Pressão (símbolo: p ou P) é a força aplicada perpendicularmente à superfície de um objeto por unidade de área sobre a qual essa força se distribui. A pressão manométrica é a pressão medida em relação à pressão ambiente.
A pressão pode ser expressa em diferentes unidades. Algumas derivam de uma unidade de força dividida por uma unidade de área. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de pressão é o pascal (Pa), igual a um newton por metro quadrado (N/m2). Outra forma de expressar a pressão usa a atmosfera padrão. A unidade atmosfera (atm) corresponde a essa pressão, e o torr é definido como 1/760 dela. Unidades manométricas, como o centímetro de água e o milímetro de mercúrio, expressam a pressão pela altura da coluna de um fluido num manômetro.
Definição Pressão é a quantidade de força aplicada perpendicularmente à superfície de um objeto por unidade de área. Seu símbolo é p ou P. A União Internacional de Química Pura e Aplicada recomenda o uso do p minúsculo. O P maiúsculo também é usado com frequência. A escolha entre P e p depende da área de estudo, da presença de símbolos próximos para grandezas como potência e momento linear, e do estilo adotado no texto.
Fórmula Sobre uma superfície plana de área A, a pressão média é:
em que: é a pressão média. é a componente da força normal, tomada como positiva na compressão. é a área da superfície de contato.
Se a pressão for uniforme, seu valor em cada ponto coincide com a média. Em geral, a pressão local é definida por:
A pressão é uma grandeza escalar. A força que ela exerce sobre um elemento de superfície pode ser escrita em termos do elemento de área vetorial:
Nessa convenção, é a normal que aponta para fora do corpo ou volume considerado, e é a força de pressão exercida sobre ele pelo fluido externo. Para pressão positiva, a força aponta para dentro, o que explica o sinal negativo. A força total devida à pressão sobre uma superfície S é obtida por integral de superfície:
A pressão não tem direção, mas a força associada a ela tem. Num fluido em repouso, o valor da pressão em um ponto independe da orientação da superfície imaginária que passa por esse ponto; a orientação determina a direção da força normal. Em escoamentos viscosos, a força de contato pode incluir também contribuições que não são descritas apenas pela pressão.
As forças devidas à pressão atuam normalmente aos limites sólidos e às seções imaginárias de um fluido. Na termodinâmica, ela é uma grandeza intensiva e forma um par de grandezas conjugadas com o volume. Para um sistema simples compressível em equilíbrio, descrito pela energia interna , ela pode ser definida por:
em que: é a energia interna. é o volume do sistema. os índices significam que a derivada é tomada com entropia () e número de partículas () fixos.
Usando a energia livre de Helmholtz e mantendo constantes a temperatura e o número de partículas, a pressão pode ser escrita como:
Unidades
miniatura|upright|Coluna de mercúrio
A unidade de pressão do SI é o pascal (Pa), igual a um newton por metro quadrado (N/m2, ou kg·m−1·s−2). O nome da unidade foi adotado pela 14ª Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1971. Antes disso, a pressão no SI era expressa em newtons por metro quadrado.
Outras unidades de pressão, como o bar, também são usadas. A unidade de pressão do sistema CGS é a bária (Ba), igual a 1 dyn·cm−2, ou 0,1 Pa. A pressão às vezes é expressa em grama-força ou quilograma-força por centímetro quadrado, "g/cm2" ou "kg/cm2", sem que a unidade de força seja explicitada corretamente. Quilograma e grama são unidades de massa, não de força; quilograma-força e grama-força são unidades de força que não pertencem ao SI. A atmosfera técnica (símbolo: at) é 1 kgf/cm2, equivalente a 98,0665 kPa.
A pressão tem as mesmas dimensões de uma densidade de energia e, por isso, o pascal é dimensionalmente equivalente ao joule por metro cúbico (J/m3):
Essa equivalência dimensional não torna pressão e densidade de energia a mesma grandeza física. Na termodinâmica, a pressão é uma variável intensiva de estado, e o termo de trabalho mecânico associado a ela surge quando o volume do sistema varia.
Na meteorologia, usa-se com frequência o hectopascal (hPa) para a pressão atmosférica, equivalente à unidade mais antiga milibar (mbar). Em muitos outros campos, pressões dessa ordem são dadas em quilopascais (kPa). Na aviação, o hectopascal também é comum. Na oceanografia, a pressão submarina costuma ser expressa em decibares (dbar), pois a pressão no oceano cresce aproximadamente um decibar por metro de profundidade; a correspondência exata depende da densidade da água e da gravidade local.
A atmosfera padrão é uma constante estabelecida, próxima da pressão típica do ar ao nível médio do mar terrestre, e é definida como 101.325 Pa. Para a pressão padrão em termodinâmica, a IUPAC recomenda 100.000 Pa. Antes de 1982, usava-se com frequência 101.325 Pa, ou 1 atm, para essa finalidade.
Como a pressão pode ser medida pelo deslocamento de uma coluna líquida num manômetro, ela também é expressa como a altura de determinado fluido, por exemplo em centímetros de água ou milímetros de mercúrio. As escolhas mais comuns são mercúrio (Hg) e água. A água não é tóxica e é facilmente obtida, enquanto a alta densidade do mercúrio permite uma coluna mais curta e, por isso, um manômetro menor para a mesma pressão. A diferença de pressão entre a base e o topo de uma coluna de líquido em repouso, de altura h e densidade uniforme ρ, é dada por , em que g é a aceleração da gravidade, considerada constante. A densidade do fluido e a gravidade local podem variar entre medições, por isso a altura de uma coluna líquida não define a pressão com precisão por si só.
