La ley de Pascal es válida para sólidos por qué. Ley de Pascal (Ecuación básica de la hidrostática)
El famoso filósofo, matemático y físico francés del siglo XVII Blaise Pascal hizo una importante contribución al desarrollo de la ciencia moderna. Uno de sus principales logros fue la formulación de la llamada ley de Pascal, que está asociada con la propiedad de las sustancias fluidas y la presión creada por ellas. Echemos un vistazo más de cerca a esta ley.
Breve biografía del científico.
Blaise Pascal nació el 19 de junio de 1623 en Clermont-Ferrand, Francia. Su padre era vicepresidente de recaudación de impuestos y matemático, y su madre pertenecía a la clase burguesa. Desde muy joven, Pascal comenzó a mostrar interés por las matemáticas, la física, la literatura, los idiomas y las enseñanzas religiosas. Inventó una calculadora mecánica que podía realizar sumas y restas. Pasaba mucho tiempo estudiando propiedades físicas cuerpos fluidos, así como el desarrollo de los conceptos de presión y vacío. Uno de los descubrimientos importantes del científico fue el principio que lleva su nombre: la ley de Pascal. Blaise Pascal murió en 1662 en París a causa de una parálisis de las piernas, enfermedad que le acompañó desde 1646.
El concepto de presión
Antes de considerar la ley de Pascal, tratemos tales cantidad física como la presión Es una cantidad física escalar que denota la fuerza que actúa sobre una superficie dada. Cuando una fuerza F comienza a actuar sobre una superficie de área A perpendicular a ella, entonces la presión P se calcula mediante la siguiente fórmula: P = F / A. La presión se mide en el Sistema Internacional de Unidades SI en pascales (1 Pa = 1 N/m 2 ), es decir, en honor a Blaise Pascal, quien dedicó muchas de sus obras al tema de la presión.
Si la fuerza F actúa sobre una superficie dada A no perpendicularmente, sino en algún ángulo α, entonces la expresión para la presión tomará la forma: P = F*sin(α)/A, en este caso F*sin(α ) es la fuerza componente perpendicular F a la superficie A.
ley de pascual
En física, esta ley se puede formular de la siguiente manera:
La presión aplicada a una sustancia fluida prácticamente incompresible, que se encuentra en equilibrio en un recipiente de paredes indeformables, se transmite en todas direcciones con la misma intensidad.
Puede verificar la exactitud de esta ley de la siguiente manera: necesita tomar una esfera hueca, hacer agujeros en ella en varios lugares, suministre a esta esfera un pistón y llénela de agua. Ahora, aplicando presión al agua con el pistón, se puede ver como sale por todos los agujeros a la misma velocidad, lo que significa que la presión del agua en la zona de cada agujero es la misma.
Líquidos y gases
La ley de Pascal está formulada para sustancias fluidas. Los líquidos y los gases caen bajo este concepto. Sin embargo, a diferencia de los gases, las moléculas que forman un líquido están ubicadas cerca unas de otras, lo que hace que los líquidos tengan una propiedad como la incompresibilidad.
Debido a la propiedad de incompresibilidad de un líquido, cuando se crea una presión finita en un determinado volumen del mismo, ésta se transmite en todas las direcciones sin pérdida de intensidad. Esto es exactamente de lo que trata el principio de Pascal, que está formulado no solo para fluidos, sino también para sustancias incompresibles.
Considerando a esta luz la cuestión de la "presión de los gases y la ley de Pascal", debe decirse que los gases, a diferencia de los líquidos, se comprimen fácilmente sin mantener el volumen. Esto lleva al hecho de que cuando un cierto volumen de gas se expone a la presión externa, también se transmite en todas las direcciones y direcciones, pero al mismo tiempo pierde intensidad, y su pérdida será más fuerte cuanto menor sea la densidad de el gas.
Por lo tanto, el principio de Pascal es válido solo para medios líquidos.
El principio de Pascal y la máquina hidráulica
El principio de Pascal se aplica en varios dispositivos hidráulicos. Para utilizar la ley de Pascal en estos dispositivos es válida la siguiente fórmula: P = P 0 + ρ * g * h, aquí P es la presión que actúa en el líquido a una profundidad h, ρ es la densidad del líquido, P 0 es la presión aplicada a la superficie del líquido, g (9.81 m / s 2) - aceleración de caída libre cerca de la superficie de nuestro planeta.
