Qué es el Principio de Pascal

El principio de Pascal es una ley de la física planteada por el importante matemático, y filósofo, de origen francés Blaise Pascal, quien además realizaría otros importantes aportes además de esta teoría.

Este científico es más conocido por este principio, en donde explica como la presión que ejerce un fluido de cualquier tipo que se encuentra en un recipiente, en equilibrio, y que a su vez no puede comprimir; se transmite esa misma presión hacia todas las direcciones en que se decanta ese fluido.

Este es uno de los principios más utilizados en física y por ello es muy importante comprender cuáles son sus reglas y aplicaciones. A continuación; en este artículo detallaremos de qué trata, cuáles son sus características, como se realizan los cálculos y finalmente cómo puede ser aplicado según sea el caso.

¿Cuál es el origen y de qué trata el principio de pascal?

Mediante una serie de experimentos y por observación, el físico francés Pascal se da cuenta que al aumentar la presión sobre la superficie de un fluido el cual tiene que estar contenido dentro de un recipiente que es in deformable, es capaz de transmitir esa misma presión hacia cada una de las direcciones del mismo recipiente, sin importar la dirección.

No sólo este científico logra plantear esta teoría, también es el responsable de formular la ley que describe cómo se ejerce la presión atmosférica. En el año de 1642, con la ayuda de otra invención de él mismo, la calculadora mecánica, pudo realizar este experimento en donde calculaba el nivel de mercurio que se encontraba en un barómetro, con el fin de poder determinar los cambios de la presión atmosférica circundante, la cual provoca un efecto sobre el equilibrio de los líquidos. Como ya he sabido, Blaise Pascal también es el responsable de formular la teoría matemática de la probabilidad.

Una manera de poder comprobar que realmente este principio funciona es tomando cualquier tipo de objeto que ayude a contener un líquido en su interior. Por ejemplo, se puede tomar una esfera a la cual se le hacen sobre su superficie una serie de huecos. Posteriormente, se conecta a este objeto a un émbolo con el cual se llenará el interior del mismo con agua generando algún tipo de presión. Un émbolo es una pieza que funciona como un mecanismo muy simple, puede impulsar un fluido a lo largo del mismo sea hacia arriba o hacia abajo. Se va a observar que el agua empezará a salir por estos orificios con la misma presión que se ejerció sobre él.

Para que el principio de Pascal pueda tener efecto, es necesario que el líquido se encuentre dentro de un recipiente donde se mantenga de forma estática. Cuando se ejerce una presión sobre el mismo, este se reparte uniformemente a todas las partículas del líquido y hacía todas las direcciones posibles del recipiente contenedor. Además, esté recipiente debe de ser con paredes in deformables. Por ello, si se sumerge un objeto sobre agua, ejerce una presión de empuje con la misma magnitud al peso que posee este mismo objeto.

Utilicemos otro ejemplo para comprender mejor como funciona esta ley. Hay un objeto en forma de “U” es cuál ha sido llenado con agua. Cada uno de los extremos está conectado a un émbolo, un extremo es más amplio que el otro. Por ello, el émbolo que se ubica en el extremo más amplio será más grande que el otro. Estos no permitirán la salida del agua.

Al accionar el émbolo más pequeño ejerciendo determinada cantidad de fuerza, esa misma actuará sobre un área lo cual genera una presión. A estos dos factores se les denominarán factores presión. ejemplo Por lo tanto la presión ejercida es igual a la fuerza sobre el área y se señala de la siguiente manera (p = F/A), presión 1.

principio de Pascal en los líquidos

Si bien la presión ejercida solo ha sido realizada en un lado, esta se transmite igualmente a todas las áreas internas del objeto. La presión ejercida que tuvo una reacción hacia el otro lado del objeto sobre el área, y el émbolo, que denominaremos “número 2”.

Se observa  que la presión aumenta la frecuencia del choque entre las moléculas con las paredes del recipiente donde se contiene el líquido. Estas mismas ayudan a realizar la transferencia de la presión hacia todas las direcciones hasta que se alcanza una presión uniforme. De esta manera, se observa que el segundo embolo aumenta su nivel.

Este principio ayudó a poder comprender y calcular cómo se puede utilizar la energía hidráulica. Es aplicado tanto en trabajos de grande o menor esfuerzo por igual. Las industrias que se encargan de trabajar con prensas hidráulicas que a su vez ayudan a fabricar frenos, neumáticos y elevadores, todos ellos se basan en este principio.

La formulación de este principio permitió utilizar de forma efectiva la energía proveniente de la energía hidráulica principalmente. La característica que posee este tipo de energía es que permite levantar grandes cantidades de peso, por ello equipos como los elevadores hidráulicos funcionan de esta manera. En las grandes industrias dependen de ellos con el fin de poder movilizar a objetos de grandes dimensiones como pueden ser los automóviles o incluso maquinaria de cualquier tipo.

