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Pregunta sobre el experimento en casa

Quiero hacer un experimento casero donde explique a grandes rasgos el fenómeno del agua que queda en una pajita si se cierra un extremo de la misma.

Así que estoy pensando que el peso del agua está tirando hacia abajo, pero la presión debajo de la paja lo mantiene arriba. Si no hubiera un dedo en la parte superior, la presión también la estaría empujando hacia abajo, por lo que caería.

¿Sería esta una forma válida de mostrarlo?

Masa de agua: volumen*densidad: $\pi r^2*H*1000$

Peso del agua: $\pi r^2*H*1000*9.8$

Presión*área = fuerza

fuerza= $101325*\pi r^2$ (peso del agua)

Y de alguna manera quiero combinar esto con la fuerza ascendente de la presión en la habitación.

¿Estoy en el camino correcto?

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Joce Puntos 1558

Esto no es del todo correcto. En particular, no importa cuál sea la presión de la habitación (a menos que se alcancen valores extremos), porque en realidad lo que está sosteniendo la columna de agua no es algún valor "alto" de la presión en la parte inferior de la misma, es el hecho de que la presión en la parte superior de la columna de agua (en la interfaz agua-dedo, o en la bolsa de aire entre el agua y el dedo) es baja que la presión atmosférica. Es exactamente la presión ambiente menos $\rho g h$ , donde $\rho$ es la densidad del agua, $g$ constante gravitacional y $h$ la altura de la columna.

Esto es cierto sea cual sea el radio de la paja. Sin embargo, se necesitan dos ingredientes más para mantener el sistema estable:

En primer lugar, la bolsa de aire debe permanecer incompresible: esto es cierto para columnas de agua suficientemente pequeñas, pero habrá cierta altura $h$ por encima del cual se expandirá bajo el peso del agua. Y aunque no haya aire, si se llega a presiones inferiores a 0 en la parte superior, el fenómeno de la cavitación nucleará una burbuja de vacío que se expandirá.

En segundo lugar, si la paja es demasiado ancha, la superficie del fondo se volverá inestable y el agua fluirá, por ejemplo, por un lado, permitiendo que las burbujas suban por el otro. Lo que realmente mantiene la estabilidad ahí es una fuerza llamada tensión superficial. Puedes reducirla añadiendo un tensioactivo (jabón de lavavajillas, por ejemplo) al agua, y verás que la pajita más grande posible es entonces más pequeña.

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Alex Puntos 1

Sí, lo que has formulado está bien. La presión que actúa sobre el agua desde el fondo de la paja será igual al peso del agua por el área de la sección transversal. Así que $101325\pi r^2$ es la fuerza que actúa también desde abajo. Precisamente por eso hay una equilibrio y el agua no cae.

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Wigley Puntos 31

El peso del agua es demasiado grande como para que se sostenga desde el fondo sólo con h $\rho$ g pero en realidad cuando pones el pulgar cortas por encima de la presión y entonces la presión en el fondo domina y mantiene el agua en la paja.Puedes encontrar la fuerza ahora usando la fórmula de arriba y será correcto decir que la fuerza sólo debido a la presión en la superficie del fondo es $1.01325*10^5*\pi r^2$

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