1. ¿Por qué la bebida no sube sola al meter la pajita en el vaso?
Justo después de meter una pajita en un vaso, el nivel del líquido dentro de la pajita es igual al nivel del líquido en el vaso. La bebida no sube por sí sola porque sobre la superficie del líquido dentro de la pajita y sobre la superficie del líquido en el vaso actúa la misma presión atmosférica [1]. Cuando succionamos, solo el aire dentro de la pajita disminuye, lo que hace que la presión en ese punto baje. Como resultado, la fuerza que empuja la superficie del líquido dentro de la pajita es menor que la fuerza que empuja la superficie del líquido en el vaso. Debido a esta diferencia de presión, la bebida es empujada hacia dentro de la pajita [1]. Imagina que una mano grande está empujando la bebida desde arriba. Si la mano se levanta solo dentro de la pajita, la bebida sube por ese espacio. Pero en la realidad, no es una mano, es el aire circundante el que empuja. Las explicaciones señalan que no es la fuerza de la boca la que tira, sino la mayor presión exterior la que empuja la bebida hacia la boca [1]. Entonces, ¿qué le pasa al aire de la pajita cuando succionamos?
2. ¿Cómo baja la presión dentro de la pajita cuando succionamos?
Al inspirar, el diafragma, situado debajo del pecho, se contrae y baja, ampliando el espacio alrededor de los pulmones. Esto hace que la presión dentro de los pulmones sea menor que la presión atmosférica exterior, permitiendo que entre aire. Este es el mecanismo general de la respiración. Al succionar con una pajita, el aire dentro de ella es atraído hacia los pulmones y disminuye, bajando la presión interna. Por ello, la presión atmosférica que actúa sobre la superficie del líquido en el vaso es mayor, y la bebida sube por la pajita hasta llegar a la boca [1]. Aquí, la acción de "succionar" cumple únicamente la función de bajar la presión. La fuerza que mueve la bebida la proporciona el aire exterior. Esto genera una duda simple: si pudiéramos extraer todo el aire de la boca, ¿hasta qué altura subiría la bebida?
3. Por qué la presión del aire solo puede subir el agua unos 10 metros
Cuando se usa presión atmosférica para empujar el agua, como en una pajita, la altura de la columna de agua que puede sostener el aire se introduce como unos 30 pies, es decir, poco más de 9 metros [1]. Torricelli estableció en la década de 1640 que la columna de agua sostenida por la presión atmosférica es de unos 10,33 metros. Este número se deriva de experimentos con mercurio [1]. Como el mercurio es unas 13,6 veces más pesado que el agua, la altura de la columna que sostiene la misma presión atmosférica es de unos 760 milímetros, que es 1/13,6 de la altura del agua. Al contrario, si multiplicamos 760 milímetros por 13,6, obtenemos unos 10,3 metros. Los cálculos coinciden [1]. Según la Agencia Meteorológica de Japón, la primera observación de la presión mediante el barómetro de mercurio creado por Torricelli fue en 1643 [1]. Como las fuentes varían en el año, aquí usamos "década de 1640". La diferencia de presión necesaria para levantar una columna de agua 1 metro es de unos 9,8 kilopascales. Como 1 atmósfera es de unos 101 kilopascales, usamos aproximadamente 1/10 de la presión atmosférica por cada metro. En unos 10 metros, se agota esa capacidad. Este valor se calcula a partir de la densidad y la gravedad. Entonces, ¿hasta dónde llega realmente cuando bebemos normalmente?
