¿Por qué necesita el experimento del barril de Pascal una columna alta de agua?

Question

Esta pregunta se basa en el contenido de este video.

El experimento consiste en colocar un alto y delgado column de líquido en la parte superior de un barril lleno de agua, de manera que la presión causada por la gran cantidad de líquido en la parte superior de la pequeña área de la base de la columna hace que el barril explote.

Sin embargo, se podría argumentar que se podría colocar la misma cantidad de agua en un embudo sobre el barril en lugar de en una columna, ya que tendrías el mismo peso de agua sobre la misma área, teniendo así la misma presión sin necesidad de instalar un tubo alto.

Luego, el video explica por qué esto no es así, utilizando una columna y un embudo llenos de agua y una balanza.

A pesar de que el embudo tiene mucho más agua que la columna, ambos recipientes se equilibran con 50 gramos en la balanza. La explicación dada es que solo cuenta el agua directamente sobre la base, ya que el resto del agua ejerce una fuerza sobre las paredes del embudo, que a su vez ejerce una fuerza de vuelta sobre el agua, cancelando su peso.

Entonces, aquí está mi pregunta: ¿no transferiría la fuerza que el agua ejerce sobre las paredes del embudo también a la balanza, a través del borde en la base del embudo? Creo que esto no sucede en la demostración porque el brazo del soporte del embudo recibe este peso en lugar de la balanza.

Pero, si ese fuera el caso, ¿no trabajarí­a el embudo en el barril de Pascal, ya que no habría soporte para el embudo? Tal vez el borde del barril en contacto con el borde del embudo desempeñarí­a este mismo papel, pero no estoy seguro. ¡Gracias por tu ayuda!

Answer 1

El punto del barril de Pascal es mostrar la relación entre la altura y la presión del agua en un recipiente cerrado.

Lo interesante del barril de Pascal es que, en teoría, se puede usar una masa muy pequeña de agua (una que el recipiente podría soportar fácilmente el peso), y aún así hacer que estalle debido a que la presión interna es demasiado alta.

En su montaje experimental, están midiendo presión de fluido en la base del embudo/cilindro, porque eso es de lo que el barril de Pascal es un ejemplo. El peso total en el embudo no es el punto. Podrías soportar externamente todo el peso del agua sin que pese sobre el barril, y aún así estallaría si el fluido en el barril estuviera en contacto directo con el fluido en la columna de agua. Lo que importa es que la presión del agua en el barril dependerá exclusivamente de la altura de la columna de agua arriba, no del peso neto de ese agua.

Answer 2

La fuerza del agua en el embudo se transferiría, de hecho, al borde del vaso, pero no es tanta fuerza, como sugiere el video, son solo un par de libras de agua, por lo que es solo un par de libras de fuerza. Un par de libras de fuerza no es suficiente para romper un vaso.

Puede ser útil pensar en esto desde un punto de vista energético, ya que de esa manera parece mucho menos contraintuitivo. Se necesita mucha energía para bombear esa agua a 45 pies. Por lo tanto, la columna alta de agua tiene mucha más energía potencial que el embudo de agua. La presión puede considerarse la capacidad que tiene un fluido para realizar trabajo, por lo que cuanto más energía potencial tenga la columna, más capaz es el fluido de realizar el trabajo necesario para romper el vaso.

Answer 3

Estás en lo cierto en que si no hubiera una abrazadera sosteniendo el embudo, el peso del agua se transferiría a las balanzas a través del borde. Debido a la abrazadera, solo el émbolo en la parte inferior del embudo puede crear presión sobre las balanzas. La fuerza que el émbolo ejerce sobre las balanzas es igual al 'peso del émbolo' +'peso del cilindro de agua justo encima del émbolo', lo cual es lo mismo tanto para un tubo vertical como para el embudo.