La presión a una profundidad h ejercida por un líquido estático de densidad ρ sobre las paredes del recipiente está dada por ρgh . Es decir, aumenta con la profundidad. Esta presión, como es opinión general, se debe a colisiones de partículas fluidas, que se encuentran en agitación térmica, con la pared del recipiente.
Sin embargo, si esto es cierto, dado que la presión aumenta con la profundidad, también debería hacerlo la magnitud de la agitación térmica de las partículas (¿hay alguna otra razón para explicar el aumento de la presión?). Por lo tanto, la temperatura, una medida de la agitación térmica, también debería aumentar con la profundidad. Pero, esto no se observa en ninguna parte.
Mi opinión es que la presión que ejerce un líquido sobre las paredes del recipiente se debe al hecho de que el sistema de partículas de fluido está siendo cortado hacia los lados, contra la pared del recipiente por las fuerzas de la gravedad (al igual que los granos de arena llenado en un vaso) y no completamente debido a la agitación térmica de las partículas. Las paredes del contenedor resisten el desplazamiento de las partículas de fluido y hacen que todo el sistema pierda forma. Por lo tanto, hay fuerza y, por lo tanto, presión sobre la pared. ¿Está justificada esta opinión?
Si mi punto de vista está justificado, ¿a qué fracción de la presión total sobre la pared contribuye la agitación térmica de las partículas (ya que puede que no sea posible negar por completo que hay algunas fuerzas en la pared debido a la agitación térmica)?
Alguien podría argumentar que la presión horizontal sobre las paredes no puede deberse a fuerzas de gravedad verticales que no tienen componente horizontal. Pero supongo que un líquido que no está confinado en un recipiente (es decir, si la pared desapareciera repentinamente) es muy parecido a un montón de pequeñas partículas (como granos de arena) que se deforman debido a la falta de orden superior (visto en estructuras de celosía), bajo las fuerzas de la gravedad y la fuerza normal proporcionada por la superficie sobre la que descansa el montón.
Por favor, perdóname por la descripción detallada. Solo quería dejar mi punto claro.
PD 1: encontré una pregunta con una respuesta relevante para la mía aquí:
Presión en fluidos, en particular presión horizontal
Esta parte de la respuesta de @bright magnus aborda el problema:
Volviendo a tu primera pregunta para resumir. La presión horizontal en el líquido resulta de dos factores: la energía cinética de las moléculas (que las hace moverse caóticamente en todas las direcciones) y la gravedad de la Tierra (ya que las moléculas son empujadas hacia abajo por la gravedad y buscan escapar hacia los lados).
Pero la fracción de contribución de los dos factores no se discute. Además, si de hecho hay dos factores que contribuyen a la presión horizontal como se mencionó, entonces ¿por qué la derivación de la expresión de la presión a una profundidad h en un líquido estático no parece tener en cuenta el "factor de energía cinética"?
PS 2: Como señalé en un comentario a la respuesta de @FGSUZ, soy consciente de que las capas de líquido están en contacto térmico y, por lo tanto, en equilibrio térmico (que alguien podría pensar que es la razón por la que no hay variación de temperatura). Sin embargo, si se aplica el modelo de agitación térmica, dado que todo el sistema está a la misma temperatura, debería haber la misma presión en todas partes, lo que no es el caso. Por lo tanto, solo quiero saber qué tan válido es este modelo de agitación térmica en comparación con el modelo que propuse.
Según la ley de Pascal, la presión afecta a todas las direcciones, por lo que no haría ninguna distinción entre presión horizontal y vertical. El cambio (en hidrostática) solo lo da su fórmula.
De acuerdo, más presión debería implicar más temperatura, pero este cambio de temperatura es completamente insignificante para la mayoría de los casos prácticos. Simplemente tome un libro y presiónelo contra otros dos libros (todos ellos a la misma temperatura). Luego mida la temperatura nuevamente. Seguro que no encontrarás ningún cambio significativo.
Eso es porque estás produciendo una fuerza muy macroscópica que crea una pequeña deformación elástica . Una vez que dejas de hacer la fuerza, el material se libera y vuelve a la misma forma original. Esto apenas se transfiere a la energía cinética de las moléculas individuales. Tendría que excitar de alguna manera los modos normales de vibración si desea calentar el material. Así es como funciona un microondas.
Aunque la presión aumenta con la temperatura, no toda la presión está relacionada con ella. De hecho sólo para un gas ideal la presión es proporcional a T. Se puede ejercer presión sobre un cristal o, en principio, sobre helio líquido, a por compresión. La fuerza de retorno se debe a la repulsión electrónica de Pauli. En T finita, el movimiento térmico se suma a la presión y provoca la expansión térmica, lo que generará presión si el volumen se mantiene constante. A mayor T, la presión de vapor se hace cargo.
La presión hidrostática resulta de la compresión bajo el efecto de la gravedad. La variación de temperatura no juega ningún papel si el agua puede expandirse libremente.
Piense en el fluido en el recipiente como un continuo. Supongamos que la ecuación de estado del fluido es . La presión aumenta con la profundidad, y la ecuación de estado dice que al menos uno de debe cambiar. Si el recipiente se expone a un ambiente de temperatura constante, en el equilibrio el fluido también habrá alcanzado la misma temperatura uniforme en todas partes. Lo que significa que la densidad del fluido solo cambia (aumenta con la profundidad). El error en su argumento es que ha asumido que la densidad es uniforme. Entonces, a mayores profundidades, aunque la distribución de la velocidad de las moléculas se ha mantenido igual (porque la temperatura es uniforme), la densidad numérica de las moléculas ha aumentado, lo que da como resultado una presión mayor.
quimiomecánica
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