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¿Por qué la presión en la parte superior de una losa de agua es mayor que la presión en la parte inferior?

En la imagen de abajo, mi libro parece estar diciendo que si usted tiene una taza de agua en completo equilibrio, a continuación, si usted tiene un pequeño cubo de agua dentro de la taza dado por $dm=ρAdy$ hay una fuerza hacia abajo de la $-(p+dp)A$ que actúa sobre la superficie superior, una fuerza de $pA$ que actúa sobre la superficie inferior, y $-dw$ cual es el peso.

Lo que no entiendo es por qué la presión en la parte superior es mayor que la presión en el fondo? ¿No se suponía que esto al revés? Si en algo están derivando la Ley de Pascal aquí.

picture of fluid diagram

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Daniel Broekman Puntos 1951

Nada dice $\mathrm{d}p$ tiene que ser positiva.

La razón de la presión en la parte superior es $p + \mathrm{d}p$, aunque $\mathrm{d}p$ no es necesariamente positivo, es que la distancia en la parte superior es $y + \mathrm{d}y$. En otras palabras, cuando usted está tratando con diferenciales como este, tienes que ser constante en lo que resta de la que en otro lugar. Así que si usted decide que $\mathrm{d}y$ será definido por

$$y_\text{top} - y_\text{bottom} = \mathrm{d}y\tag{1}$$

entonces también tiene que ser el caso que

$$p_\text{top} - p_\text{bottom} = \mathrm{d}p\tag{2}$$

O si se tratara de la temperatura, se tendría que hacer

$$T_\text{top} - T_\text{bottom} = \mathrm{d}T$$

y así sucesivamente. Siempre la parte superior menos la parte inferior. Espero que usted puede ver la razón de esto: los derivados son definidos como

$$\frac{\mathrm{d}p}{\mathrm{d}y} = \lim_{\text{height}\to 0}\frac{p_\text{top} - p_\text{bottom}}{y_\text{top} - y_\text{bottom}}$$

y, en particular, el orden (de arriba menos la parte inferior) es el mismo, tanto en el numerador y el denominador.

Usted puede cambiar de todo en ambos lugares,

$$\frac{\mathrm{d}p}{\mathrm{d}y} = \lim_{\text{height}\to 0}\frac{p_\text{bottom} - p_\text{top}}{y_\text{bottom} - y_\text{top}}$$

que es equivalente a la evolución de ambas ecuaciones (1) y (2) a

$$\begin{align} y_\text{bottom} - y_\text{top} &= \mathrm{d}y\\ p_\text{bottom} - p_\text{top} &= \mathrm{d}p \end{align}$$

pero usted tiene que cambiar los dos juntos, por lo que los signos cancelar al calcular los $\frac{\mathrm{d}p}{\mathrm{d}y}$.

En este caso particular, la presión disminuye a medida que la altura aumenta, así que cuando $\mathrm{d}y$ es positivo (asumiendo $y$ aumenta hacia arriba), $\mathrm{d}p$ será negativa. Si realmente te preocupa, que podría cambiar a un sistema de coordenadas en el que $y$ aumenta va a la baja, por lo que el $p$ aumentaría con la $y$, pero en general no vale la pena el esfuerzo de averiguar qué dirección va a dar un positivo derivado.

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