El principio de funcionamiento de una máquina hidráulica es el siguiente: dos cilindros que tienen diferentes diámetros están conectados entre sí. Este recipiente complejo está lleno de algún líquido, como aceite o agua. Cada cilindro está provisto de un pistón para que no quede aire entre el cilindro y la superficie del líquido en el recipiente.
Suponga que cierta fuerza F 1 actúa sobre un pistón en un cilindro con una sección transversal más pequeña, entonces crea una presión P 1 = F 1 /A 1. De acuerdo con la ley de Pascal, la presión P 1 se transferirá instantáneamente a todos los puntos del espacio dentro del líquido de acuerdo con la fórmula anterior. Como resultado, una presión P 1 con una fuerza F 2 = P 1 * A 2 = F 1 * A 2 / A 1 también actuará sobre un pistón con una gran sección transversal. La fuerza F 2 estará dirigida en sentido contrario a la fuerza F 1, es decir, tenderá a empujar el pistón hacia arriba, mientras que será mayor que la fuerza F 1 exactamente tantas veces como el área de la sección transversal de Los cilindros de la máquina difieren.
Por lo tanto, la ley de Pascal te permite levantar grandes cargas con la ayuda de pequeñas fuerzas de equilibrio, lo que es una especie de similitud con la palanca de Arquímedes.
Otras aplicaciones del principio de Pascal
La ley considerada se usa no solo en máquinas hidráulicas, sino que encuentra una aplicación más amplia. A continuación se muestran ejemplos de sistemas y dispositivos, cuyo funcionamiento sería imposible si la ley de Pascal no fuera válida:
- En los sistemas de frenado de los automóviles y en el conocido sistema antibloqueo ABS, que evita que las ruedas del automóvil se bloqueen durante su frenado, lo que ayuda a evitar derrapes y deslizamientos del vehículo. Además, el sistema ABS permite al conductor mantener el control en la conducción vehículo cuando este último realiza un frenado de emergencia.
- En cualquier tipo de refrigeradores y sistemas de refrigeración, donde la sustancia de trabajo es una sustancia líquida (freón).
Blaise Pascal fue un matemático, físico y filósofo francés que vivió a mediados del siglo XVII. Estudió el comportamiento de los líquidos y gases, estudió la presión.
Se dio cuenta de que la forma del recipiente no tenía ningún efecto sobre la presión del líquido en su interior. También formuló el principio: los líquidos y los gases transmiten por igual en todas direcciones la presión que se ejerce sobre ellos.
Este principio se llama ley de Pascal para líquidos y gases.
Debe entenderse que esta ley no tuvo en cuenta la fuerza de gravedad que actúa sobre el líquido. En realidad, La presión del fluido aumenta con la profundidad debido a la atracción hacia la Tierra, y esta es la presión hidrostática.
Para calcular su valor se utiliza la fórmula: 
es la presión de la columna de líquido.
- ρ es la densidad del líquido;
- g - aceleración de caída libre;
- h - profundidad (altura de la columna de líquido).
La presión total del fluido a cualquier profundidad es la suma de la presión hidrostática y la presión asociada con la compresión externa: 
donde p0 es la presión externa, por ejemplo, de un pistón en un recipiente lleno de agua.
Aplicación de la ley de Pascal en hidráulica
Los sistemas hidráulicos utilizan fluidos incompresibles como el aceite o el agua para transferir la presión de un punto a otro dentro del fluido de manera contundente. Los dispositivos hidráulicos se utilizan para triturar sólidos, en la prensa. En los aviones, los sistemas hidráulicos se instalan en los sistemas de frenos y en el tren de aterrizaje.
Dado que la ley de Pascal también es válida para gases, existen sistemas neumáticos en tecnología que utilizan presión de aire.
fuerza de Arquímedes. Condición flotante de los cuerpos
Conocer la fuerza de Arquímedes (en otras palabras, la flotabilidad) es importante cuando se trata de entender por qué algunos cuerpos flotan mientras que otros se hunden.
Considere un ejemplo. El hombre está en la piscina. Cuando está completamente sumergido bajo el agua, puede realizar fácilmente saltos mortales, dar saltos mortales o saltar muy alto. En tierra, estos trucos son mucho más difíciles de realizar.
