Compresión en materiales

1. Compresibilidad:de sólidos,de líquidos,de gases,ejemplos
La compresibilidad de una sustancia o material es el cambio de volumen que experimenta
cuando es sometida a un cambio de presión. Por lo general el volumen disminuye al aplicar
una presión sobre un sistema u objeto. Sin embargo, en ocasiones ocurre lo contrario: un
cambio en la presión puede producir una explosión en la cual el sistema aumenta el volumen,
o bien cuando tiene lugar un cambio de fase.
En algunas reacciones químicas puede suceder esto y en los gases también, ya que al
aumentar la frecuencia de las colisiones, las fuerzas repulsivas van tomando lugar.
Al imaginar cómo de fácil o difícil puede ser comprimir un objeto, hay que considerar los
tres estados en que normalmente está la materia: sólido, líquido y gaseoso. En cada uno de
ellos las moléculas guardan ciertas distancias entre sí. Cuanto más firmes los enlaces que
unen las moléculas de la sustancia que compone al objeto y más cercanas se encuentren, más
difícil será causarle una deformación.
Un sólido tiene sus moléculas muy cercanas, y al intentar juntarlas más, aparecen fuerzas de
repulsión que dificultan la tarea. Por ello se dice que los sólidos son poco compresibles. En
las moléculas de los líquidos hay más espacio, así que su compresibilidad es mayor, pero aun
así el cambio de volumen suele requerir de fuerzas grandes.
Así que los sólidos y los líquidos son difícilmente compresibles. Haría falta una variación de
presión muy grande para lograr un cambio de volumen apreciable en las llamadas
condiciones normales de presión y temperatura. En cambio los gases, como tienen las
moléculas muy espaciadas, se comprimen y descomprimen fácilmente.
Compresibilidad de sólidos
Cuando se sumerge un objeto en un fluido por ejemplo, este ejerce presión sobre el objeto en
todas las direcciones. De esta manera podemos pensar que el volumen del objeto disminuirá,
aunque en la mayor parte de los casos esto no será apreciable.
La presión se define como fuerza por unidad de área, la cual ocasionará un cambio de
volumen ΔV proporcional al volumen inicial del objeto Vo. Este cambio de volumen
dependerá de las cualidades del mismo.
La ley de Hooke afirma que la deformación experimentada por un objeto es proporcional al
esfuerzo aplicado sobre él:

2. Esfuerzo ∝ Deformación
La deformación volumétrica experimentada por un cuerpo se cuantifica por B la constante
de proporcionalidad requerida, la cual es denominada como el módulo volumétrico del
material:
B= -Esfuerzo/Deformación unitaria
B = -ΔP/ (ΔV/Vo)
Como ΔV/Vo es una cantidad adimensional, por ser el cociente entre dos volúmenes, el
módulo volumétrico tiene las mismas unidades de la presión, que en Sistema Internacional
son Pascales (Pa).
El signo negativo indica la esperada reducción en el volumen, cuando al objeto se lo
comprime lo suficiente, es decir, la presión aumenta.
Compresibilidad de un material
Al valor inverso o recíproco del módulo volumétrico se le conoce como compresibilidad y
se denota con la letra k. Por lo tanto:
Aquí k es el negativo del cambio fraccional de volumen por incremento en la presión. Sus
unidades en Sistema Internacional son las inversas del Pa, es decir m2 /N.
La ecuación para B o para k si se prefiere, es aplicable tanto a sólidos como a líquidos. El
concepto de módulo volumétrico rara vez se aplica a los gases. Más adelante se explica un
modelo sencillo para cuantificar la disminución de volumen que puede experimentar un gas
real. (Zapata, 2021)