Quando milímetros de mercúrio são usados como unidade, não se pressupõe uma coluna física de mercúrio. O milímetro de mercúrio possui um valor convencional expresso em termos do pascal. O pascal é a unidade coerente de pressão no SI. Um milímetro de mercúrio é aproximadamente igual a um torr. Há também unidades convencionais baseadas em água: o centímetro de água convencional corresponde a 98,0665 Pa. Isso deve ser distinguido da pressão efetiva de uma coluna de água, que depende da temperatura e da gravidade local. Essas unidades manométricas ainda são usadas em muitos campos. A pressão arterial é medida em milímetros de mercúrio em grande parte do mundo, e pressões empregadas em ventilação respiratória são frequentemente expressas em centímetros de água.
No mergulho, o metro de água do mar (msw) é usado como unidade convencional de pressão equivalente à profundidade, inclusive em cálculos de exposição à pressão e descompressão, em câmaras de mergulho e computadores de mergulho.
Às vezes, acrescenta-se a letra "g" às unidades de pressão manométrica, como em "kPag" e "barg", enquanto medições de pressão absoluta podem receber a letra "a", como em "kPaa". O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos recomenda que esses qualificadores sejam aplicados à grandeza medida, não à unidade, para evitar ambiguidade. Por exemplo, escreve-se "pg = 100 kPa", e não "p = 100 kPag".
Na indicação de pressão diferencial, também se encontra a letra "d" acrescentada à unidade, embora a recomendação do NIST seja qualificar a grandeza. Esse tipo de medição é usado, por exemplo, ao avaliar a vedação de um sistema ou determinar se uma válvula abrirá ou fechará.
Entre as unidades métricas e manométricas de pressão usadas ou usadas no passado estão: atmosfera (atm). unidades manométricas: centímetro, milímetro e micrômetro de mercúrio; o torr, definido como 1/760 de atmosfera, é aproximadamente igual ao milímetro de mercúrio. altura de coluna de água equivalente, incluindo milímetro de água, centímetro de água e metro de água. unidades métricas que não pertencem ao SI: bar, decibar e milibar. metro de água do mar, usado no mergulho, sobretudo para exposição à pressão e descompressão. quilograma-força, ou quilopond, por centímetro quadrado, correspondente à atmosfera técnica. grama-força e tonelada-força por centímetro quadrado. bária, ou dina por centímetro quadrado. quilograma-força e tonelada-força por metro quadrado. esteno por metro quadrado, unidade chamada pieze.
Medição
miniatura|Manômetro de tubo de Bourdon com a parte frontal transparente, mostrando o mecanismo interno.
A pressão pode ser determinada a partir do equilíbrio de uma coluna líquida, da deformação elástica de um elemento mecânico ou da resposta elétrica de um transdutor. Num manômetro de coluna líquida, relacionam-se as pressões ao desnível e à densidade do líquido. Entre dois pontos de um mesmo líquido em repouso, para densidade e gravidade constantes:
em que é a profundidade do ponto 2 em relação ao ponto 1. Em um manômetro com vários fluidos, devem ser consideradas as contribuições das diferentes colunas.
No manômetro de Bourdon, a pressão entra num tubo curvo de seção achatada. O tubo tende a se endireitar à medida que a pressão aumenta, e seu deslocamento é transmitido mecanicamente a um ponteiro. Manômetros de diafragma medem a deformação de uma membrana e podem empregar diferentes formas de transdução para produzir a leitura.
O barômetro mede a pressão atmosférica. O piezômetro é usado para determinar pressão ou carga piezométrica em líquidos e em meios porosos. Conforme o arranjo do instrumento, a grandeza medida pode ser pressão absoluta, pressão manométrica ou diferença de pressão entre dois pontos.
Exemplos miniatura|upright|Efeitos de uma pressão externa de 700 bar sobre um cilindro de alumínio com parede de 5 mm de espessura miniatura|Demonstração de uma prensa de pregos no evento Portas Abertas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul em 2018.
Um dedo pode ser pressionado contra uma parede sem deixar marca permanente. A mesma força aplicada por uma tachinha pode danificar a parede, pois sua ponta concentra a força numa área menor e produz uma pressão maior. Em fluidos, as forças de pressão são normais à superfície considerada. A pressão é escalar, ao passo que o estado geral de tensão mecânica é descrito por um tensor. A força por unidade de volume produzida por um gradiente de pressão é e é chamada densidade de força.
Outro exemplo é uma faca. Quando se usa sua borda plana, a força distribui-se por uma área maior, a pressão é menor e o corte é dificultado. A borda afiada tem uma área de contato menor, produz maior pressão e corta com mais facilidade.
Em líquidos e gases, a pressão pode ser medida em relação à pressão atmosférica, caso em que é chamada pressão manométrica. A pressão absoluta tem como referência o vácuo, e a pressão manométrica é a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica local. A pressão de um pneu de automóvel, por exemplo, pode ser dada como 220 kPa, mas isso significa 220 kPa acima da pressão atmosférica. Se a pressão atmosférica ao nível do mar for cerca de 100 kPa, a pressão absoluta no pneu será cerca de 320 kPa. Em trabalho técnico, pode-se escrever "pressão manométrica de 220 kPa".
A norma IEEE Std 268-1992 admitia, em espaços limitados, como manômetros, placas de identificação e cabeçalhos de tabelas, qualificadores entre parênteses, como "kPa (manométrica)" ou "kPa (absoluta)".