Física de primaria y secundaria · Grades 1–9
36La presión del aire y el tiempo atmosférico
Vives en el fondo de un océano — un océano de aire, de cientos de kilómetros de profundidad, con todo su peso descansando sobre tus hombros. ¿Por qué no te aplasta? ¿Por qué ni siquiera lo notas? ¿Y qué tiene que ver todo esto con el tiempo que hará mañana? El aire, nuestro viejo amigo invisible, tiene todavía un secreto grande que entregar.
36.1 El aire pesa
Ejemplo 36.1 (Pesar lo invisible)
Se coloca un balón bien hinchado en una balanza fina y se equilibra exactamente. Después se abre su válvula y el aire de más sale silbando — el mismo balón, la misma válvula, todo igual, menos un poco de aire. De vuelta a la balanza: el balón deshinchado es más ligero. La diferencia es el peso del aire que se ha escapado. El aire es materia, la materia tiene masa y de la masa tira la Tierra hacia abajo: el océano que tenemos encima pesa.
Definición 36.2 (La atmósfera y su presión)
La atmósfera es la capa profunda de aire que envuelve la Tierra entera. Su peso aprieta el aire del fondo — donde vivimos —, y el aire apretado empuja con fuerza sobre todas las superficies que toca. A ese empuje se le llama presión atmosférica.
Proposición 36.3 (El empuje por todos lados)
La presión atmosférica empuja sobre todas las superficies desde todas las direcciones — hacia abajo sobre las mesas, de lado sobre las paredes e incluso hacia arriba sobre los techos y las palmas de las manos. Y es tremenda: sobre una superficie del tamaño de tu palma, el aire empuja más o menos con el peso de una maleta grande y llena. No nos enteramos nunca porque los empujes llegan equilibrados: el aire que hay dentro de nosotros y detrás de cada superficie empuja de vuelta con la misma fuerza.
Método 36.4 (La cartulina que sujeta el agua)
El empuje hacia arriba del aire, pillado con las manos en la masa (hazlo sobre el fregadero):
- llena un vaso de agua hasta el borde mismo;
- pon encima, plana, una cartulina rígida y lisa que toque el agua por todo el contorno;
- sujeta la cartulina en su sitio, dale la vuelta al vaso exactamente boca abajo y suelta la cartulina con suavidad.
La cartulina se queda — sujetando el vaso lleno entero. El peso del agua aprieta la cartulina hacia abajo, pero la atmósfera la aprieta hacia arriba con todavía más fuerza. Acabas de ver el empuje de la maleta desde abajo.
36.2 Máquinas movidas por la atmósfera
Ejemplo 36.5 (La pajita)
Crees que subes el zumo tirando de él por la pajita. En realidad, un líquido no se puede estirar — ¡prueba a tirar del agua con los dedos! Lo que haces de verdad es sorber el aire que hay dentro de la pajita. Sin aire dentro, la atmósfera que aprieta el zumo del vaso empuja el zumo pajita arriba hasta tu boca. Cada sorbo es la atmósfera haciendo el levantamiento; tú solo despejas la carretera.
Ejemplo 36.6 (Ventosas y botellas aplastadas)
La ventosa de goma del colgador del baño se aprieta contra los azulejos y expulsa el aire de debajo: ahora la atmósfera aprieta la ventosa contra la pared sin que nada empuje de vuelta por detrás — clavada por el propio cielo. Y enrosca el tapón de una botella de plástico vacía en lo alto de una montaña y baja después en coche hasta el valle: la botella se arruga como si la estrujara una mano fantasma. Fuera aprieta más aire que el aire enrarecido de montaña que quedó encerrado dentro — gana la atmósfera y la botella se pliega.
Ejemplo 36.7 (Más enrarecido con la altura)
Sube y dejarás parte del océano por debajo de ti: menos aire encima significa un empuje más débil. Los oídos se te destaponan en un teleférico rápido, según cambia la presión de fuera; los montañeros jadean en un aire enrarecido. Y aquí se rinde el misterio del té de montaña del año pasado: si la atmósfera aprieta menos el agua, hervir resulta más fácil — en las grandes cumbres el agua hierve bastante por debajo de , demasiado fría para hacer un té como es debido.
36.3 El barómetro y el tiempo
Definición 36.8 (Barómetro)
Un barómetro es el instrumento que mide la presión atmosférica — un miembro más de nuestra familia de jueces honrados, junto al termómetro y a la balanza. Su aguja sube cuando la atmósfera de arriba aprieta más fuerte y baja cuando el apretón se afloja.