3. Qué es la presión
La presión es una magnitud física escalar representada con el símbolo p, que designa una
proyección de fuerza ejercida de manera perpendicular sobre una superficie, por unidad de
superficie.
La presión relaciona una fuerza de acción continua y una superficie sobre la cual actúa, por
lo cual se mide en el Sistema Internacional (SI) en pascales (Pa), equivalentes cada uno a un
newton (N) de fuerza actuando sobre un metro cuadrado (m2) de superficie. En el sistema
inglés, en cambio, se prefiere la medida de libras (pounds) por pulgadas (inches).
La materia comúnmente está sometida a distintas presiones. Por ejemplo, un gas dentro de
cierto volumen ejercerá mayor presión si se le aumenta la temperatura. En general, los
cambios de presión a los que se somete la materia puede obligarla a cambiar de estado de
agregación, es decir, pasar de gas a líquido, por ejemplo, como suele hacerse con los
gases hidrocarbúricos.
Otras unidades de medición de la presión incluyen el bar (10N/cm3), la atm o atmósfera
(equivalente a unos 101325 pa), el Torr (equivalente a 133,32 pa), y los milímetros de
mercurio (mmHg). El aparato diseñado para medir la presión se conoce como tensiómetro.
La presión puede ser clasificada según los siguientes tipos:
Absoluta. Es la presión que se ejerce sobre un cuerpo por la acción de algún elemento, más
la presión atmosférica que sufre (todos cuerpos en el planeta están sometidos a la presión
atmosférica).
Atmosférica. Es la presión que ejerce el conjunto de la masa de gases de la atmósfera sobre
la superficie terrestre y sobre todo lo que repose sobre ella. A medida que uno asciende con
respecto al nivel del mar (en un avión, o subiendo una montaña), la presión atmosférica
disminuye ya que hay menos masa de aire sobre nosotros.
Manométrica. Es la presión que existe por sobre el valor de presión atmosférica. También
llamada presión relativa, su valor corresponde a la diferencia entre el de la presión absoluta
y el de la presión atmosférica. La presión relativa se mide utilizando un manómetro (de allí
su nombre) y es la que más se utiliza en la vida cotidiana.
Hidrostática o hidrodinámica. Es la presión experimentada por fluidos, tanto debido al peso
del propio fluido en reposo (hidrostática), como en constante movimiento (hidrodinámica).
Usualmente se calcula una presión media entre las dos.
Ejemplos de presión
Algunos ejemplos cotidianos de la acción de la presión pueden ser:

4. Las ollas de presión. Estas ollas diseñadas especialmente para ablandar rápido la comida
operan en base a un agarre fuerte entre tapa y olla que, al incrementar la temperatura y, por
lo tanto, la presión del contenido, hace que la comida se ablande más rápido.
Refrigeración. Congeladores y otros aparatos de refrigeración operan haciendo circular
un líquido o gas a presión por una tubería. Mediante un circuito en el que las presiones
aumentan y disminuyen (aumentando y disminuyendo también la temperatura del líquido o
gas circundante), el aparato de refrigeración retira el calor por contacto.
Frenos hidráulicos. Diseñados para impedir volcamientos de automóviles y otros vehículos,
funcionan manteniendo la presión del fluido de freno alta o baja según se requiera en el
momento, para suavizar la acción de frenado y minimizar el riesgo de derrapamiento y
volcada.
La inmersión. Al estar bajo el agua, por ejemplo, haciendo buceo, se percibe la acción de la
masa de agua sobre el cuerpo, como una forma más intensa de presión. Esto puede acarrear
daños físicos cuando se está a kilómetros por debajo de la superficie.
Presión y temperatura
La presión y la temperatura están íntimamente conectadas. Cuando una sustancia
compresible (como un líquido o, mejor aún, un gas) se somete a grandes presiones que
obligan a sus partículas (ordinariamente dispersas) a aproximarse las unas a las otras y a
vibrar con mayor velocidad, se produce una acumulación de energía que se suele liberar como
calor. En efecto, a mayor velocidad de las partículas, mayor temperatura. (Editorial Etecé,
2018)
Referencias bibliográficas

5. Un algoritmo analítico híbrido para el problema de flujo de película delgada que ocurre
en la mecánica de fluidos no newtonianos.