¿Cómo crea presión la distancia vertical debajo de la superficie de un fluido? (problema de pensamiento)

El concepto que necesita incluir en su pensamiento está relacionado con el Principio de Pascal. Aplicado a su pregunta, significa que la presión del agua sobre una posición particular bajo el agua no solo actúa hacia abajo. Esa presión actúa en todas las direcciones. Entonces, en efecto, la presión en un fluido "se mueve alrededor de las esquinas". Cuando estás debajo del objeto fijo hipotético en tu escenario, sientes la presión del agua a los lados de ti. Esa agua siente la presión del agua de arriba y de los lados (y del fondo). Si se agrega más agua, o si usted y su objeto están más profundos, el mayor peso de más agua sobre el agua a los lados dará como resultado una mayor presión allí que se transmitirá en todas las direcciones, incluso hacia usted.

Otra forma de ver esto es si la presión fuera menor debajo del objeto, la mayor presión en los lados "empujaría" más contra esta región de menor presión hasta que las presiones fueran iguales.

Todas las demás respuestas son correctas. Sin embargo, volveré a expresar su respuesta en términos de "peso de líquido sobre ti", que tal vez encuentres más agradable.

Para simplificar, digamos que el cuerpo sólido sumergido en el fluido es un cilindro vertical de área de sección transversal$A$, y tiene peso$W_{cylinder}$. Queremos calcular la presión en algún punto del fluido debajo del cilindro. Para ello calcularemos el peso de la columna fluido+cilindro sólido por encima de ese punto, actuando sobre el área horizontal de magnitud$A$, y luego divida la fuerza total que actúa sobre esa área por la magnitud del área. La clave del argumento es que la fuerza total que actúa sobre el área no es simplemente igual al peso del fluido + la columna de cilindro sólido sobre ese área.

Peso total de fluido+columna de cilindro sólido=$W_{cylinder}+W_{fluid}$

Pero como el cilindro se mantiene estacionario, entonces, en virtud del principio de Arquímedes, debemos ejercer sobre él una fuerza hacia arriba igual a$W_{cylinder}-W_{displaced~fluid}$, dónde$W_{displaced~fluid}$es simplemente el peso del fluido desplazado por el cilindro.

Así que la fuerza neta hacia abajo en el área$A$es

$$\begin{align} (W_{cylinder}+W_{fluid})-(W_{cylinder}-W_{displaced~fluid})=W_{fluid}+W_{displaced~fluid} \end{align}$$ que no es más que el peso de la columna de agua en la que el cilindro sólido ha sido reemplazado por un cilindro fluido. Por eso, para calcular la presión, no importa si hay un objeto sólido colgando sobre un punto dentro del fluido, siempre que todo el sistema esté en equilibrio.

PD He asumido que el cilindro es más denso que el fluido. Te dejo a ti generalizar el argumento.

La presión a cierta profundidad del fluido se ejerce en todas las direcciones, hacia arriba, hacia abajo, hacia los lados y todo lo demás. Esto se debe a que las moléculas no pueden simplemente salir hacia los lados cuando el peso del fluido de arriba empuja hacia abajo, ya que las que están junto a ellas también están siendo empujadas hacia abajo. Así que todos se empujan unos contra otros en todas las direcciones. Por eso no importa si estás bajo el bloque.

Un gas ejerce su presión sobre una superficie (como usted) por la acción de miles de millones de moléculas que rebotan en cualquier instante en su movimiento aleatorio. Durante el rebote, ejerces una fuerza sobre cada molécula que cambia su impulso, por lo que también ejerce una fuerza sobre ti. La suma de todas esas pequeñas fuerzas sobre un área en cualquier instante dividida por el área es la presión.

En un líquido, hay otro efecto. Los campos eléctricos repulsivos entre las moléculas se comprimen como resortes. Aunque el agua se considera virtualmente incompresible, la compresión no es cero y se produce una pequeña reducción en la distancia frente a una fuerza relativamente grande. Las moléculas adyacentes a una superficie transfieren esa fuerza electrostática y juntas ejercen una fuerza de estado estable sobre ella además de las fuerzas de colisión. Esto explica las grandes presiones en las profundidades del océano, que no pueden explicarse por el gran aumento de las tasas de colisión, ya que allí hace frío y la densidad no es mucho mayor.

Yendo directamente a su concepto erróneo: la caja no solo presiona hacia abajo con su peso. También empuja hacia abajo con la fuerza adicional que estás usando para mantenerlo en su lugar .

Imagina una caja con peso cero. Es flotante porque el área de tiempos de presión en la parte inferior es mayor que el área de tiempos de presión en la parte superior. Sin fuerza adicional, la caja se mueve hacia arriba.

Pero la Pregunta dice que se mantiene en su lugar: eso significa que la misma diferencia de fuerza se aplica mecánicamente de alguna manera. Así que ahora la caja vuelve a presionar hacia abajo con la misma fuerza que habría tenido si estuviera llena de agua.

La presión es (directamente dependiente de) el peso del fluido sobre usted. El peso tiene en cuenta la densidad del fluido, la gravedad y el volumen del fluido. El problema en el que está pensando se puede dividir en partes simples y comprensibles. Si el agua sobre usted tuviera un sólido de la misma (o menor densidad en caso de que haya llenado una cavidad en el sólido con algunas piedras pesadas), el efecto seguiría siendo el mismo principalmente porque el sistema como un todo está en equilibrio y estático. Lo que eso realmente significa es que a lo largo de la superficie a una profundidad particular, la presión será la misma independientemente del hecho de que sobre alguna parte de la superficie se coloque un objeto diferente. El sistema desplazará el exceso de líquido y el sólido (si es necesario) hasta que no se logre la condición anterior. Porque si hubiera una diferencia de presión, entonces ya no sería un sistema estático sino una situación dinámica o transitoria. La cantidad de agua desplazada.

La diferencia de presión a través del cuerpo (digamos un cubo) será (densidad del agua) (longitud del lado del cubo) (gravedad) que será igual a la presión ejercida por la caja (debido a su peso) sobre esa pieza del superficie. Las dos presiones serán iguales pero surgirán debido a dos fuerzas iguales que actúan en direcciones opuestas, provocando así un equilibrio y haciendo que la presión a esa profundidad sea igual a la del agua.

En caso de que no haya entendido por qué hay presión debido al peso: considere un cilindro lleno hasta el borde con un líquido. En la parte inferior, la fuerza neta aplicada por el agua será la Maas del agua por la gravedad. Así la presión será la fuerza dividida por el área. Ahora, sabemos que la masa es el volumen del líquido por el volumen, que es el área por la altura. Por lo tanto, en la expresión de la presión, el término del área se cancelará dejando solo presión = (densidad) (altura) (gravedad). Entonces, en cierto sentido (y siempre) la presión se debe al peso/fuerza normal en la superficie.