fuerza de gradiente de presión

En mecánica de fluidos , la fuerza del gradiente de presión es la fuerza que resulta de una diferencia de presión a través de una superficie. En general, la presión es una fuerza por unidad de área sobre una superficie. Una diferencia de presión a través de una superficie implica una diferencia de fuerza, que puede resultar en una aceleración según la segunda ley del movimiento de Newton , si no hay una fuerza adicional que la equilibre. La fuerza resultante siempre se dirige desde la región de mayor presión hacia la de menor presión. Cuando un fluido se encuentra en equilibrio (es decir, no hay fuerzas netas ni aceleración), se dice que el sistema está en equilibrio hidrostático . En el caso de las atmósferas , la fuerza del gradiente de presión se equilibra con la fuerza gravitatoria , manteniendo el equilibrio hidrostático. En la atmósfera terrestre , por ejemplo, la presión del aire disminuye a mayor altitud sobre la superficie terrestre, proporcionando así una fuerza de gradiente de presión que contrarresta la fuerza de la gravedad sobre la atmósfera.

El efecto Magnus es un fenómeno observable comúnmente asociado con un objeto que gira y se mueve a través de un fluido . La trayectoria del objeto se desvía de una manera que no se presenta cuando el objeto no gira. Esta desviación se explica por la diferencia de presión del fluido a ambos lados del objeto. El efecto Magnus depende de la velocidad de rotación.

Consideremos una porción cúbica de fluido con una densidad${\displaystyle \rho }$, una altura${\displaystyle dz}$y una superficie${\displaystyle dA}$. La masa del paquete se puede expresar como,${\displaystyle m=\rho \,dA\,dz}$. Utilizando la segunda ley de Newton,${\displaystyle F=ma}$, entonces podemos examinar una diferencia de presión${\displaystyle dP}$(se supone que solo está en el${\displaystyle z}$-dirección) para hallar la fuerza resultante,${\displaystyle F=-dP\,dA=\rho a\,dA\,dz}$.

La aceleración resultante del gradiente de presión es entonces, $${\displaystyle a=-{\frac {1}{\rho }}{\frac {dP}{dz}}.}$$

Los efectos del gradiente de presión se suelen expresar de esta manera, en términos de una aceleración, en lugar de en términos de una fuerza. Podemos expresar la aceleración con mayor precisión para una presión general.${\displaystyle P}$como, $${\displaystyle {\vec {a}}=-{\frac {1}{\rho }}{\vec {\nabla }}P.}$$

La dirección de la fuerza resultante (aceleración) es, por lo tanto, opuesta a la del aumento más rápido de la presión.

• Roland B. Stull (2000) Meteorología para científicos e ingenieros , Segunda edición, Ed. Brooks/Cole, ISBN 0-534-37214-7.