Aquí hay un video del programa de Julius Sumner Miller que ilustra el principio de Pascal: https://www.youtube.com/watch?v=8ma4kW3xVT0
A las 12:31, afirma (pero solo demuestra) que una botella de vidrio completamente llena de agua podría actuar como un martillo, lo que significa que podría golpear el tornillo y la botella no se rompería.
Mi confusión es que, según el principio de Pascal, golpear una botella de vidrio con un clavo como lo hizo Julius sería esencialmente equivalente a golpear la botella con el mismo clavo en todas partes desde adentro. Eso ciertamente rompería la botella.
Daré mi explicación de esto (probablemente me equivoque): la presión interna del agua a ~20 grados centígrados es mucho menor que la presión atmosférica. Esto significa que una botella de vidrio cerrada y llena completamente de agua tiene una fuerza neta hacia adentro. El agua no se puede comprimir, por lo que la presión que ejerce el agua sobre la botella de vidrio aumenta hasta que no es suficiente para deformar la botella de vidrio. Por lo tanto, existe una fuerza neta hacia adentro en el sistema de botellas de vidrio, que es la cantidad mínima en la que se deformará el vidrio.
Cuando la botella de vidrio es golpeada por un clavo, se deforma, aplica una fuerza al agua sobre un área y, según el principio de Pascal, esta misma presión se aplica en todas partes de la botella de vidrio. Sin embargo, debido a que ya existe una fuerza neta hacia el interior de la atmósfera y la presión del agua, la botella de vidrio no siente una fuerza neta suficiente hacia el exterior para romperla. Esencialmente, la atmósfera amortigua el golpe hacia el exterior que la botella de vidrio sentiría de otro modo debido a la aplicación de la presión del agua hacia el exterior.
¿Es esto correcto, o muy equivocado?
Editar: otra explicación que se me ocurre se basa en cómo se deforma el vidrio. Si, por ejemplo, el vidrio se deformara al deformarse la mitad de la superficie de su cilindro hacia adentro, entonces esto implicaría una fuerza relativamente grande sobre un área relativamente grande, lo que disminuye mucho la presión ejercida por el agua hacia afuera.
El vidrio se rompe porque es quebradizo en lugar de flexible; esto significa que si la forma del vidrio se deforma lo suficiente, si una superficie se dobla un poco, se rompe. Si la forma de la botella no cambia, entonces no se romperá, sin importar las fuerzas que se le apliquen.
En el caso de una botella llena de agua sin aire, la fuerza del impacto con el clavo provoca la deformación de un lado de la botella. Pero, el agua es incompresible, por lo que evita que el lado de la botella se doble más que una cantidad insignificante para mantener el volumen de agua constante (esto es lo que significa "incompresible"). Ahora, la presión es la fuerza dividida por el área, por lo que la fuerza que empuja el clavo se distribuye por todo el interior de la botella por el agua, por lo que ninguna parte del vidrio se dobla lo suficiente como para romperse. Por eso la botella sobreviviría.
En el caso de que la botella tenga una burbuja, la historia sería diferente. El aire y todos los demás gases son muy comprimibles. Por lo tanto, tras el impacto con la uña, el lado de la botella que impacta con la uña se deformaría. El gas se comprimiría a partir de la presión del agua transmitida, lo que permitiría que el agua se apartara del lado deformado de la botella de vidrio hacia el volumen que antes ocupaba la burbuja. Esto permite que el vidrio se doble más y se rompa.
Para comparar, imagina el resultado del experimento virtual con la botella tapada llena de agua sin burbujas a las 11:44. Si el profesor hubiera golpeado la parte superior del corcho, la botella se habría hecho añicos. ¿Por qué? Para evitar que el corcho entre en la botella (para evitar que el volumen de agua se comprima), el agua tendría que aplicar una gran fuerza al corcho para detenerlo. Esto requiere una gran presión ya que el área de la cara del corcho es pequeña ( ). Esta presión se transmite a todos los lados de la botella, generando una fuerza enorme ya que el interior de la botella tiene un área mucho mayor. La presión del aire fuera de la botella es demasiado débil para evitar que los lados de la botella se doblen hacia afuera y se rompan. Esta es la base detrás de la prensa hidráulica vista del 4:37 al 7:20.
Profundo