La ley de Pascal dice que cuando se cambia la presión en cualquier punto de un fluido estático en un sistema cerrado, el cambio de presión se dispersará por igual en todo el fluido. Es decir, la presión en un punto alejado de la región de cambio cambiará en la misma cantidad que en un punto cercano. Un sistema cerrado puede ser simplemente un contenedor cerrado, o puede ser algo más complejo, como dos o más contenedores interconectados; lo importante es que ningún fluido pueda entrar o salir del sistema. También es importante tener en cuenta que, en física, un fluido puede ser un líquido o un gas. La ley se puede demostrar mediante una serie de experimentos sencillos y tiene aplicaciones importantes, como en la prensa hidráulica.
El principio lleva el nombre del matemático y filósofo francés Blaise Pascal, quien lo descubrió en el siglo XVII. Se aplica a situaciones estáticas y no a condiciones dinámicas donde otros factores podrían afectar los valores de presión. Por ejemplo, no se aplica a fluidos en movimiento o sujetos a cambios de temperatura.
Demostraciones
Hay una variedad de experimentos de la ley de Pascal que pueden usarse para demostrar el efecto. El propio Pascal demostró que funcionaba llenando un barril con agua e insertando un tubo largo en la parte superior. Cuando vertió agua en la parte superior de la tubería, el barril estalló. El peso del agua en la tubería provocó un aumento de presión dentro del barril que empujó contra los lados hasta que cedieron.
Quizás la forma más básica de demostrar la ley en casa consiste simplemente en apretar un globo. En este ejemplo, las paredes flexibles del recipiente muestran cómo el aumento de presión provocado por la compresión se dispersa por todo el globo. El globo se hinchará uniformemente en todas las direcciones, no solo en el lado opuesto al que se aprieta.
En otra demostración común, se llena una botella con agua hasta el tope y se colocan en ella algunas cabezas de fósforos para que floten. El cuello de un globo inflado se estira sobre la botella y luego se aprieta ligeramente. Las cabezas de las cerillas ahora se hunden un poco en el agua. Esto se debe a que el aumento de presión debido a la compresión del globo se transmite al agua, forzando parte de ella hacia las cabezas porosas de las cerillas y provocando que se hundan debido al peso extra. Cuando se quita la presión sobre el globo, la presión del agua disminuye, la presión del aire en las cabezas de las cerillas expulsa el agua y vuelven a flotar.
Productos
Quizás la aplicación más conocida de la ley de Pascal es la prensa hidráulica, un dispositivo que convierte una fuerza pequeña en una más grande. Por lo general, consta de dos cámaras conectadas, cada una con un pistón (una barrera móvil que se puede empujar hacia abajo o hacia arriba sin permitir que escape el fluido) y que contiene un fluido que no se puede comprimir. Una combinación de cámara y pistón es más grande que la otra: esta es la «salida». La idea es que una pequeña fuerza aplicada al pistón más pequeño o de «entrada» resultará en una fuerza de salida mayor. Al presionar la entrada hacia abajo, aumenta la presión, y ese aumento será el mismo contra el pistón de salida más grande.
Cálculo de la fuerza de salida
La fuerza de salida se calcula dividiendo el área del pistón de salida por el área del pistón de entrada y luego multiplicando el resultado por la fuerza de entrada. Si el pistón de salida tiene diez veces el área de la entrada, la fuerza de salida será diez veces la fuerza de entrada. Por ejemplo, si la fuerza de entrada es de 5 unidades, el área de entrada es de 2 unidades y el área de salida es de 20 unidades, la fuerza de salida será de 50 unidades. De esta forma, se pueden levantar objetos pesados sin necesidad de aplicar una gran fuerza.
Esto no significa que la energía extra esté apareciendo de la nada. La cantidad en la que se eleva el pistón de salida será menor que la cantidad en la que se presiona el pistón de entrada, lo que nivela las cosas. En el ejemplo anterior, si el pistón de entrada se empuja hacia abajo 10 unidades, el pistón de salida se elevará 1 unidad. El principio es similar a usar una palanca para levantar una piedra. Los mecanismos hidráulicos de muchos tipos, como los sistemas de frenado de las aeronaves y algunos vehículos, se basan en la ley de Pascal.