Proposición 36.9 (La presión habla del mañana)
La presión de la atmósfera es inquieta: el aire pesado que baja trae cielos tranquilos y despejados; el aire ligero que sube invita a las nubes y a la lluvia. Así que el barómetro es un adivino modesto y honrado: una presión estable o en subida promete buen tiempo; una presión en bajada avisa de que vienen nubes; y una bajada rápida significa que puede haber tormenta en camino.
Observación 36.10 (La A y la B del mapa del tiempo)
El parte del tiempo de esta noche enseñará grandes remolinos marcados con una A y con una B: regiones de presión alta y baja que van a la deriva por el mapa como ballenas lentas. El aire fluye sin parar desde las pesadas regiones de la A hacia las ligeras regiones de la B — y ese fluir es el viento. Un solo capítulo, tres viejos amigos explicados: la predicción del barómetro, el origen del viento y la razón por la que tus oídos saben cuándo va a cambiar el tiempo.
36.4 Ejercicios
Ejercicio 36.1 ★
¿Cómo demuestra el experimento del balón que el aire tiene peso? ¿Qué es exactamente lo que se compara?
Ejercicio 36.2 ★
¿Qué es la presión atmosférica y de dónde viene? ¿En qué direcciones empuja?
Ejercicio 36.3 ★
La atmósfera aprieta la palma de tu mano más o menos con lo que pesa una maleta llena — y sin embargo no notas nada. ¿Por qué no?
Ejercicio 36.4 ★
En el truco de la cartulina, dos empujes se pelean por ella. Nómbralos y di cuál gana.
Ejercicio 36.5 ★
“Subo el zumo tirando de él por la pajita”. Corrige esta frase: ¿qué es lo que quitas de verdad y quién hace el levantamiento?
Ejercicio 36.6 ★
¿Por qué se agarra una ventosa a los azulejos? ¿Qué se ha expulsado y qué es lo que sujeta la ventosa?
Ejercicio 36.7 ★
¿Qué le pasa a la presión atmosférica cuando subes una montaña y por qué? Da dos señales de ello que pueda notar un viajero.
Ejercicio 36.8 ★
¿Qué mide un barómetro? Tu barómetro lleva bajando deprisa desde el desayuno — ¿qué le espera al plan del picnic?
Solución
Solución de Ejercicio 36.8.
El empuje de la atmósfera — la presión atmosférica. Una bajada rápida avisa de que viene una tormenta: el picnic, a cubierto.
Ejercicio 36.9 ★★
La botella cerrada se arrugó durante la bajada de la montaña. Explica el arrugamiento con los empujes de dentro y de fuera — y predice: ¿qué le pasaría en cambio a una botella cerrada en el valle y llevada hacia arriba?
Solución
Solución de Ejercicio 36.9.
Cerrada en la cumbre, la botella guardó dentro aire enrarecido de montaña; en el valle el empuje de fuera se hizo más fuerte que el empuje encerrado dentro, y la botella se plegó. Llevada al revés, una botella cerrada en el valle guarda dentro aire fuerte mientras el empuje de fuera se debilita con la altura: la botella se hincha tensa — y una bolsa de patatas fritas cerrada hace lo mismo en cualquier viaje a la montaña.
Ejercicio 36.10 ★★
¿De dónde viene el viento, según los remolinos de la A y la B del mapa del tiempo? Conéctalo con la definición más antigua de este libro: el viento es aire en movimiento — ¿movido por qué?
Solución
Solución de Ejercicio 36.10.
El aire fluye sin parar desde las pesadas regiones de presión alta hacia las ligeras regiones de presión baja, y ese fluir es el viento. Así que la vieja definición se completa a sí misma: el viento es aire en movimiento — movido por diferencias de presión atmosférica.
Ejercicio 36.11 ★★
Los alpinistas se quejan de que en las grandes cumbres el té nunca sale fuerte y la pasta se queda dura por mucho que hierva. Reúne la explicación completa a lo largo de dos años: ¿qué le hace la atmósfera enrarecida al punto de ebullición y por qué no sirve de nada hervir más rato? (Dos proposiciones, una de ellas del año pasado, cierran el caso.)
Solución
Solución de Ejercicio 36.11.
Con la altura, el empuje de la atmósfera sobre el agua se debilita, así que hervir resulta más fácil: el punto de ebullición se desliza bastante por debajo de . Y, por la ley de la meseta, el agua hirviendo no puede subir nunca por encima de su punto de ebullición — la llama de más solo fabrica vapor. Así que el agua de las cumbres hierve fría y se queda ahí: té flojo, pasta dura, física satisfecha.