Tal situación en la piscina es posible debido al hecho de que la fuerza de Arquímedes actúa sobre una persona en el agua. En un líquido, la presión aumenta con la profundidad (esto también es cierto para un gas). Cuando el cuerpo está completamente bajo el agua, la presión del fluido debajo del cuerpo prevalece sobre la presión de arriba y el cuerpo comienza a flotar.
Ley de Arquímedes
Un cuerpo en un líquido (gas) es afectado por una fuerza de flotación igual en magnitud al peso de la cantidad de líquido (gas) que es desplazada por la parte sumergida del cuerpo.
- Ft - gravedad;
- Fa - fuerza de Arquímedes;
- ρzh - densidad de líquido o gas;
- vv. y. - el volumen del líquido desplazado (gas), igual al volumen de la parte sumergida del cuerpo;
- p.v. y. es el peso del fluido desplazado.
Condiciones de navegación
- FT> FA - el cuerpo se hunde;
- PIE< FA - тело поднимается к поверхности до тех пор, пока не окажется в положении равновесия и не начнёт плыть;
- FT \u003d FA: el cuerpo está en equilibrio en un ambiente acuoso o gaseoso (flota).
La ley de presión de Pascal fue descubierta en el siglo XVII por el científico francés Blaise Pascal, de quien obtuvo su nombre. La redacción de esta ley, su significado y aplicación en La vida cotidiana discutido en detalle en este artículo.
La esencia de la ley de Pascal
Ley de Pascal: la presión que se ejerce sobre un líquido o gas se transmite a cada punto del líquido o gas sin cambios. Es decir, la transferencia de presión en todas las direcciones es la misma.
Esta ley sólo es válida para líquidos y gases. El hecho es que las moléculas de sustancias líquidas y gaseosas bajo presión se comportan de manera muy diferente a las moléculas de los sólidos. Su movimiento es diferente. Si las moléculas de líquido y gas se mueven con relativa libertad, entonces las moléculas de los sólidos no tienen esa libertad. Solo oscilan ligeramente, desviándose ligeramente de su posición original. Y debido al movimiento relativamente libre de las moléculas de gas y líquido, ejercen presión en todas las direcciones.
Fórmula y valor básico de la ley de Pascal
La cantidad principal en la ley de Pascal es la presión. se mide en Pascales (Pa). Presión (P)- actitud fuerza (F), que actúa sobre la superficie perpendicular a su Cuadrado (S). Como consecuencia: P=F/E.
Características de la presión de gas y líquido.
Al estar en un recipiente cerrado, las partículas más pequeñas de líquidos y gases, moléculas, golpean las paredes del recipiente. Dado que estas partículas son móviles, entonces desde un lugar con más alta presión son capaces de moverse a un lugar con baja presión, es decir, en poco tiempo se vuelve uniforme sobre toda la superficie del buque ocupado.
Para una mejor comprensión de la ley, puede realizar un experimento. Echemos globo y llénalo de agua. Luego hacemos varios agujeros con una aguja fina. El resultado no te hará esperar. El agua comenzará a fluir fuera de los agujeros, y si la bola se comprime (es decir, se aplica presión), la presión de cada chorro aumentará cuántas veces, independientemente de dónde se aplicó exactamente la presión.
El mismo experimento se puede hacer con la pelota de Pascal. Es una bola redonda con agujeros disponible con un pistón adjunto.
Arroz. 1. Blaise Pascual
La determinación de la presión del líquido en el fondo del recipiente se realiza según la fórmula:
p=P/S=gpSh/s
p=gρh
- gramo- aceleración de la gravedad,
- ρ - densidad del líquido (kg / m3)
- h- profundidad (altura de la columna de líquido)
- pags es la presión en pascales.
Bajo el agua, la presión depende únicamente de la profundidad y la densidad del líquido. Es decir, en el mar u océano, la densidad será mayor a mayor inmersión.
