Observemos una tubería de agua en donde el agua circula de izquierda a derecha y en donde al principio la tubería es ancha pero que luego es estrecha, esto es, observemos la siguiente tubería de agua:
en donde el agua circula de izquierda a derecha. A continuación, practiquemos dos agujeros a la misma altura pero uno en la sección ancha y el otro en la sección estrecha:
La pregunta es, ¿Porqué agujero saldrá el agua con mayor presión?
Esta es una de las típicas preguntas de física contraria a la intuición ya que seguramente muchas personas dirían que el agua sale a mayor presión por el segundo agujero (el de la sección estrecha) ya que es por ahí por donde el agua va a mayor velocidad ya que al ser el conducto estrecho, esta estrechez debería acelerar el agua para evitar una acumulación de agua o cuello de botella en la zona en donde la tubería pasa de ancha a estrecha. Y a mayor velocidad, mayor presión.
Pero si la pregunta se la preguntásemos a un fontanero, él estará muy acostumbrado a ver que no es por el segundo agujero sino por el primer agujero (el de la zona ancha) por donde el agua sale a mayor presión, y diría la respuesta correcta, esto es, diría que:
"El agua sale a mayor presión por el primer agujero, esto es, por el agujero de la zona ancha!!"
Pues sí, curiosamente contrario a una intuición primaria, cuando una tubería de agua se va estrechando, no va aumentando la presión del agua sino todo lo contrario, va disminuyendo.
Con la velocidad del agua sí que funciona nuestra intuición más primitiva, esto es, conforme una tubería de agua se va estrechando, la velocidad del agua va aumentando para así dar cabida a la gran cantidad de agua que va pasando de la zona ancha a la zona estrecha sin crear una acumulación de agua o cuello de botella en de transición de la tubería. O sea, todo esto lo podemos resumir así:
"A más velocidad, menos presión" (Esta es la respuesta correcta)
Y esta última afirmación, en principio contraria a nuestra intuición más primitiva, si lo pensamos un poco mejor, no es tan anti intuitiva porque, ¿no es ciento que el agua corre más cuando es empujada por una mano fuerte, esto es, una mano de alta presión, hacia una zona donde no hay mano que la detenga o como mucho hay una mano débil, esto es, una mano de baja presión? En efecto, cuando el agua viene de una zona de alto empuje o presión y de repente desparece sus problemas de resistencia al movimiento por entrar en una zona de baja presión, el agua se acelera!! . Esto es:
"Si aumenta el empuje y disminuye el freno, el objeto se acelera!!"
Y:
- ¿Cuál es el objeto? Un trozo cúbico de agua el cual está viajando dentro de la tubería.
- ¿Cuál es la dirección de movimiento? De izquierda a derecha, esto es, el trozo cúbico de agua que hemos seleccionado como objeto, viaja de izquierda a derecha al son de sus compañeras.
- ¿Cuál es la fuerza de empuje? La fuerza o presión del agua vecina de la izquierda que le empuja al trozo cúbico de agua seleccionado hacia la derecha.
- ¿Cuál es la fuerza de oposición o retención? La fuerza o presión del agua vecina de la derecha que le empuja al trozo cúbico de agua seleccionada hacia la izquierda, reteniendo o entorpeciendo así su avance hacia la derecha. (Recordemos que un trozo de agua siempre empuja al vecino de agua colindante a ella, esto es el poder de los fluidos, a veces ese empuje es para acelerar y otras veces es para retener. Y ese empuje, viene a ser la presión del agua allá donde esté. O sea, la presión de un fluido siempre empuja)
- Mientras el trozo cúbico de agua seleccionado va viajando plácidamente a velocidad baja y constante por la zona de tubería ancha, ¿qué fuerza es la mayor, la de empuje o la de retención? Pues ambas fuerzas son iguales ya que el trozo cúbico de agua seleccionado no está siendo acelerado.
- Cuando el trozo cúbico de agua seleccionado entra en la zona de transición entre la tubería ancha y la tubería estrecha, ¿qué fuerza es mayor, la del empuje o la de retención? Pues es mayor la fuerza de empuje positivo de su vecino de la izquierda (agua vecina que todavía están en la zona ancha) frente a la menor fuerza de retención o empuje negativo de su vecino de la derecha (agua vecina que ya está en la zona estrecha). (A la retención siempre lo llamaremos retención o empuje negativo o empuje contrario al movimiento, estas tres palabras son equivalentes) Es por ello por lo que el trozo en forma de cubito de agua seleccionada se acelera en la zona de transición entre la sección ancha y la sección estrecha ya que la fuerza de empuje supera a la fuerza de retención. Y todo esto para que no se genere el temido cuello de botella en esta zona de transición y se pueda acomodar de forma pacífica la mucha agua de va pasando de la zona ancha de la izquierda a la zona estrecha de la derecha.
