al nivel del mar.
La presión atmosférica se expresa en milibares, el mismo que equivale a 1,013.2 mb (un
milibar representa algo más de un gr./cm2) y ejerce una fuerza de 1000,000 dinas/cm2
E ALTURA (m)
0
500
1500
2000
2500
3500
4000
5000
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
MILIBARES
MILlMETROS
760
1013.2
700
933.3
650
866.6
600
800.0
550
733.3
500
666.6
450
600.0
400
533.3
ESCALÓN (m)
10.5
11.4
12.3
13.3
14.5
15.9
17.8
20.0
Fuente: Valdivia Ponce, Jorge
A nivel del mar el Hg. desciende 1 mm., por cada ascenso de 10.52 metros.
La variación de la presión con la altura, en las capas más altas, la presión decrece más
lentamente, a los 5,000 m.s.n.m. la presión se halla reducida a la mitad de su valor al nivel
del mar, a los 10,000 m. aproximadamente es un cuarto y a los 55,000 m. debe ser
____________________________________________________________________________
80
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
prácticamente 0; esto debido a la expansibilidad del aire, a mayor elevación éste se halla
sometido a menor presión y se expande disminuyendo su densidad, consecuentemente se
admite que la presión disminuye con el aumento de altitud.
La presión del aire disminuye con la altura, así como también la densidad, dicha variación es
logarítmica a 5,000 m., la presión se reduce a la mitad (1/2 atmósfera), al tener el aire
siempre la misma proporción de oxigeno si uno se eleva a 5,000 m. respira el mismo
volumen de aire pero su presión parcial es la mitad y la sangre recibirá la mitad de oxígeno,
en este caso se tiene el mal de altura.
EQUIVALENCIAS
1 mb.
= 0,7500100 mm de Hg.
1 mm Hg
= 1,33mb.
760 mm Hg
= 1,013 mb.
750 mm Hg
= 1,000 mb.
1 bar
= 1 000 000 dinas /cm2
1 mh.
= 1000 dinas/cm2
1 mb. corresponde en peso, aproximadamente a 3/4 de mm de Hg/cm2.
En los usos comunes se dice que la presión normal es de 760 mm/Hg. 1 mm. de Hg 3/4 de
Hg.
Las principales correcciones son las siguientes:
TEMPERATURA.- La temperatura, altera la densidad del mercurio al dilatarse o contraerse
y con la por ende la longitud de la columna mercurial, para eliminar esta influencia, se
corrige la presión observada de acuerdo con a temperatura leída en el termómetro adjunto y
el empleo de tablas especiales preparadas sobre la base de la temperatura estándar (cero
grados centígrados). Cuando la lectura del barómetro se hace a temperaturas superiores a
los 0°C, el mercurio estará dilatado y por tanto más alto en el interior del tubo, la corrección
será negativa, es decir deberá restarse de la lectura directa, el valor de la tabla que
corresponde a la temperatura registrada, con el objeto de obtener la lectura normal del
barómetro.
Ejemplo: 07.00 horas, lectura del termometro adjunto 15.4°C; lectura directa del barometro
702.6 mb; la lectura corregida se obtiene restando el valor para la temperatura (para 15.4 =
fl 4.30) entonces la lectura corregida será de 702.6 - 4.3 698.6 mb. Cada
LATITUD.- La fuerza de gravedad aumenta del Ecuador hacia los polos, por lo que, es
necesa ri realizar la corrección, por la aceleración de la gravedad según la latitud.
Polos
Lima
Ecuador
= 9.83 m/seg2
= 9.79 m/seg
= 9.78 m/seg2
Lo que determina una aparente disminución y aumento de la densidad del mercurio, la
corrección por lo tanto sera positiva, por encima de 45 grados de latitud y negativa por
debajo, siendo nula a los 45 grados de latitud.
Ejemplo:
1 Kg. de agua:
____________________________________________________________________________
81
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
En los polos pesa
A 45° pesa
En el Ecuador
= 1002gr.
= 1000 gr.
= 997 gr.
Los barómetros aneroides son: El altímetro y el barógrafo.
4.3.2. ALTÍMETRO
Es un instrumento que tiene una escala de altitud en lugar de la escala de presión o puede
tener ambas existiendo entre ellas una estrecha relación. El altímetro sirve para determinar
la altura relativa.
En condiciones normales la presión disminuye con la altura, en la parte baja de la atmósfera
en una proporción de alrededor de 1 mb. por cada 10 m. esta proporción de disminución no
siempre es la misma, varía con la temperatura, presión, gradiente adiabático y humedad.