Arroz. 2. Presión a diferentes profundidades
Aplicación de la ley en la práctica
Muchas leyes de la física, incluida la ley de Pascal, se aplican en la práctica. Por ejemplo, una plomería ordinaria no podría funcionar si esta ley no operara en ella. Después de todo, las moléculas de agua en la tubería se mueven aleatoriamente y con relativa libertad, lo que significa que la presión ejercida sobre las paredes de la tubería de agua es la misma en todas partes. El trabajo de una prensa hidráulica también se basa en las leyes de movimiento y equilibrio de los fluidos. La prensa consta de dos cilindros interconectados con pistones. El espacio debajo de los pistones está lleno de aceite. Si la fuerza F 2 actúa sobre el pistón más pequeño con área S 2 , entonces la fuerza F 1 actúa sobre el pistón más grande con área S 1 .
Arroz. 3. Prensa hidráulica
También puede experimentar con crudo y huevo duro. Si un objeto afilado, por ejemplo, un clavo largo, perfora primero uno y luego el otro, el resultado será diferente. Un huevo duro atravesará un clavo y uno crudo se hará añicos, ya que la ley de Pascal se aplicará a un huevo crudo, pero no a uno duro.
La ley de Pascal dice que la presión en todos los puntos de un fluido en reposo es la misma, es decir: F 1 /S 1 \u003d F 2 /S 2, de donde F 2 /F 1 \u003d S 2 /S 1.
La fuerza F 2 es tantas veces mayor que la fuerza F 1, cuantas veces el área del pistón más grande es mayor que el área del pequeño.
¿Qué hemos aprendido?
El principal valor de la ley de Pascal, que se estudia en el grado 7, es la presión, que se mide en Pascales. A diferencia de los sólidos, las sustancias gaseosas y líquidas ejercen presión sobre las paredes del recipiente en el que se encuentran de la misma manera. La razón de esto son las moléculas que se mueven libre y aleatoriamente en diferentes direcciones.
Cuestionario de tema
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La naturaleza de la presión de un cuerpo líquido, gaseoso y sólido es diferente. Aunque las presiones de líquidos y gases tienen una naturaleza diferente, sus presiones tienen un efecto común que los distingue de los sólidos. Este efecto, o más bien un fenómeno físico, describe la ley de Pascal.
La ley de Pascal establece que, la presión producida por fuerzas externas a algún lugar en el líquido o gas se transmite a través del líquido o gas sin cambio a ningún punto. Esta ley fue descubierta por Blaise Pascal en el siglo XVII.
La ley de Pascal significa que si, por ejemplo, presiona el gas con una fuerza de 10 N, y el área de esta presión será de 10 cm 2 (es decir, (0.1 * 0.1) m 2 \u003d 0.01 m 2), entonces la presión en el lugar de aplicación de la fuerza aumentará en p \u003d F / S \u003d 10 N / 0.01 m 2 \u003d 1000 Pa, y la presión en todos los lugares del gas aumentará en esta cantidad . Es decir, la presión se transferirá sin cambios a cualquier punto del gas.
Lo mismo es cierto para los líquidos. Pero para sólidos, no. Esto se debe a que las moléculas de líquidos y gases son móviles, y en los sólidos, aunque pueden oscilar, permanecen en su lugar. En los gases y líquidos, las moléculas se mueven de un área de mayor presión a un área de menor presión, por lo que la presión en todo el volumen se iguala rápidamente.
La ley de Pascal está confirmada por la experiencia. Si se perforan agujeros muy pequeños en una pelota de goma llena de agua, el agua gotea a través de ellos. Si ahora presiona en cualquier lugar de la bola, entonces de todos los agujeros, sin importar qué tan lejos estén del lugar donde se aplica la fuerza, el agua fluirá en corrientes de aproximadamente la misma fuerza. Esto sugiere que la presión se ha extendido por todo el volumen.
La ley de Pascal encuentra aplicación práctica. Si se aplica una cierta fuerza a una pequeña superficie de un líquido, se producirá un aumento de la presión en todo el volumen del líquido. Esta presión puede hacer trabajo para mover más superficie.
Por ejemplo, si una fuerza F 1 actúa sobre un área S 1, entonces se creará una presión adicional p en todo el volumen:
Esta presión ejerce una fuerza F 2 sobre el área S 2:
Esto demuestra que cuanto mayor es el área, mayor es la fuerza. Es decir, si hemos producido una pequeña fuerza en un área pequeña, entonces se convierte en una gran fuerza en un área más grande. Si en la fórmula sustituimos la presión (p) por la fuerza y el área inicial, obtenemos la siguiente fórmula:
F 2 \u003d (F 1 / S 1) * S 2 \u003d (F 1 * S 2) / S 1
Mover F 1 hacia el lado izquierdo:
F 2 / F 1 \u003d S 2 / S 1
Se sigue que F 2 es tantas veces mayor que F 1 como S 2 es mayor que S 1 .
