La hidráulica

¡Oh, no! A Jenny se le ha pinchado una rueda. Tendrá que levantar el coche para cambiar el neumático. ¿Cómo puede levantar algo tan pesado como un automóvil? Por su cuenta, Jenny no es lo suficientemente fuerte — ella no puede producir suficiente fuerza — como para levantar un coche. Pero afortunadamente, tiene un gato, que puede usar para levantar el coche fácilmente.

El gato usa un líquido para multiplicar las fuerzas. Utiliza un sistema hidráulico. ¡Vamos a ver cómo funciona! Primero, debemos recordar tres cosas sobre los líquidos y la presión. Uno, los líquidos no se pueden comprimir para que ocupen menos espacio. Llena una jeringa con agua.

Cubre la abertura con tu dedo e intenta presionar el émbolo de la jeringa. Puedes sentir cómo se acumula la presión en la jeringa, pero el émbolo no se mueve. El émbolo solo se mueve cuando quitas el dedo de la abertura y el agua puede salir. El volumen de un líquido no cambia bajo presión — decimos que los líquidos son incompresibles. Dos, la fuerza aplicada desde un lado crea la misma presión en todas partes, dentro de un líquido.

Cuando presionas el émbolo de una jeringa llena, la presión se distribuye uniformemente a través del líquido y sobre las paredes de la jeringa. La presión en los líquidos se transmite por igual en todas direcciones. Tres, la presión es igual a la fuerza dividida por el área sobre la que se aplica la fuerza. Ahora bien, ¿qué papel desempeñan estas propiedades en el gato hidráulico del coche de Jenny? El gato tiene dos cilindros conectados entre sí.

Cada cilindro está lleno de líquido y contiene una parte de metal que puede deslizarse hacia arriba y hacia abajo: un pistón. Uno de los cilindros es mucho más pequeño que el otro. Cuando Jenny presiona la palanca del gato, el pistón dentro del cilindro más pequeño presiona el líquido en él. El líquido no se puede comprimir, por lo que se mueve al otro cilindro y empuja el pistón más grande hacia arriba. La presión también se distribuye uniformemente por todo el líquido.

Entonces, debido a que los dos cilindros están conectados, la presión en el cilindro más grande tiene que ser igual a la del cilindro menor. Sin embargo, los cilindros y los pistones tienen diferentes superficies, por lo que la fuerza que actúa sobre cada pistón es diferente. ¿Cuánto difiere? ¡Usemos la fórmula de la presión para verlo! La fuerza que Jenny aplica al pistón más pequeño es de 200 newtons. El área del pistón pequeño es de 0,1 m2 [metros cuadrados]. La presión que ella ha creado es 200 newtons dividido por 0,1 m2 [metros cuadrados] – 2000 pascales.

El área del pistón más grande es de 0,8 m2 [metros cuadrados]. La presión ejercida sobre el pistón grande es de 2000 pascales. Entonces, la fuerza ejercida sobre el área del pistón grande es 2000 pascales por 0,8 m2 [metros cuadrados], lo que equivale a 1600 newtons. En su lado, Jenny aplicó una fuerza de 200 newtons, que se convirtió en 1600 newtons en el otro lado. ¡La fuerza se ha multiplicado! Cada vez que Jenny empuja la palanca, ella hace aumentar la presión en el líquido, lo que a su vez aumenta la fuerza del pistón más grande ¡que levanta lentamente el coche!

Los sistemas hidráulicos como el del gato del coche tienen muchas aplicaciones: desde máquinas como grúas y excavadoras, hasta frenos de automóviles y norias. Y ni siquiera representa tanto esfuerzo, ¡el líquido hace todo el trabajo duro por mí!