Básicamente, estas maquinarias funcionan a partir de doce cilindros de diferentes tamaños, para poder generar un incremento en la presión del líquido lo cual genera la presión necesaria para levantar los objetos. Este sistema se conecta a su vez a un motor de accionamiento eléctrico que ayuda transmitir la energía generada por el fluido cuando se necesitan levantar el peso de la carga

¿Cuáles son las aplicaciones que tiene el principio de Pascal?

Esta ley ha sido aplicada sobre todo los casos donde interviene la energía hidráulica, esto quiere decir que se utiliza la presión que ejerce el agua para generar esta energía. Diversos dispositivos dependen de la energía hidráulica, el agua debe de utilizarse de manera que al pasar genere cierta velocidad y por lo tanto una presión específica.

Principalmente, es aplicada para entender y calcular cuál es el funcionamiento y rendimiento de las prensas hidráulicas. Esta maquinaria es la que se utiliza en las grandes industrias para fabricar diversos tipos de dispositivos como los son los ascensores y los frenos automovilísticos, pero también se incluye muchos otros más. Su funcionamiento es sencillo y funciona ayudando a crear cortes sobre el metal. De hecho, es un principio que se asemeja a otro dispositivo creado por Arquímedes qué tenía forma de palanca.

El diseño de esta máquina se constituya partir de doce cilindros que se comunican entre sí, estos en su interior tienen partes iguales de agua o de aceite según sea el caso. A los lados de los mismos se encuentran un par de émbolos que funcionan con el fluido, el más pequeño generan presión para ayudar a que se transmita el líquido hacia el otro. Como lo dicta el principio de Pascal, esta presión es la misma que se ejerce el fluido que se encuentra en el otro émbolo.

También, este principio se aplica a los neumáticos que utilizan diversos vehículos, estos deben de ser inflados generando presión sobre ellos. Igualmente el sistema de frenos de los automóviles de antibloqueo funciona poniendo en manifiesto este principio. Se conoce como sistema ABS, funciona impidiendo que las ruedas se detengan al momento de frenar y de esta manera se puede evitar que el automóvil derrape. Se considera como un mecanismo muy seguro además permite que se tenga mayor control sobre el volante.

Otros usos que tiene este principio también aplican a equipos de uso doméstico como los refrigeradores de última generación. El sistema interno de estos es un poco complejo, La idea es evitar que se genere calor dentro del mismo. Cada empresa ha patentado su propia manera de hacerlo.

principio de Pascal de vasos comunicantes

¿Cuál es la fórmula utilizada en el principio de Pascal?

La siguiente es la fórmula que se utiliza para hacer los cálculos:

p = p_0 + rho g h.

p = la presión total a la profundidad

h = medida en Pascales

p_0 = la presión sobre la superficie libre del fluido

rho = la densidad del fluido

g = la aceleración de la gravedad

A continuación se muestra un ejemplo de la aplicación de esta fórmula:

Calcular la fuerza y la presión ejercida en un émbolo, se sabe que la fuerza resultante tiene un valor de 53N, el émbolo de mayor tamaño tiene un radio de 66 centímetros y el émbolo menor tamaño tiene un radio de 33 centímetros.

Primero se realiza el cálculo de ambos émbolos:

Embolo mayor: (3.14) (0.66²) = (3.14)(0. 4356) = 0. 435 m²

Embolo menor: (3.14) (0.33²) = (3.14)(0. 1089) = 0. 108 m²

 

Ahora calculamos la presión:

F2=p2S2

Por lo que:

p2= F2/S2

p2= 53/0.43 = 123,25 Pa

Calculamos la fuerza aplicada:

F1= p1S1

F1= (123,25) (0. 108) = 13 N

¡Listo! Es una fórmula sencilla que no amerita de mayores complicaciones.

¿Cuál es la importancia del principio de Pascal para la física?

Blaise Pascal realizó un importante aporte para la física, gracias a este principio es posible entender la relación que existe entre la presión y la profundidad que tiene un fluido principalmente. Pero también, permite analizar la relación entre la altura de la columna donde se deposita el fluido con un valor de referencia.

Cuando esté científico estaba realizando experimentos en relación a la presión atmosférica utilizó instrumentos como el barómetro. Pudo entender cómo funciona la presión a nivel atmosférico como también sobre los fluidos.

De esta manera, se pudo comprender mejor como ese la presión que se ejerce sobre mares, lagos, ríos y piscinas, pero sobre todo ayudó a desarrollar dispositivos que ahora son indispensables como lo son aviones, submarinos y diques. Realizar cálculos mediante la hidrostática es el principio utilizado para crear estructuras y equipos que son ampliamente utilizados como los anteriormente mencionados.

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