Sabemos que en los líquidos la presión aumenta con la profundidad. También sabemos que la presión no es más que la tasa de cambio de la cantidad de movimiento por unidad de tiempo por unidad de área, durante las colisiones de diferentes moléculas entre sí y también con las paredes del recipiente. Ahora bien, si la presión aumenta al aumentar la profundidad, entonces el número de colisiones por unidad de tiempo debe haber aumentado a mayores profundidades (suponiendo un fluido incompresible).
Implica que la energía cinética molecular promedio de las moléculas en las profundidades será mayor que la energía cinética molecular promedio en aguas poco profundas. ¿Es verdad? No encuentro ninguna literatura que confirme esta idea, por lo que necesito una confirmación al respecto.
Si la energía cinética molecular promedio en profundidad es mayor, ¿a qué se debe? ¿Cómo sucede realmente?
¿Significa también que la temperatura del agua en las profundidades será mayor que la temperatura en las aguas poco profundas porque la energía cinética molecular promedio en la profundidad es mayor? ¿Significa que el agua misma desarrollará algún gradiente de temperatura? ¿Incluso si su temperatura anterior estuviera uniformemente distribuida?
¿Puede ocurrir la variación de presión sin variación de densidad y sin variación de temperatura? Si NO, entonces, ¿cómo sucede en los fluidos incompresibles ideales, que estudiamos y se nos enseña en todas partes?
Nota 1: Aquí, dado que estamos hablando de un líquido ideal, será incompresible, por lo que se puede ignorar la variación de la densidad con la profundidad (a menos que el lector crea que la variación de la densidad es indispensable. En ese caso, le pido al lector que también amablemente comente cómo puede ocurrir la variación de presión con las profundidades en líquidos incompresibles ideales).
Nota 2: he visto preguntas similares en Stack Exchange a las que la mayoría de las respuestas dicen que a la profundidad, el peso del líquido por encima aumentará, la fuerza aumentará y, por lo tanto, la presión aumentará. No estoy en contra de esa idea, pero esa es la comprensión macroscópica de este fenómeno. Estoy pidiendo una comprensión microscópica de este fenómeno.
- Implica que la energía cinética molecular promedio de las moléculas en las profundidades será mayor que la energía cinética molecular promedio en aguas poco profundas. ¿Es verdad? No encuentro ninguna literatura que confirme esta idea, por lo que necesito una confirmación al respecto.
El aumento de la presión del agua con la profundidad se debe al peso de toda el agua de arriba empujando hacia abajo al agua de abajo. No es el resultado de un aumento en la energía cinética de las moléculas de agua. En lo que puede estar pensando es en el aumento de presión que se produce cuando se calienta un volumen fijo de gas, es decir, cuando sube la temperatura del gas. En ese caso, en el ejemplo de un gas ideal, el aumento de presión es proporcional al aumento de energía cinética promedio de las moléculas.
- Si la energía cinética molecular promedio en profundidad es mayor, ¿a qué se debe? ¿Cómo sucede realmente?
Ver respuesta a P1.
- ¿Significa también que la temperatura del agua en las profundidades será mayor que la temperatura en las aguas poco profundas porque la energía cinética molecular promedio en la profundidad es mayor? ¿Significa que el agua misma desarrollará algún gradiente de temperatura? ¿Incluso si su temperatura anterior estuviera uniformemente distribuida?
De nuevo, vea la respuesta a la P1.
- ¿Puede ocurrir la variación de presión sin variación de densidad y sin variación de temperatura? Si NO, entonces, ¿cómo sucede en los fluidos incompresibles ideales, que estudiamos y nos enseñan?
Sí, la variación de presión ocurre sin variación de densidad (y sin variación de temperatura). Aunque la densidad del agua aumenta con la profundidad, lo hace en una cantidad extremadamente pequeña. Leí en este intercambio SE que en el fondo del océano más profundo, la densidad solo aumenta alrededor del 5%. Por lo tanto, puede ignorarse con respecto a la variación de presión. El aumento de la presión con la profundidad se debe estrictamente al peso del agua de arriba.
Nota 2.... No estoy en contra de esa idea, pero esa es la comprensión macroscópica de este fenómeno. Estoy pidiendo una comprensión microscópica de este fenómeno.
La presión es un fenómeno macroscópico, no microscópico, para los líquidos a diferencia de los gases. Pero cuando la presión aumenta, disminuye la distancia intermolecular entre las moléculas de agua de abajo debido a la fuerza (peso) del agua de arriba. Sin embargo, esta disminución es extremadamente pequeña y no se traduce en ningún aumento significativo en la densidad del fluido.
Espero que esto ayude.
Bob D.
Devansh Mittal
Bob D.