- Y por último, cuando el trozo cúbico de agua seleccionado ya viaja plácidamente a velocidad alta pero constante por la sección estrecha de la tubería, ¿qué fuerza es mayor, la del empuje o la de retención? Pues ambas fuerzas son iguales ya que el agua vecina de la izquierda ya está en la zona estrecha y por tanto empuja al agua seleccionada con la presión de la tubería estrecha mientras que el agua vecina de la derecha igualmente está en la zona estrecha reteniendo pues al trozo de agua seleccionado también con la presión de la tubería estrecha. Y esto es así porque ambos vecinos (el de la derecha y el de la izquierda) ya están en la zona estrecha y sus fuerzas hacia el trozo cúbico seleccionado son iguales aunque contrarias (una de empuje y la otra de retención, o mejor dicho, una de empuje hacia la derecha o empuje positivo y la otra de empuje hacia la izquierda o empuje negativo) , siendo esa única fuerza vecinal la correspondiente a la presión de la tubería estrecha. Así que, no hay fuerza predominante por estar ambos vecinos (el que lo empuja y el que lo retiene) en la misma zona, y por ello no hay aceleración, es por ello por lo que el trozo cúbico de agua seleccionado ya marcha a velocidad alta pero constante por la sección estrecha de la tubería.
Si es que Newton tal vez también hubiese acertado la pregunta, todo es cuestión de fuerzas (unas a favor y otras en contra del movimiento), pero fuerzas disfrazas de presión vecinal. Si ambos vecinos y nosotros en medio vamos caminando por la misma zona, esteremos un poco espachurrados pero no nos aceleramos porque nuestros vecinos nos empujan o espachurran con la misma fuerza o presión. Pero si un vecino está en la sección ancha, el otro en la sección estrecha, y nosotros en medio, esto es, nosotros justamente en la zona de transición, el empuje del de atrás será mayor que el empuje del de delante y ello nos provocará la aceleración hacia adelante para entrar en la zona estrecha con la suficiente celeridad como para dejar hueco a la mucha cantidad de agua formada por nuestro vecino de atrás juntos con los que están encima y debajo de él, y todo esto sin generarse el cuello de botella.
Porque recordemos, los subvecinos de arriba de abajo de nuestro vecino de la izquierda son muchos más que los subvecinos de arriba y abajo de nuestro vecino de la derecha, y para que no haya un cuello de botella y todos los ciudadanos en forma de agua fluyan de manera pacífica por esta tubería tan especial, los rascacielos de atrás deberán transformarse en casas de planta baja de los de delante, teniendo que ir la cinta transportadora más rápida para los pisos de planta baja que para los rascacielos para que así, el volumen de los nuevos pisos de planta baja sea el mismo que el volumen de los rascacielos que, al ir hacia adelante, tuvieron que partirse en pisos más pequeños que cupiesen en la zona estrecha. Con palabras coloquiales, al quitarse altura, se debe ganar en anchura para que todos los habitantes sigan viviendo en el mismo espacio vital conforme van pasando de la zona ancha de la tubería a la zona estrecha. Y para ganar anchura, la cinta transportadora de la zona estrecha deberá ir más rápida que la cinta transportadora de la zona ancha (A menor altura, mayor anchura para mantener el mismo volumen)
Ya hemos visto de forma coloquial que si tu vecino de delante va más rápido que tu vecino de atrás, entonces el de adelante te retiene menos que el que te empuja desde atrás para que así tanto tú como el de atrás os amoldéis al de delante. Si es que el agua por una tubería, como podemos intuir, siempre va junta y sin expanderse ni contraerse. En este sentido, tenemos la gran suerte de que el agua es un fluido incompresible.
Ya hemos visto de forma muy coloquial las consecuencias de la ecuación de Bernoulli. Un buen resumen de dichas consecuencias puede ser esta frase tan corta como cierta:
En un fluido ideal (no compresible, no viscoso, y en régimen tranquilo, esto es, en régimen laminar y por tanto no turbulento) , la presión es inversamente proporcional a la velocidad.
Esto es, en un fluido ideal, a mayor velocidad, menor presión.
Quien quiera hacer un estudio más universitario de la ecuación de Bernoulli, puede hacer clic en el siguiente enlace:
Y para acabar, y como es de costumbre, es mi deseo regalarles una canción que nos acerque la magia de la ecuación de Bernoulli. Y para ello, qué mejor que este gran tema del gran genio Mike Oldfield que nos recuerda el ruido melodioso de un fluido a modo de aire navegando por una tubería muy especial, aquí la canción:
Mike Oldfield. The watchful eye. Tubular bells 3
