Imagina una configuración simple: yo, una pajita cilíndrica larga, una taza de fiesta llena de agua.
Cuando bebo con la pajita, me gusta saber si el agua dentro de la pajita está siendo empujada o succionada. ¿Qué acción es más dominante en este caso? ¿Es la succión de mi boca para extraer el agua de la pajita o la presión atmosférica empujando sobre el agua en la taza?
Esta pregunta es como preguntar "Cuando una pelota cae, ¿se está alejando del nivel más alto o se está acercando al nivel más bajo? ¿Se mueve porque el nivel más alto es más alto, o porque el nivel más bajo es más bajo?" Es lo mismo, ambos niveles (presión atmosférica y pulmonar) son igualmente importantes. Es su diferencia la que impulsa el flujo (de la pelota o el aire), no solo el valor en un punto u otro. Si tienen valores diferentes, habrá un gradiente, y las cosas tienden a fluir hacia los gradientes. Este es un fenómeno universal con muchos ejemplos: gradiente de presión (movimiento de fluidos), gradiente de energía gravitatoria (objetos cayendo), gradiente de potencial eléctrico ("voltaje", flujo de electricidad), gradiente de concentración (difusión/partículas moviéndose en un fluido) y así sucesivamente. Por lo tanto, la succión y la presión son dos caras de la misma moneda, y la moneda (flujo de fluido) no existiría sin dos caras. Es mejor pensar en ello no desde un lado u otro (succión pulmonar o presión atmosférica), sino como un movimiento neto creado por un gradiente/diferencia de presión, que es una propiedad de cómo el par de puntos se relaciona uno con el otro.
Lo que tradicionalmente se piensa como chupar simplemente no existe, al menos de la forma en que la mayoría de la gente ingenuamente piensa sobre ello. Al quitar la pajita, la situación es idéntica a lo que sucede cuando tomas una gran bocanada de aire y tu pecho/pulmones se hinchan. La mayoría de la gente probablemente diría que esto se debe a que estás inhalando aire y que ese aire está causando que tus pulmones y pecho se expandan. Esto es incorrecto. La relación causal se invierte, por lo que pienso que ver empujar y tirar como lo mismo, como sugieren algunas respuestas, no es realmente correcto -- hay un orden temporal claro de lo que está ocurriendo. Primero, los músculos de tu cuerpo causan que tus pulmones se expandan, lo que crea una diferencia de presión y esta expansión hace que el aire alrededor de tu nariz/boca entre rápidamente en tu cuerpo para que tus pulmones tengan la misma presión que el aire exterior. No se está tirando nada, las moléculas de aire están siendo empujadas hacia ti por otras moléculas de aire. La única diferencia entre esto y beber a través de la pajita es que el fluido en cuestión es agua y no aire, excepto por eso, conceptualmente no cambia nada.
*una aplicación simple de la ley de los gases ideales, PV=nRT . El RHS de la ecuación no cambia, por lo que un aumento en el volumen corresponde a una disminución en la presión dentro de los pulmones.
Es la atmósfera empujando la superficie del líquido. La energía transferida al líquido es igual al volumen desplazado veces la presión del aire ambiente.
Sin embargo, no obtienes esta energía de forma gratuita. Cada julio que recibes de la atmósfera debes devolverlo a la atmósfera empujando alguna parte de tu cuerpo contra ella. Si estás chupando con la boca sellada fuera de tus pulmones, es la parte inferior de tu barbilla empujando contra la atmósfera. Si estás chupando con tus pulmones, es tu pecho y abdomen. De cualquier manera, es la atmósfera en contacto con tu cuerpo con la que estás luchando cuando chupas. Ahí es donde va la energía.
Modelo hidrostático
Para simplificar, consideramos una pajilla vertical con una punta a una profundidad $h$ por debajo de la superficie del líquido y el nivel de líquido dentro de la pajilla alcanzando una altura $H$ (medida desde la punta sumergida). Esta columna de líquido tiene un peso $\rho g H A $, donde $A$ es el área transversal de la pajilla; la fuerza que actúa sobre ella desde abajo es proporcional a la presión a una profundidad $h$: $(\rho g h + P_{atm})A$, mientras que la fuerza que empuja desde arriba es debida a la presión creada por la inspiración del aire en la pajilla: $AP_{insp}$. El equilibrio de fuerzas se escribe entonces como
$$(\rho g h + P_{atm})A=\rho g H A+AP_{insp} \Leftrightarrow \rho g h + P_{atm}=\rho g H +P_{insp}. $$
La altura máxima a la que se puede aspirar un líquido por inspiración (es decir, inhalando/chupando aire) es
$$ H=h + \frac{P_{atm}-P_{insp}}{\rho}.$$
Estimados
Ahora podemos hacer los cálculos:
La presión atmosférica es de 1 atmósfera, lo que corresponde a una columna de agua de 1033 cm
Presión inspiratoria máxima (PIM) - es decir, la presión máxima creada al inhalar - es aproximadamente de 130 cm de agua para hombres y alrededor de 100 cm de agua para mujeres.
En nuestro caso, la PIM corresponde en realidad a la diferencia $P_{atm}-P_{insp}$ - es decir, uno puede chupar agua o un líquido similar a través de una pajilla de aproximadamente un metro de longitud.
Observaciones adicionales
Uno puede chupar repetidamente, creando efectivamente un vacío en la boca. En este caso, la longitud máxima de la pajilla está limitada por la presión atmosférica, es decir, alrededor de 10 metros. Algunas páginas de internet realmente informan haber comprobado esto experimentalmente, como parte de una clase de física.
En la práctica, la situación rara vez es estática, por lo que uno podría intentar hacer una corrección utilizando la ley de Bernoulli, lo que significa que, una vez que el líquido está subiendo por la pajilla, la presión necesaria para mantenerlo en movimiento es menor que en el caso estático.
Efectos de capilaridad/tensión superficial - uno puede observar esto mirando dentro de una pajilla. El líquido sube un milímetro más o menos, por lo que la fuerza asociada es simplemente demasiado pequeña para que el diámetro típico de una pajilla sea importante.
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