¿Cuál es el factor limitante en cuanto tiempo pueden ser las pajillas? ¿Es una limitación de cuán duro podemos chupar nuestros pulmones? ¿Es una limitación de ingeniería para bombear líquidos a largas distancias? ¿Es algún otro límite?

Las personas que dicen 30 pies están sobreestimando enormemente su potencia pulmonar. Es más como 5-10 pies, porque el cuerpo humano no puede generar mucha presión diferencial. Varía de persona a persona, pero 5 psi de succión están en el extremo superior de lo que una persona puede producir. (Si PODRÍA producir un vacío total, la saliva se evaporaría al vacío de su lengua).

Cada psi de presión diferencial produce 2.3 pies de movimiento hacia arriba de la pajita, suponiendo agua fresca y sin fuerza capilar. Muchas pajillas colapsarán de un par de psi, como puede atestiguar cualquiera que disfrute de los batidos.

Intentaría hacer los cálculos, pero Walter Lewin lo resume bastante bien.

TL DW: Sin factor limitante en la vida real, factor limitante en teoría.

Espero no haber perdido la respuesta de nadie que incluía la acción capilar y la presión osmótica. Wikipedia enumera la altura máxima de una secoya como 379 pies. Por lo tanto, podría decirse que, en ciertas circunstancias, la altura máxima de extracción del agua desde el nivel del suelo es de al menos 379 pies (115,5 metros) utilizando una “paja” que imita las cualidades del mecanismo de transporte utilizado por los árboles. A pesar de decir eso, la física en bruto del diferencial de presión solo y la presión relativa (negativa) que pueden ejercer los pulmones son correctos. No he hecho los cálculos (son las 3:15 a.m. en mi zona horaria, por lo que no lo haré ahora), pero me pregunto cuál sería la altura vertical del agua extraída dentro de un “tubo bucky” ?

La acción o fuerza que empuja el agua hacia la paja es la presión del aire donde se encuentra la superficie del agua. La presión del aire presiona el agua y si alguna sección de esa superficie (donde está la paja) es menor que la presión del aire, el agua en esa sección aumenta.

Pero la presión del aire tiene un límite. Solo puede aplicar tanta fuerza y ​​en algún momento la fuerza de gravedad que trabaja en la columna de agua en la pajita se equilibra con la presión del aire.

Como dice Geoffrey Widdison, eso es unos treinta pies. Aunque no explicó por completo de dónde proviene la fuerza para empujar esta agua hacia arriba en primer lugar.

¿Y de dónde viene la presión del aire? Proviene de la fuerza de la gravedad que compacta la atmósfera hacia abajo. Cuanto más aire sobre ti, más presión. Ve a gran altitud y encontrarás que la paja ni siquiera se elevaría a 30 pies.

El límite para un vacío es de unos 30 pies, como se ha señalado. He descubierto empíricamente que puedo aspirar aproximadamente la mitad de una atmósfera. (Sí, lo intenté, cuando estábamos en la escuela secundaria y estábamos tratando de medir el índice de refracción del aire, y teníamos una bomba de vacío sucky, er, no sucky). Entonces supongo que unos 15 pies.

U ve que el líquido sube porque está creando vacío en la paja … y también la presión del aire sobre el líquido restante empuja el líquido hacia arriba en la paja. Básicamente, deje que el líquido suba a un nivel máximo de altura h. Ahora la presión de aire sobre el líquido restante equilibra la presión en el fondo de la columna de líquido en paja. Por lo tanto
Presión de aire = h * d * g
h = presión de aire / (d * g)
Ahora densidad (d) de agua = 1000 kg / m ^ 3
g (aceleración gravitacional) = 9.8m / s ^ 2
Presión de aire = 101325 Pascales

Por lo tanto, h cuando se calcula = 10.34 metros = 33 pies aprox. 🙂

Se puede aspirar agua hasta el doble del límite descrito por Geoffrey. (Por cierto, nada “levanta el agua” como él describe. Se empuja desde abajo.) Si crea un vacío, el agua comenzará a subir rápidamente por la paja. Cuando alcanza el punto de equilibrio mencionado, tiene mucha inercia y continúa al doble de la altura (teóricamente, con fricción cero). Por lo tanto, visto de forma puramente mecánica, puede beber agua hasta unos 20 metros o 60 pies, si tiene pulmones súper fuertes.

Sin embargo, si hiciera esto, habría efectos termodinámicos significativos. El agua herviría instantáneamente bajo atmósfera cero, y atraerías vapor de agua hacia tu boca. Además, a medida que el agua hierve, se enfría rápidamente y se puede congelar fácilmente sobre la paja con una capa de hielo.

Si quisieras beber incluso más alto, puedes sumergir el fondo de la paja debajo de la superficie del agua y expulsar el agua, almacenando esencialmente mucha energía potencial arbitrariamente y, cuando la sueltes, disparar el agua tan alto como quieras . Por supuesto, con un popote real estarías luchando contra las fuerzas de fricción, y eventualmente volarías el popote.

Hay un episodio de ‘Street Genius’ en National Geographic que prueba la teoría y llega a unos 19 metros. Lo cual, para los estadounidenses, liberianos y birmanos, tiene alrededor de 62 pies.

Tengo un tubo de sifón transparente de 40 pies (1/4 de pulgada de diámetro) que utilizo para mostrar a los estudiantes que uno no puede “chupar” el agua indefinidamente. De hecho, subimos al techo y dejamos caer el tubo de sifón en una jarra de agua coloreada. El estudiante promedio de 10 ° grado puede “chupar” el agua a una altura de 15-20 pies antes de agotarse (generalmente después de 30 segundos a un minuto). El récord de la escuela es de 30 pies y 2 pulgadas (lo hizo durante aproximadamente 8 minutos).

Utilizo esta ilustración para mostrar que uno no “succiona” el agua con una pajita, sino que la presión del aire que empuja el agua en la jarra “empuja” el agua hacia la pajita. Cuando “chupamos” una pajita, creamos una diferencia de presión en nuestra boca, disminuyendo la presión de aire dentro de la pajita. La presión de aire en la jarra es de alrededor de 14.7 libras por pulgada cuadrada, lo cual es muy fuerte (creo que un vacío perfecto solo permitiría que la presión de aire empuje el agua hacia la paja hasta una altura de 32-33 pies).

Por lo tanto, uno de los principales factores limitantes es simplemente la fuerza de la presión atmosférica.