4.3.3. BAROGRAFO
Instrumento registrador de la presion atmosferica permite ver las variaciones durante las 24
horas del día, se instala junto a los barómetros, en cuanto a su construcción, el Barógrafo,
es muy semejante al termógrafo, lo único que varía es la parte sensible del instrumento y
esta compuesto de un numero de cajitas de metal (Capsulas aneroides en las que se ha
hecho el vacio asociadas unas sobre las otras) en las que hay gas nitrogeno enrarecido a fin
de que la presion atmosferica no aplaste la cajita en el interior hay un resorte metalico que
mantiene separados las dos caras
Cuando la presion aumenta las dos caras se acercan y cuando disminuye las caras se
alejan los movimientos mediante palancas son transmitidas a una pluma inscriptora que
registra en una banda de papel (Barograma) las variaciones de la presion atmosferica el
barograma se encuentra envuelto en un tambor con un mecanismo de relojeria en su interior
Cuando el instrumento utiliza varias seres de capsulas aneroides asociadas para obtener
una mayor amplificacion y exactitud se llama microbarografo.
4.3.4. MICROBAROGRAFO
Instrumento registrador tipo Fuess se utiliza para mayor precision de la informacion consta
de un paquete de capsulas sobre las que se dispone de unas tuercas con numeros
grabados sobre la cara superior (1 234567) o (891011121314).
Se gira la tuerca pequeña hasta que la línea correspondiente a uno de sus números esté
alineada con la otra línea de la tuerca grande del mismo numero y que actúa directamente
sobre el paquete de cápsulas, cada numero corresponde a cierta altura de trabajo del
microbarógrafo. La correspondencia entre los números y la altura de trabajo del
microbarografo es la siguiente.
1
2
3
4
5
6
7
0
50
100
250
350
450
575
50
100
225
350
450
575
700
____________________________________________________________________________
82
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
Cada variación es una división del papel, 2 mm requiere 1 mb de la variación de la presión.
MIcrobarógrafo
4.4. ISOBARA
Es la línea que une los puntos de la superficie terrestre, donde la presión atmosférica
reducida al nivel del mar tiene el mismo valor, pero también con el objeto de conocer la
variación de la distribución de la presión durante el curso del año, se recurre con frecuencia
a la construcción de las isobaras de enero a julio (meses cálido y frío) basado siempre en
los valores normales para dichos meses.
SISTEMAS DE PRESiÓN
Al trazar las isobaras en un mapa del tiempo se pueden formar:
CENTRO DE ALTA PRESIÓN O ANTICICLÓN.- Es un área en el cual las isobaras se
cierran alrededor de una alta presión, los vientos circulan hacia fuera en el sentido de las
manecillas del reloj, en el hemisferio norte y en sentido contrario en el hemisferio sur. En el
centro del anticiclón el aire es estable, en el día el cielo está despejado y en la noche puede
formarse rocío o escarcha, si el aire está nublado, se forman neblinas matinales y en
algunos casos stratus y stratu cumulus.
CENTROS DE BAJA PRESIÓN, CICLONES, BORRASCAS O DEPRESIONES.- Se forman
cuando las isobaras se cierran alrededor de una baja presión, en este caso los vientos
soplan hacia el interior en sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio norte y
en sentido horario en el hemisferio sur.
Anticíclón Hemisferio Norte
____________________________________________________________________________
83
FENOLOGIA Y OBSERVACIONES AGROMETEOROLÓGICAS – UJCM
Anticiclón Hemisferio Sur
Ciclón Hemisferio Norte
Ciclon Hemisferio Sur
CIRCULACIÓN GENERAL DEL AIRE
Con este nombre se designa a los sistemas de viento que soplan en forma más o menos
permanente en todo el planeta, la principal fuente de energía para los movimientos de la
atmósfera es el calentamiento solar, el calentamiento de la tierra es diferente en sus
distintas latitudes, esto se debe a que los rayos solares inciden perpendicularmente en las
regiones ecuatoriales y muy inclinados en las zonas polares, lo que da lugar a que las
temperaturas se distribuyan en forma decreciente del Ecuador hacia los polos, el aire al
calentarse con más intensidad en el Ecuador se dilata y asciende, creando en la superficie
una zona de baja presión, este aire que se eleva es reemplazado por aire más frío y denso
que procede de los polos.
____________________________________________________________________________
84