Ilustración del principio de Pascal
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La presión se define como la fuerza por unidad de superficie. ¿Se puede aumentar la presión en un fluido empujando directamente sobre él? Sí, pero es mucho más fácil si el fluido está encerrado. El corazón, por ejemplo, aumenta la presión sanguínea empujando directamente sobre la sangre en un sistema cerrado (válvulas cerradas en una cámara). Si se intenta empujar un fluido en un sistema abierto, como un río, el fluido se aleja. Un fluido cerrado no puede fluir, por lo que la presión se incrementa más fácilmente mediante una fuerza aplicada.¿Qué ocurre con la presión en un fluido cerrado? Como los átomos de un fluido son libres de moverse, transmiten la presión a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente. Sorprendentemente, la presión se transmite sin disminuir. Este fenómeno se denomina principio de Pascal, porque fue enunciado claramente por primera vez por el filósofo y científico francés Blaise Pascal (1623-1662): Un cambio de presión aplicado a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y a las paredes de su recipiente.
Preguntas sobre el principio de Pascal
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Problemas de práctica del principio de Pascal
Tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana. Varios dispositivos, como los ascensores hidráulicos y los frenos hidráulicos, se basan en la ley de Pascal. En todos estos dispositivos se utilizan fluidos para transmitir la presión. En un ascensor hidráulico, como se muestra en la figura anterior, dos pistones están separados por el espacio lleno de un líquido. Un pistón de pequeña sección A ejerce una fuerza F directamente sobre el líquido. La presión P =F/A se transmite a través del líquido al cilindro más grande unido con un pistón más grande de área B, lo que resulta en una fuerza ascendente de P × B. Por lo tanto, el pistón es capaz de soportar una gran fuerza (gran peso de, por ejemplo, un coche o un camión colocado en la plataforma). Cambiando la fuerza en A, la plataforma puede moverse hacia arriba o hacia abajo. Así, la fuerza aplicada se ha incrementado en un factor B/A y este factor es la ventaja mecánica del dispositivo. 2. Freno hidráulico
En los automóviles, los frenos hidráulicos también funcionan según el mismo principio. Cuando aplicamos una pequeña fuerza sobre el pedal con el pie, el pistón maestro se mueve dentro del cilindro maestro, y la presión provocada se transmite a través del aceite de freno para actuar sobre un pistón de mayor superficie. A continuación, una gran fuerza actúa sobre el pistón y es empujado hacia abajo, lo que expande las zapatas de freno contra el forro de freno. En consecuencia, una pequeña fuerza sobre el pedal produce una fuerza extremadamente retardadora sobre la rueda. Una ventaja importante del sistema es que la presión, que se establece al pisar el pedal, se transmite por igual a todos los cilindros, que están unidos a las cuatro ruedas para que el esfuerzo de frenado sea igual en todas las ruedas. 3. Variación de la presión con la profundidad
Preguntas y respuestas sobre la ley de Pascal
Cuando se aplica una fuerza a un fluido contenido e incompresible, la presión aumenta por igual en todas las direcciones del fluido. Esta característica fundamental de los fluidos es la base de los sistemas hidráulicos que se encuentran en las sillas de peluquería, los equipos de construcción y los frenos de tu coche.
Dado que la fuerza aplicada al fluido contenido se distribuye por todo el sistema, puede multiplicar la fuerza aplicada mediante esta aplicación del Principio de Pascal de la siguiente manera. Suponga que tiene un recipiente cerrado lleno de un fluido incompresible con dos pistones de áreas diferentes, A1 y A2. Si aplicas una fuerza, F1, al pistón de área A1, creas una presión en el fluido que puedes llamar P1.
Por lo tanto, has aumentado efectivamente la fuerza aplicada F1. Por supuesto, no se puede violar la ley de conservación de la energía, por lo que el trabajo realizado sobre el sistema debe equilibrar el trabajo realizado por el sistema. En el diagrama de elevación hidráulica mostrado en la página anterior, la distancia sobre la que se aplica F1 será mayor que la distancia sobre la que se aplica F2, ¡en la misma proporción que el multiplicador de fuerza!