En base a esta ganancia de fuerza, se crean las prensas hidráulicas. En ellos, se aplica una pequeña fuerza a un pistón estrecho. Como resultado, surge una gran fuerza en un pistón ancho, capaz de levantar una carga pesada o presionar cuerpos prensados.
(1623 - 1662)
La ley de Pascal establece: "La presión ejercida sobre un líquido o gas se transmite a cualquier punto del líquido o gas por igual en todas las direcciones".
Esta afirmación se explica por la movilidad de las partículas de líquidos y gases en todas las direcciones.
EXPERIENCIA PASCAL
Blaise Pascal demostró en 1648 que la presión de un líquido depende de la altura de su columna.
Insertó un tubo de 1 cm2 de diámetro y 5 m de largo en un barril cerrado lleno de agua y, subiendo al balcón del segundo piso de la casa, vertió una taza de agua en este tubo. Cuando el agua se elevó a una altura de ~ 4 metros, la presión del agua aumentó tanto que se formaron grietas en un fuerte barril de roble a través del cual fluía el agua.
tubo de pascal
¡AHORA TEN CUIDADO!
Si llena recipientes del mismo tamaño: uno con líquido, el otro con material a granel (por ejemplo, guisantes), coloque un cuerpo sólido cerca de las paredes en el tercero, coloque círculos idénticos en la superficie de la sustancia en cada recipiente, por ejemplo, de madera / deben estar contiguos a las paredes / , e instalar pesos del mismo peso encima,
entonces, ¿cómo cambiará la presión de la sustancia en el fondo y las paredes de cada recipiente? ¡Pensar! ¿Cuándo funciona la ley de Pascal? ¿Cómo se transferirá la presión externa de las cargas?
¿EN QUÉ DISPOSITIVOS TÉCNICOS SE UTILIZA LA LEY DE PASCAL?
La ley de Pascal es la base para el diseño de muchos mecanismos. ¡Mira las fotos, recuerda!
1. prensas hidráulicas
El multiplicador hidráulico está diseñado para aumentar la presión (p2 > p1, ya que con la misma fuerza de presión S1 > S2).
Los multiplicadores se utilizan en prensas hidráulicas.
2. ascensores hidráulicos
Este es un diagrama simplificado de un elevador hidráulico que se instala en camiones de volteo.
El propósito del cilindro móvil es aumentar la altura del pistón. Para bajar la carga, abra la grúa.
La unidad de reabastecimiento de combustible para tractores funciona de la siguiente manera: el compresor bombea aire a un tanque de combustible sellado herméticamente, que ingresa al tanque del tractor a través de una manguera.
4. pulverizadores
En los pulverizadores utilizados para el control de plagas agrícolas, la presión del aire inyectado en el recipiente sobre la solución venenosa es de 500.000 N/m2. El líquido se rocía cuando el grifo está abierto.
5. sistemas de abastecimiento de agua
Sistema neumático de suministro de agua. La bomba suministra agua al depósito, comprimiendo el colchón de aire y se apaga cuando la presión del aire alcanza los 400.000 N/m2. El agua sube por las tuberías hasta las habitaciones. Cuando la presión del aire cae, la bomba se pone en marcha de nuevo.
6. cañones de agua
Un chorro de agua expulsado por un chorro de agua a una presión de 1 000 000 000 N/m2 perfora agujeros en lingotes de metal y tritura rocas en minas. Los hidrofusiles también están equipados con modernos equipos de extinción de incendios.
7. al colocar tuberías
La presión del aire "infla" las tuberías, que están hechas en forma de tiras de acero metálicas planas soldadas a lo largo de los bordes. Esto simplifica enormemente la colocación de tuberías para diversos fines.
8. en arquitectura
La enorme cúpula de película sintética está soportada por una presión que es solo 13,6 N/m2 mayor que la presión atmosférica.
9. tuberías neumáticas
Presión de trabajo de 10.000 - 30.000 N/m2 en oleoductos de neumocontenedores. La velocidad de los trenes en ellos alcanza los 45 km/h. Este tipo de transporte se utiliza para transportar graneles y otros materiales.
