Cambio de presión con la profundidad del agua

¿Cómo cambia la presión del agua a medida que aumenta la profundidad del agua? ¿Por qué cambia la presión a medida que el agua se hace más profunda?

Si alguna vez ha realizado una inmersión profunda, ha sentido la fuerza del agua presionando sobre su cuerpo. Esta fuerza es causada por el tirón de la gravedad. Como todos los demás materiales, el agua tiene peso. Entonces la gravedad tira del agua donde sea que esté. Debido a este tirón descendente de la gravedad, el agua ejerce una fuerza debajo de la superficie.

Esperas que el agua empuje hacia abajo debido a la fuerza de la gravedad. Pero probablemente se sorprendió al descubrir que el agua empuja hacia los lados y hacia arriba y hacia abajo. Desde el mismo punto, el agua se derramará a través de un orificio en el fondo de un balde, saldrá por un orificio en el costado o se arrojará a chorros a través de un orificio. Entonces puede ver que debajo de la superficie el agua empuja en todas las direcciones. Las mediciones cuidadosas muestran que el agua en cualquier punto ejerce una fuerza igual en todas las direcciones. Sin embargo, sea cual sea la dirección, la gravedad causa la fuerza dentro del agua.

Cuando trabajamos con esta fuerza, a menudo necesitamos usar la palabra presión. Has usado esta palabra muchas veces para significar lo mismo que fuerza. Sin embargo, para un científico, la fuerza y ​​la presión tienen diferentes significados. Sabes que una fuerza es cualquier empuje o atracción. Pero la presión significa la cantidad de fuerza en un área determinada. En el sistema inglés, la presión generalmente se mide en libras por pulgada cuadrada. Las presiones muy grandes a veces se expresan en toneladas por pie cuadrado.

La presión del agua es importante para personas como constructores de represas y sistemas de agua, tripulaciones submarinas y buzos de aguas profundas. Probablemente te sientas incómodo 15 pies bajo el agua. Pero un buzo puede bajar al agua unos 400 pies en un traje de buceo común. Para profundizar, debe ponerse una armadura de metal fuerte que sea muy pesada y torpe. En 1960, dos hombres alcanzaron la mayor profundidad hasta el momento cuando descendieron 7 millas hacia el Océano Pacífico cerca de la isla de Guam. Se usó un dispositivo de buceo especial llamado batiscafo (bath’a skaf). Los hombres estaban dentro de una bola de acero hueca de 7 pies de diámetro con paredes de 3/2 pulgadas de grosor y un peso de casi 13 toneladas. ¿Por qué se necesitaba tanta protección?

¿CÓMO AFECTA LA PROFUNDIDAD DEL AGUA A SU PRESIÓN?

1. Con un martillo y un clavo, haga un agujero en el fondo de un cubo cerca del costado. Haz otro agujero en el costado justo encima del primero. Coloque tapones de madera apretados en los agujeros. Luego llene el cubo medio lleno de agua.
2. Sostenga el cubo sobre un fregadero o una sartén ancha. Retire el tapón del orificio en la parte inferior. ¿En qué dirección se mueve el agua? ¿Por qué?
3. Cierre el orificio en la parte inferior y saque el tapón del orificio en el costado. ¿En qué dirección se mueve el agua esta vez? ¿Por qué? Vuelva a colocar el tapón en el orificio.
4. Haz un agujero en el fondo de una lata. Luego empuje la lata, primero el fondo, hacia el agua en el cubo. ¿En qué dirección se mueve el agua a través del agujero en la lata? ¿Por qué?
5. Haz un agujero en el costado a unas 4 pulgadas de la parte superior. Haz otro hoyo a mitad de camino entre los dos hoyos en el costado. Coloque tapones de madera apretados en todos los agujeros. Luego llena el cubo con agua.
6. Sostenga el cubo sobre un fregadero o una sartén ancha. Retire los tapones de los tres agujeros en el costado. ¿Por qué agujero se mueve el agua con más fuerza? ¿Menos fuerza? ¿Cómo lo sabes? ¿Qué muestra este experimento sobre la presión del agua?

Algunas personas piensan que el tamaño o la forma de un recipiente hace una diferencia en la presión en el fondo. Pero las mediciones cuidadosas muestran que esto no es cierto. La presión depende solo de la profundidad del agua. Por ejemplo, si el agua en un tanque tiene 10 pies de profundidad, la presión en la parte inferior es de 4.3 libras por pulgada cuadrada, sin importar el tamaño o la forma del tanque. La presión también es de 4,3 libras por pulgada cuadrada a 10 pies debajo de la superficie de un arroyo o lago, que es mucho más grande que el tanque.

«El agua busca su propio nivel».

Al usar lo que acaba de aprender sobre la presión del agua, puede explicar por qué este dicho es cierto. Si se conecta una tubería de cualquier tamaño o forma a un tanque de agua, el agua sube por la tubería hasta que esté nivelada con el agua del tanque. Entonces la presión del agua en la tubería es igual a la presión del agua en el tanque. Si se agrega más agua a cada lado, el agua adicional aumenta la profundidad en este lado. Entonces la presión en este lado es mayor. El aumento de la presión envía agua al otro lado hasta que las dos presiones sean iguales una vez más. Cuando esto sucede, el agua en el tanque está nuevamente nivelada con el agua en la tubería.