En clase de Física y Química de 2º ESO-G durante unas semanas hemos estado preparando varios proyectos de investigación sobre pequeños experimentos realizables en clase. A continuación explicare cada uno de los experimentos:
1. Experimento de presión del aire: infla un globo dentro de una botella
Foto realizada por el alumnado.
¿Por qué ocurre?
En la botella sin agujero el globo no se puede inflar porque la botella ya está llena de aire y no es posible añadir más, nuestros pulmones no pueden luchar contra la presión del aire del interior. Sin embargo, si la botella tiene un agujero, el aire que estaba dentro puede escapar al exterior dejando sitio libre para que se infle el globo. Pon la mano cerca del agujero de la botella sentirás el flujo del aire que se va.
Cuando tapas el agujero, la presión del aire que está dentro de la botella es igual a la presión del aire en el exterior (la presión atmosférica). Pero esta situación no dura mucho porque en ese momento también ocurre otra cosa: el globo, al ser elástico, tiende a recuperar su forma y se encoge ligeramente. El aire atrapado en la botella tiene más sitio que ocupar. Por la ley de Boyle-Mariotte sabemos que, a la misma temperatura, si el volumen ocupado por un gas aumenta, su presión disminuye. Entonces, ahora la presión en el interior de la botella es menor que la presión atmosférica, por lo que el aire de dentro no empuja al globo tan fuertemente como el aire de fuera y de esta forma el globo se mantiene inflado. Si ahora destapas el agujero, el aire entrará en la botella aumentando la presión y empujará al globo que se colapsará y dejará salir el aire o el agua que tenga dentro.
Presentación para el resto de compañeros por el grupo encargado de dicho proyecto de investigación:
2. Experimento del vaso de agua boca abajo
¿Qué ocurre?
Las moléculas de agua tienden a estar unidas, presentan una gran cohesión. Se atraen entre ellas porque la molécula de agua es polar, es decir, por un lado tiene carga negativa y por otro positiva. Debido a la cohesión, en la superficie del agua se forma una película o membrana elástica, que como es elástica, se puede deformar hasta cierto punto. Este fenómeno se conoce como tensión superficial del agua.
Por otro lado, la molécula de agua tiene una gran capacidad de adhesión, se siente atraída por otras moléculas distintas a ella, se pega a todas partes. Cuando damos la vuelta al vaso el agua se pega al cartón, lo que crea un precinto en el borde del vaso. Ahora quitamos la mano del cartón y suceden dos cosas: primero, por acción de la gravedad el cartón baja un poco, pero el precinto de agua no se rompe debido a la elasticidad de la película de agua de la que hablábamos antes, y segundo, al bajar el cartón el volumen que ocupa el aire atrapado en el vaso aumenta. Observa el vaso y verás que por mucho que lo llenes de agua, al invertirlo, siempre queda al menos una burbuja de aire.
Por la Ley de Boyle-Mariotte sabemos que, a la misma temperatura, si el volumen ocupado por un gas aumenta, su presión disminuye. Por tanto, sabemos que la presión del aire en el interior del vaso es menor que la presión atmosférica.
Para que el cartón se mantenga en su sitio y no nos mojemos los pies las fuerzas ejercidas desde dentro del vaso se deben equilibrar con las ejercidas desde fuera. Es decir la presión atmosférica (fuera) debe ser capaz de compensar el peso del agua y la presión que ejerce el aire atrapado en el interior del vaso. Gracias a la bajada de presión del aire atrapado se logra el equilibrio y el cartón permanece en el vaso.
Presentación para el resto de compañeros por el grupo encargado de dicho proyecto de investigación:
3. Tensión superficial del agua: clip que flota
¿Qué ha ocurrido?
A las moléculas de agua les gusta estar con otras moléculas de agua, se llama cohesión. La cohesión es debida al caracter polar de las moléculas de agua. Polar significa que por un lado tienen carga positiva y por el otro negativa, por eso se atraen entre ellas.
Las moléculas de agua que están en el interior están rodeadas de moléculas de agua todas partes, pero las moléculas de la superficie no tienen a nadie arriba, así que se agarran muy fuertemente tanto a las de los lados como a las de abajo formando una especie de piel elástica sobre la que se sujeta el clip. Observa como la piel se curva bajo el clip. Este fenómeno debido a las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua se conoce como tensión superficial. Por cierto, ¿has visto alguna vez uno de esos insectos que caminan por el agua? Pues ya sabes que es debido a la tensión superficial.
Ahora que ya sabemos por qué aparentemente flota, vamos a ver por qué se hunde al añadir detergente. Los detergentes hacen que la tensión superficial del agua disminuya porque interfieren en las fuerzas de cohesión. El agua ya no puede sujetar el clip y este se hunde.
Uno de los motivos por los que el jabón lava es porque disminuye la tensión superficial y el agua en lugar de pegarse a ella misma se puede extender mejor sobre la suciedad. Y ahí va otra pregunta, ¿por qué el agua caliente limpia mejor que el agua fría? pues por lo mismo, porque en el agua caliente la tensión superficial es menor.
Presentación para el resto de compañeros por el grupo encargado de dicho proyecto de investigación:
Gracias al trabajo realizado por el grupo de 2º ESO-G.
Hasta la próxima lectores.....
