Vasos comunicantes a distinta altura

Vasos comunicantes a distinta altura

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Presión de los vasos comunicantes

Vasos comunicantes : se denomina así a un conjunto de recipientes comunicados por el fondo y que contienen un líquido homogéneo ; se observa que cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin influir en la forma y volumen de éstos.
Si hay dos recipientes comunicados y se vierte un líquido en uno de ellos, éste se repartirá entre ellos de forma que, independientemente de sus capacidades, el nivel de líquido en cada recipiente sea el mismo.  Este es el llamado principio de los vasos comunicantes, que es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática .
En efecto, si pA = pB.  Esta ecuación permite, a partir de la medición de las alturas, la determinación experimental de la densidad relativa de un líquido con respecto a otro y, por tanto, constituye una forma de medir las densidades de los líquidos no miscibles si se conoce la de uno de ellos.
Esto se explica porque la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente, por lo que la presión hidrostática a una profundidad determinada es siempre la misma, sin que influya su geometría ni el tipo de líquido.  Blaise Pascal demostró en el siglo XVII , que el apoyo que se ejerce sobre un mol de un líquido, se transmite íntegramente y con la misma intensidad en todas las direcciones ( Principio de Pascal).  Sirven para demostrar que la presión hidrostática sólo depende de la altura.  En este caso, se trata de cuatro recipientes de vidrio de diferentes capacidades y formas unidos en el fondo por un tubo metálico cerrado en un extremo.  Al verter el líquido en cualquiera de los vasos se comprueba que alcanza la misma altura en todos ellos.

 

Vasos comunicantes

Del mismo modo que las partículas de los gases ejercen una presión sobre las interfaces, las partículas de los líquidos también ejercen una presión. Sin embargo, en comparación con un gas, un líquido tiene una densidad relativamente alta. En la práctica, esto da lugar a un fenómeno especial: la presión en los líquidos aumenta cada vez más con el aumento de la profundidad. Esto se debe a que la columna de líquido que se encuentra por encima de la profundidad considerada ejerce una fuerza adicional debido a su peso. En principio, esto puede considerarse como la presión de contacto de la columna de líquido. En la terminología técnica, esta presión de un líquido debida a su peso se denomina presión hidrostática.
Para comprender mejor la formación de la presión hidrostática, se considera primero un bloque de hielo cilíndrico con una sección transversal A. Esta columna de hielo tiene una determinada masa m y, por tanto, también un determinado peso FG=m⋅g. Con este peso, la columna de hielo presiona el suelo que tiene debajo. La presión de contacto causada por la columna de hielo se calcula a partir del cociente entre el peso y la superficie de contacto según la definición de la presión:

Explicación del experimento de los vasos comunicantes

La presión (relativa a la atmosférica) de una columna de agua abierta por arriba a la atmósfera es linealmente proporcional a la profundidad en ese punto desde la superficie del agua. A grandes rasgos, la presión sube aproximadamente 1 PSI por cada 2 pies de profundidad desde la superficie. Imagina que un barril tiene 1 pie de agua y el otro 3 pies. La presión en el fondo del segundo barril sería 1 PSI mayor que en el fondo del primero. Esto haría que el agua fluyera a través de la tubería horizontal desde el segundo al primero.
La única manera de que este sistema sea estable (el agua no fluye activamente cambiando los niveles en los barriles), es cuando las presiones en el fondo de los dos barriles son las mismas, lo que significa que las alturas del agua en cada barril son las mismas. Todas las superficies de agua están a la misma altura, por lo que todas las presiones a la misma altura son iguales. Si no es así, el agua fluirá hasta que lo sea.
Si los barriles no están abiertos en la parte superior, el aire del interior creará una barrera, pero el aire que hay allí puede comprimirse, de modo que si el agua baja por la tubería del canalón creará más fuerza sobre el agua, comprimiendo así el aire de los depósitos. En algún momento no habrá suficiente fuerza para superar la presión en el tanque y se igualará o volverá a subir por el canalón.

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Metáfora de los vasos comunicantes

Esta demostración ilustra el teorema de Pascal de los vasos comunicantes, que se basa en la idea de que, como la gravedad y la presión son constantes para los vasos comunicantes, la altura de equilibrio de los vasos comunicantes será igual. Un vaso comunicante es una serie de recipientes conectados de tal manera que el fluido puede fluir libremente entre ellos para llegar a una única posición de equilibrio. Dado que la presión en una columna de fluido depende únicamente de la altura de la columna y no de su forma o tamaño, y que la presión que ejerce la atmósfera sobre nosotros es constante, la altura de equilibrio se encontrará naturalmente en un punto igual en todos los vasos comunicantes.