4. Por qué la altura real a la que podemos beber es mucho menor que 10 metros
El límite real es mucho más bajo que 10 metros. Como no podemos crear un vacío perfecto dentro de la boca humana, el límite real es menor a 10 metros [1]. Algunos comentarios indican que hay personas a las que les cuesta beber con una pajita de 3 pies (unos 0,9 metros), mientras que otras pueden beber desde un lugar unos 8 pies (unos 2,4 metros) más alto que la bebida [1]. Esto muestra que hay grandes diferencias individuales. Lo importante no es la longitud total de la pajita, sino la diferencia de altura entre la superficie del líquido y la boca [1]. Incluso con una pajita larga, si la diferencia de altura desde la superficie del líquido es pequeña, se puede beber. En el espacio, donde no hay presión atmosférica, no se puede beber líquidos con una pajita [1]. Porque no hay aire que empuje. Sin embargo, hay informes de experimentos que superaron la barrera de unos 10 metros.
5. Un experimento con agua y detergente que superó los 10 metros
Un artículo publicado en PMC reporta que se creó un sifón de 15,4 metros con agua a la que se añadió detergente para lavar platos (un surfactante), superando el límite de Torricelli de 10,33 metros [1]. Esto es aproximadamente 1,5 veces 10,33 metros. Un sifón es un mecanismo que usa un tubo para elevar el agua a un punto alto y luego dejarla fluir hacia un punto bajo. Con agua normal, cuando la altura se acerca al límite, se forman burbujas en el agua y el flujo se interrumpe. Los autores sugieren que la razón por la que se pudo superar el límite podría estar relacionada con que el detergente hace que sea más difícil que se formen burbujas [1]. Sin embargo, en este experimento, el flujo se detuvo en 224 segundos, es decir, unos 3 minutos y 44 segundos [1]. Además, esto es un experimento de sifón, no una afirmación de que se pueda beber una bebida de 15 metros de altura con una pajita. Las pajitas que usan mecanismos de presión no pueden ser tan largas. Entonces, ¿cómo ha cambiado la forma de la pajita hasta ahora?
6. De los tubos de los sumerios a la pajita de plástico flexible: su historia
Hace unos 5000 años, se cree que los sumerios bebían cerveza usando tubos largos y delgados hechos de metales preciosos. Se dice que era para evitar los restos de granos que se hundían [1][1]. La primera solicitud de patente para una pajita de beber fue hecha por Marvin Stone, gerente de una empresa que fabricaba papel para cigarrillos en Estados Unidos, en 1888 [1]. Se cuenta que las pajitas de tallos de centeno se deterioraban en la bebida, así que Stone fabricó una pajita enrollando papel alrededor de un lápiz, pegándolo y cubriéndolo con cera [1]. En Japón, se dice que alrededor de 1901 (año 34 de la era Meiji), Kawasaki San'ichi comenzó a fabricar pajitas usando paja de trigo en la ciudad de Yorishima, prefectura de Okayama [1]. Se aprovechó la técnica utilizada para fabricar materiales para sombreros de paja [1]. La pajita flexible se atribuye al inventor Joseph Friedman, quien la ideó al ver que su hija no podía beber bien un batido. Insertó un tornillo en la pajita, enrolló hilo y creó una ranura en forma de acordeón. La patente fue en 1937 y la venta comercial comenzó en 1947 [1]. Las pajitas de todas las épocas son tubos delgados abiertos en ambos extremos. Lo que cambió fueron los materiales y las formas, y el impulso fueron los problemas de las personas.
7. Cómo comprobar en casa la fuerza que empuja el agua en una pajita
Para experimentar en casa, llena un vaso con agua e inserta una pajita. Tapa el agujero superior de la pajita con un dedo y levántala suavemente. Observa si el agua permanece dentro de la pajita. Luego, suelta el dedo y observa qué sucede. Intenta explicar la razón usando la misma lógica que en la historia de beber. Realiza esto en un lugar donde no haya problema si se derrama. Para investigar más, busca en libros de ciencias sobre "presión atmosférica" o el "experimento de Torricelli" y lee por qué la columna de mercurio llega a unos 760 milímetros. En casa, también puedes ver cómo cambia la cantidad de agua que queda dentro de la pajita al variar la altura a la que la levantas.