¿Flotaría una columna sólida gigante?

Esta pregunta se inspiró originalmente en esta:

¿Por qué la presión del aire en la superficie de la tierra es exactamente igual al peso de toda la columna de aire sobre ella?

En él, el autor menciona una columna sólida muy alta (que se extiende hasta el espacio) cuya base tiene un área de 1 pulgada cuadrada, y que pesa 14.7 libras, que es igual a la presión cerca de la superficie de la tierra.

Mi pregunta es la siguiente: ¿flotaría tal columna?

Después de todo, el peso de la columna es 14.7 libras, su base tiene un área de 1 pulgada cuadrada, y la presión del aire en su base es 14.7 libras por pulgada cuadrada.

Entonces, ¿la presión del aire en su base equilibraría el peso de la columna?


Supongo que la presión no cambia una vez que colocamos una columna sólida encima de un poco de aire. Todavía no sé mucho sobre fluidos, pero esta suposición puede ser incorrecta...

¡Gracias!

por cierto, este argumento te permite estimar el peso total de la atmósfera terrestre, que es igual a (14,7 libras/pulgada cuadrada) x (área superficial de la Tierra modelada como una esfera lisa, en pulgadas cuadradas).

Respuestas (3)

Sí, debería flotar.

Encontrar un sólido tan alto con un peso tan bajo sería difícil (presumiblemente imposible); pero ya tenemos un gran ejemplo de algo gaseoso que hace esto: el aire.

El aire en cualquier punto de la superficie ha desarrollado su presión de aire debido al peso de todo el aire sobre él que tiene que "mantener" en su lugar. Esencialmente, la presión del aire tiene la fuerza suficiente para mantener el aire sobre él "retenido". Si tuviera un objeto sólido que pesara tanto como el aire que desplazó, flotaría debido a la flotabilidad ; que es exactamente lo que hace el aire mismo.

Si la presión en la parte inferior del objeto fuera igual a la presión atmosférica, y la presión en la parte superior fuera 0 (como en el caso de algo que se extiende fuera de la atmósfera), se dice que tiene flotabilidad neutra y, por lo tanto , flotaría.

¡Gracias, JMac! +1! Estaba pensando lo mismo, pero el problema con el aire es que está en constante movimiento, en realidad no está "mantenido" en su lugar, ¿verdad? Se mueve continuamente hacia adentro y hacia afuera de esa "columna", creando pequeñas diferencias en la presión que se equilibran casi de inmediato cuando entra aire para reemplazarlo. Así que es difícil para mí imaginar lo que sucede en la base de esa columna cuando está hecha de aire. No es como si el aire debajo de la columna realmente la "sostuviera", ya que la columna misma está hecha de aire... pero veo que si parte del aire "en" la columna fuera a...
... caer más abajo y no ser empujado hacia arriba por las moléculas de aire debajo de él casi de inmediato, ¿habría una diferencia en la presión...? En realidad, estoy muy confundido. ¿Puede ayudarme a imaginar mejor cómo se debe la presión a la columna de aire encima? ¡Gracias!
@JoshuaRonis Sí, obviamente es un poco más complicado en el sistema dinámico de la Tierra, donde la superficie se calienta, por lo que el aire bajo intenta expandirse debido a la ley de los gases ideales, y eso presuriza algunas áreas menos que otras, lo que genera un gradiente de presión, que hace viento; que se propaga, etc. Pero considere lo que quizás sea más fácil de imaginar cuando piensa en la hidrostática . Es realmente solo un equilibrio de fuerzas. Si el aire en el fondo no empujara hacia atrás con suficiente fuerza, el aire de arriba aceleraría hacia abajo debido a la gravedad.
@JoshuaRonis Esto desarrolla presión, porque obviamente las moléculas no pueden estar todas en el mismo lugar y comienzan a retroceder.
Gracias de nuevo, pero todavía estoy confundido... incluso si no hubiera viento, ni calefacción... etc., pero solo una columna de aire y la gravedad de la tierra, ¿no seguirían moviéndose las moléculas de aire? y sale al azar de esa columna? No es que la columna esté realmente "sostenida" por las moléculas de aire debajo de ella... esto se relaciona con otra pregunta que acabo de hacer, pero ¿cómo se moverían las partículas de aire en la base de esta "columna de aire"? ¿Estarían simplemente moviéndose hacia arriba y hacia abajo, entrando y saliendo de la columna, manteniendo la presión casi constante?
@JoshuaRonis También tienen columnas a su lado que tienen que soportar todo el peso. La presión actúa por igual en todas las direcciones, por lo que si la presión atmosférica las empuja hacia arriba, también mantiene juntas todas las columnas (u otra forma de verlo sería que la superficie está repleta de columnas).

Si quieres saber si algo flota, tienes que comparar las densidades del medio en el que flota el objeto (aquí, la atmósfera de la Tierra) y el objeto que flota (la columna sólida de aire). La presión y el peso son cosas diferentes y no necesariamente relacionadas.

So to answer your question, while freezing this column of air, you would not change the mass but you would decrease the volume. Thus you would increase the density because density is mass divided by volume. So the density of the frozen air is heavier than the density of normal air and your column would sink.

Si de alguna manera pudieras congelar la columna de aire sin cambiar la densidad (no veo cómo podrías hacer esto), entonces tendría una flotabilidad neutra porque las densidades son iguales. En otras palabras, la fuerza de flotación y las fuerzas de gravedad se cancelarían exactamente y no habría fuerza neta sobre el cilindro (excluyendo cosas como la fricción). Técnicamente, la flotabilidad neutra no es lo mismo que flotar, ya que si sueltas tu columna en el fondo de la atmósfera (nivel del mar), se quedaría allí, no flotaría hacia arriba.

Sí, flotaría porque el aire es mucho más liviano que el agua, pero se necesitaría un milagro para hacerlo flotar. El aire en la parte inferior de la columna tiene una presión de 14,7 lb por pulgada cuadrada porque ese es el peso del aire que lo presiona desde arriba. No se me ocurre ninguna manera de encapsular esta columna y hacerla flotar en el mar. Si colocas la columna horizontalmente para que flote, las 14,7 libras por metro cuadrado al presionarla no provendrían de la columna en sí, sino de la atmósfera externa. Sé que los experimentos mentales pueden tener escenarios que son imposibles en el mundo real, pero generalmente lo hacen para ilustrar un principio. Este no.

No, no, no estaba hablando del mar, quiero decir, ¿flotaría en el aire?
Depende de lo que entiendas por flotar. En el aire tendría flotabilidad neutra, suponiendo que la temperatura fuera la misma que la del resto de la atmósfera. Es como preguntar ¿flotaría una columna de agua de mar en el mar? Sí, durante un tiempo si la temperatura fuera mucho más alta que el agua de mar circundante, pero cuando la temperatura se igualara, tendría una flotabilidad neutra.