Contenedor para el transporte de residuos domésticos.
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ESTANTE PARA LIBROS
¿SABES SOBRE ESTO?
¿Qué es la enfermedad por descompresión?
Se manifiesta si te elevas muy rápidamente desde las profundidades del agua. La presión del agua disminuye bruscamente y el aire disuelto en la sangre se expande. Las burbujas resultantes obstruyen los vasos sanguíneos, interfiriendo con el movimiento de la sangre y la persona puede morir. Por lo tanto, los buceadores y buzos ascienden lentamente para que la sangre tenga tiempo de llevar las burbujas de aire resultantes a los pulmones.
¿Cómo bebemos?
Nos llevamos a la boca un vaso o una cuchara con un líquido y “aspiramos” su contenido hacia nosotros mismos. ¿Cómo? ¿Por qué, de hecho, el líquido se precipita en nuestras bocas? La razón es esta: cuando bebemos, expandimos el pecho y por lo tanto enrarecemos el aire en la boca; bajo la presión del aire exterior, el líquido se precipita hacia el espacio donde la presión es menor, y así penetra en nuestra boca. Aquí sucede lo mismo que sucedería con el líquido de los vasos comunicantes si empezáramos a enrarecer el aire por encima de uno de estos vasos: bajo la presión de la atmósfera, el líquido de este vaso subiría. Por el contrario, al capturar el cuello de la botella con los labios, no "jalará" el agua hacia la boca con ningún esfuerzo, ya que la presión del aire en la boca y sobre el agua es la misma. Entonces, bebemos no solo con la boca, sino también con los pulmones; porque la expansión de los pulmones es la razón por la que el líquido se precipita hacia nuestra boca.
Burbuja
“Sopla una pompa de jabón”, escribió el gran científico inglés Kelvin, “y míralo: puedes estudiarlo toda tu vida sin dejar de aprender de él las lecciones de la física”.
Burbuja de jabón alrededor de una flor
La solución jabonosa se vierte en un plato o en una bandeja de modo que el fondo del plato se cubra con una capa de 2 a 3 mm; se coloca una flor o un jarrón en el medio y se cubre con un embudo de vidrio. Luego, levantando lentamente el embudo, soplan en su tubo estrecho: se forma una burbuja de jabón; cuando esta burbuja alcance un tamaño suficiente, incline el embudo, liberando la burbuja de debajo. Luego, la flor estará debajo de una tapa semicircular transparente hecha de película jabonosa, brillando con todos los colores del arco iris.
Varias burbujas entre sí
Se sopla una pompa de jabón grande fuera del embudo utilizado para el experimento descrito. Luego, sumerja completamente la pajilla en la solución de jabón para que solo la punta, que tendrá que llevarse a la boca, permanezca seca, y empújela con cuidado a través de la pared de la primera burbuja hacia el centro; luego, tirando lentamente de la pajilla hacia atrás, sin llevarla al borde, sin embargo, soplan la segunda burbuja encerrada en la primera, en ella: la tercera, cuarta, etc. Es interesante observar la burbuja cuando ingresa a la cámara frigorífica. de una habitación cálida: aparentemente disminuye de volumen y, por el contrario, se hincha, pasando de una habitación fría a una cálida. La razón radica, por supuesto, en la contracción y expansión del aire contenido dentro de la burbuja. Si, por ejemplo, en heladas a - 15 ° C, el volumen de la burbuja es de 1000 metros cúbicos. cm y de las heladas entró en una habitación donde la temperatura es de + 15 ° C, luego debería aumentar su volumen en aproximadamente 1000 * 30 * 1/273 = aproximadamente 110 metros cúbicos. cm.
Las ideas habituales sobre la fragilidad de las pompas de jabón no son del todo correctas: con un manejo adecuado, es posible mantener una pompa de jabón durante décadas. El físico inglés Dewar (famoso por su trabajo sobre la licuefacción del aire) guardaba las pompas de jabón en frascos especiales, bien protegidas del polvo, secas y agitadas; en estas condiciones, logró mantener algunas burbujas durante un mes o más. Lawrence en Estados Unidos logró mantener las pompas de jabón debajo de un frasco de vidrio durante años.