La fuerza del gradiente de presión es la fuerza que se produce cuando hay una diferencia de presión en una superficie. En general, una presión es una fuerza por unidad de área, a través de una superficie. Una diferencia de presión a través de una superficie implica una diferencia de fuerza , que puede resultar en una aceleración de acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton , si no hay fuerza adicional para equilibrarla. La fuerza resultante siempre se dirige desde la región de mayor presión a la región de menor presión. Cuando un fluido está en un estado de equilibrio (es decir, no hay fuerzas netas ni aceleración), se dice que el sistema está en equilibrio hidrostático . En el caso de atmósferas, la fuerza del gradiente de presión se equilibra con la fuerza gravitacional, manteniendo el equilibrio hidrostático. En la atmósfera de la Tierra , por ejemplo, la presión del aire disminuye en altitudes por encima de la superficie de la Tierra, lo que genera una fuerza de gradiente de presión que contrarresta la fuerza de gravedad en la atmósfera.
Formalismo
Considere una parcela cúbica de fluido con una densidad , una altura y una superficie . La masa del paquete se puede expresar como,. Usando la segunda ley de Newton,, luego podemos examinar una diferencia de presión (se supone que está solo en el -dirección) para encontrar la fuerza resultante, .
La aceleración resultante del gradiente de presión es entonces,
.
Los efectos del gradiente de presión generalmente se expresan 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 como,
.
La dirección de la fuerza resultante (aceleración) es, por tanto, la dirección opuesta al aumento más rápido de presión.
Referencias
- Roland B. Stull (2000) Meteorología para científicos e ingenieros , segunda edición, Ed. Brooks / Cole, ISBN 0-534-37214-7 .