¿Es más rápido beber un líquido con una o dos pajitas?

Es más rápido beber con dos pajillas, siempre que no reduzca la presión de succión *, en un factor de dos. Es incluso más rápido (4x) beber a través de una paja que tiene el doble del área de la sección transversal.

El caudal volumétrico (Q, volumen de fluido que pasa por un área determinada por unidad de tiempo) para un fluido incompresible que fluye a través de un tubo viene dado por:
[matemáticas] Q = \ frac {\ pi r ^ 4 \ Delta P} {8 \ mu L} [/ math]

donde [math] r [/ math] es el radio del tubo, [math] L [/ math] es la longitud del tubo, [math] \ Delta P [/ math] es la diferencia de presión desde un extremo del de tubo al otro (proporcionado por la boca en este caso), y [math] \ mu [/ math] es la viscosidad de cizallamiento: cuánto disminuye la velocidad del líquido al pegarse a los lados del tubo.

En el problema de beber paja, hay dos fuerzas en competencia: la presión de succión proporcionada por la boca ([matemática \ Delta P [/ math]) aumenta la velocidad de flujo mientras que la viscosidad de corte ([matemática] \ mu [/ math] ), que solo se manifiesta en las paredes de la paja, ralentiza la velocidad de flujo. Aumentar el radio de la paja disminuye la contribución relativa de la fricción de fluido en las paredes de la paja, por lo que aumentar el radio de la paja tiene el mayor efecto sobre la velocidad de flujo.

Flujo de fluido a través de una tubería. Los elementos más cercanos a las paredes se mueven más lentamente debido a la fricción entre el fluido y la pared (viscosidad de cizallamiento), arruinando la fiesta para todos. Fuente de la imagen: ecuación de Hagen-Poiseuille

* presión = fuerza / área

Para completar la respuesta de Inna Vishik basada en la ley Hange-Pouiseuille, quería agregar que el problema se puede considerar con un esfuerzo constante (por lo tanto una fuerza, o más generalmente una cantidad dada de energía) en lugar de una presión constante. Esta hipótesis parece más “realista” ya que en la práctica estamos limitados por nuestra capacidad de succión basada en la energía “gastada” por nuestros músculos.
Por lo tanto, con esta hipótesis, la relación [matemática] \ Delta P = F / A [/ math] (donde [math] A [/ math] es la superficie total (sección transversal) de la paja (s) en la que la presión actos) señala que la presión (en la boca) disminuye con dos pajitas para la misma fuerza [matemática F] [/ matemáticas].

El Hange-Pouiseuille puede así ser reescrito:
[math] Q = \ frac {\ pi R ^ 4 F} {8 \ mu LA} = \ frac {R ^ 4} {A} \ alpha [/ math] donde [math] \ alpha [/ math] es a constante para pajillas de la misma longitud [matemática] L [/ math].

Usando dos pajitas

Si [matemática] Q_1 = \ frac {R ^ 4} {A_1} \ alpha [/ math] es la velocidad de flujo volumétrica que usa una gota, entonces el uso de dos pajitas idénticas conduce a [matemática] Q_2 = 2 \ frac {R ^ 4} {A_2} \ alpha = 2 \ frac {R ^ 4} {2 A_1} \ alpha = Q_1 [/ math] porque la presión se divide por dos ([matemática] A_2 = 2 A_1 \ Rightarrow \ Delta P_2 = \ frac {\ Delta P_1} {2}) [/ math].
Podemos ver que, con la misma cantidad de energía, el índice de flujo es idéntico y, en consecuencia, tomará el mismo tiempo para beber el vaso.

Usando una paja más grande

Con el mismo principio, uno puede calcular fácilmente que si uno usa una gota más grande de [math] k [/ math] multiplica por la sección transversal de la paja ([matemática] A ‘= k A [/ math] y [math] R ‘= \ sqrt {k} R [/ math] implica que [math] Q’ = \ frac {R ‘^ 4} {A’} = \ frac {\ sqrt {k} ^ 4} {k} \ frac {R ^ 4} {A} = k Q [/ math]), entonces la velocidad de flujo será [math] k [/ math] más grande y por lo tanto será [math] k [/ math] más rápido de beber el cristal.

Conclusión

Para beber el vaso más rápido, le aconsejo que use una pajita más grande mejor que dos pajillas, ¡sin más esfuerzo!

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Fluid Mechanics por Yunus A. Cengel, John M. Cimbala