La presión de vacío explicada: ¿qué es el vacío?

Al vacío lo podemos definir como la ausencia total de materia en un determinado sistema o lugar. El vacío absoluto no puede alcanzarse por ningún medio ya que al ir eliminando la materia contenida en un sistema, la presión que lo rodea (debida a la atmósfera), "aplastaría" el sistema, impidiendo alcanzar un vacío absoluto. Es por esto que decimos que un sistema está al vacío en realidad nos referimos a un sistema (generalmente un gas) donde hay poca materia contenida, dicho de otra forma, su densidad de partículas es muy baja. Esto se da de manera natural en el espacio exterior (donde las partículas están a una gran distancia unas de otras) y de manera artificial a través de medios mecánicos como son las bombas de vacío.



Al contener una cantidad baja de materia, la presión absoluta de un sistema a vacío siempre será menor a la atmosférica.

Entre las cosas curiosas del vacío tenemos que el sonido no puede propagarse en este, ya que éste se produce por la vibración de un material y necesita por lo tanto de un medio como el aire para propagarse.

Retirar materia de un sistema no es la única forma de generar vacío. Si partimos de un vapor de cualquier sustancia, al cual lo enfriamos hasta que se condense, las partículas que originalmente ocupaban todo el espacio disponible en el sistema, ahora se distribuirán en un espacio menor, dejando una parte del sistema vacía (aunque en realidad no sea un vacío perfecto, pues habrá moléculas de la sustancia en fase gaseosa que estarán en equilibrio con su fase líquida). De esta forma también generamos vacío.

Para ver como se calcula la presión absoluta en un sistema de vacío visita esta entrada.

Balance de fuerzas en un manómetro

Cuando un líquido se encuentra en equilibrio en un recipiente, cada capa de líquido debe soportar el peso de todas las que están por encima de ella. Esa fuerza aumenta a medida que se gana en profundidad y el número de capas aumenta, de manera que en la superficie la fuerza (y la presión) es prácticamente nula, mientras que en el fondo del recipiente la presión es máxima.

La presión debida a una columna de fluido puede calcularse a través de la ecuación de la hidrostática:

Esta ecuación es el principio bajo el cual operan los manómetros diferenciales. Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y gases). El manómetro de tubo en U consta de un tubo de vidrio doblado en forma de U lleno parcialmente con un líquido de densidad conocida; una de sus ramas se conecta al sistema del que se quiere conocer la presión, mientras que la otra rama generalmente se deja libre a la atmósfera (aunque también puede conectarse a un sistema de presión conocida).

La presión ejercida en el lado de mayor presión produce el desplazamiento del líquido dentro del tubo, lo que se traduce en una diferencia de altura "h", la cual se conoce como "carga hidrostática". De aquí que la presión también puede darse en unidades de longitud en función de algún líquido (ejemplo: metros de agua, centímetros de mercurio, etc). La carga hidrostática depende de la presión y de la densidad del líquido en el tubo.

Los manómetros de tubo en U también pueden medir presiones de vacío, la diferencia es que la columna de líquido ascenderá en la rama de baja presión.

La forma en cómo realizar un balance de fuerzas en un manómetro se muestra en el siguiente video:

O puedes obtener la presentación en formato pps aquí. También puedes consultar los apuntes aquí.

La lata de bebida restaurada y otros trucos

He aquí un ejemplo de aplicación de los conocimientos científicos en la recreación. En el truco de magia de una lata de bebida restaurada se hace uso de la presión para hacernos creer que el mago de manera mágica ha logrado restaurar un lata dañada a su estado original. A estas alturas tú ya sabes que eso no es posible, ya que la segunda ley de la Termodinámica nos dice que la lata no recuperará su estado original de manera espontánea. El mago hace uso del gas solubilizado que contiene la bebida para esto. La lata está llena y sin abrir, el mago hace un pequeño agujero en la lata para vaciar un poco del contenido para poder deformar la lata y gasificar el dióxido de carbono que se encuentra solubilizado como ácido carbónico. Sella el orificio con cinta adhesiva, aprieta la lata para deformarla; en la parte de arriba coloca un pedazo de papel negro para que la lata aparentara estar abierta. Al agitarla el gas contenido en la bebida abandona la solución acuosa, pasa otra vez al estado gaseoso y ejerce presión sobre las paredes de la lata, con lo que algunas hendiduras desaparecen. El resto del truco se explica solo.

El siguiente truco se explica a través de los conceptos de densidad y presión, tal como se explica en el video.

Y el siguiente 'truco' se basa en la propiedad que tienen los alcoholes para desnaturalizar las proteínas. Observa como un huevo puede 'freirse' sin calor.