411 Refracción y lápiz quebrado.

Para realizar nuestro experimento necesitamos un vaso, agua, aceite Johnson, alcohol y un palito.

En primer lugar llenamos medio vaso con agua y luego metemos el palito. Al desplazar el palito parece romperse.

Luego repetimos el experimento dejando sobre el agua una capa de aceite Johnson y otra capa de alcohol. Los resultado son parecidos.

El aceite Johnson impide que el agua y el alcohol se mezclen. El alcohol se deja caer con cuidado por las paredes del vaso para impedir que entre en contacto con el agua.

Explicación
El agua es más densa y permanece en el fondo del vaso. El aceite es menos denso y flota sobre el agua sin mezclarse (son líquidos inmiscibles). El alcohol es el menos denso de los tres líquidos y permanece sobre el aceite sin mezclarse,

La luz se desvía al cambiar de medio (refracción de la luz) y por ese motivo el palito parece quebrado. La refracción se produce si la luz incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y se origina por el cambio de velocidad de propagación de la luz al pasar de un medio a otro (por ejemplo del agua al aire).

410 La carta incombustible

Sobre una carta de baraja con las esquinas dobladas se puede calentar agua con la llama de una vela sin que el papel de la carta se queme. El agua puede llegar a hervir sin que la carta se queme.

Explicación
La ebullición del agua ocurre a una temperatura de 100 ºC. En contacto con el papel, el agua que llega a 100 ºC absorbe mucha energía en el cambio de estado impidiendo que suba la temperatura y que la carta llegue a la temperatura necesaria para la combustión del papel.

409 Estructura de los metales

Material necesario: esferas de corcho blanco, alfileres y una base de corcho.

Podemos usar bolas de corcho para representar los átomos idénticos de un metal. Las estructuras de los metales están basadas en las diferentes formas en las que pueden empaquetarse las esferas (los átomos) de forma que se logre una estructura ordenada y compacta.

Empaquetamiento compacto hexagonal y cúbico

Si se colocan las esferas sobre una superficie ligeramente inclinada se puede obtener de manera natural una estructura plana compacta con las siguientes características:

Las esferas están dispuestas en filas rectas que forman ángulos de 60 º entre sí.
Cada esfera está rodeada de otras seis esferas que forman un hexágono regular.
Cada esfera tiene seis depresiones que pueden ser ocupadas por tres esferas de una segunda capa.

Se pueden apilar capas de átomos unas sobre otras, colocando los átomos en los huecos que dejan los átomos de las capas adyacentes. Cada esfera está en contacto con seis esferas en su misma capa, con otras tres esferas de la capa inferior y otras tres esferas de la capa superior. En total 12 esferas.

A la hora de situar una tercera capa de esferas tenemos dos posibilidades:

Las esferas de la tercera capa se colocan verticalmente sobre las esferas de la primera capa. El empaquetamiento que resulta es hexagonal compacto. El cinc tiene este tipo de estructura.

Las esferas de la tercera capa no se sitúan en la vertical de la primera capa. El empaquetamiento que resulta es cúbico compacto. El cobre tiene este tipo de estructura.

En los dos casos las esferas ocupan el 74% del volumen total.

Empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo.  

Tenemos una primera capa de esferas de manera que definan un cuadrado y dejando una pequeña separación entre las esferas. Ahora se puede colocar una segunda capa de esferas en las depresiones de la primera capa. En esta disposición cada esfera está en contacto con cuatro esferas de la capa inferior y otras cuatro esferas de la capa superior. En total 8 esferas. El hierro tiene este tipo de estructura.

En el empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo las esferas ocupan el 68% del volumen.

408 Vibracion y ondas en una copa

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa, un guante de látex, un par de gomas elásticas, pimienta molida y un lápiz.

Colocamos el guante de látex sobre la copa y lo sujetamos con las gomas elásticas procurando que quede una superficie lisa y muy tensa (algo parecido a la membrana de un tambor). Luego dejamos caer pimienta molida sobre el guante Por último frotamos con un lápiz el borde de la copa procurando que no se rompa el guante. Vemos que la pimienta vibra y forma curiosas figuras.

Explicación
Al frotar repetidamente el borde de la copa con el lápiz, ésta vibra y se forma una onda estacionaria sobre el guante. Las ondas estacionarias se caracterizan por la existencia de zonas donde la vibración es alta (los vientres) y zonas donde la vibración es baja o nula (los nodos). Los granos de pimienta molida se acumulan en las regiones nodales formando diversas figuras.

407 Un trípode muy resistente.

Para realizar nuestro experimento necesitamos tres palitos de madera y tres vasos de plástico.

Se puede lograr un equilibrio muy estable entrelazando los tres palitos de la manera que aparece en el vídeo. Los palitos se sostienen recíprocamente de manera que sólo están apoyados en la mesa por un extremo. El trípode resultante es estable y puede soportar objetos pesados.  

Si ahora apoyamos el trípode sobre tres vasos de plástico podemos comprobar que la estructura puede soportar objetos pesados (por ejemplo una pila de libros).

406 Globo autoinflable

Para realizar nuestro experimento necesitamos vinagre, bicarbonato, una botella, un embudo, una cuchara, un par de globos y papel parafinado impermeable para cocinar.

Primera parte
En primer lugar vertemos un poco de vinagre en una botella. Luego echamos en el globo una cucharada pequeña de bicarbonato. Con un embudo el proceso resulta más fácil. Por último colocamos el globo en la boca de la botella y le damos la vuelta para que el bicarbonato caiga en el interior de la botella. Al entrar en contacto el bicarbonato y el vinagre se produce una reacción química con desprendimiento de dióxido de carbono gaseoso que infla el globo en segundos. La velocidad de una reacción química entre un líquido y un sólido reducido a polvo es muy rápida.

Segunda parte
Ahora esparcimos una cucharada de bicarbonato sobre un trozo rectangular de papel encerado. Luego enrollamos el papel formando un tubo y, finalmente, retorcemos los extremos para que el bicarbonato no se salga. Si ahora dejamos caer el tubo en una botella con vinagre y colocamos un globo en la boca de la botella vemos que el globo se infla lentamente. Ahora el bicarbonato sólido entre en contacto con el vinagre poco a poco y la velocidad de la reacción química es mucho menor. Se puede agitar la botella para acelerar el proceso.

Precaución: el globo puede explotar si la presión interna es muy grande. Es mejor usar poca cantidad de vinagre.

405 Propulsar un barco de papel

Para realizar nuestro experimento necesitamos un barco de papel pequeño, un palito de madera, un recipiente con agua y detergente.

Se deja flotando sobre el agua el barco de papel y luego dejamos caer una gota de detergente cerca del barco. El barco se mueve alejándose del detergente.

Otra posibilidad es mojar uno de los extremos del barco con detergente antes de dejarlo sobre el agua. El resultado es el mismo: el barco se mueve sobre el agua impulsado por el detergente.

Explicación
En el agua en estado líquido existen fuerzas intermoleculares atractivas que mantienen a las moléculas unidas. En la superficie del agua dichas fuerzas generan una tensión superficial que hace que la superficie del agua se comporte como si fuera una membrana elástica que se puede estirar sin romperse.

El detergente en contacto con el agua reduce la tensión superficial en ese punto y la tensión externa superior tira hacia afuera arrastrando el barco de papel.

404 Flotabilidad con globos, agua y sal.

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, sal, un vaso, una jeringa y un globo pequeño.

Primera parte
En primer lugar mezclamos en un vaso agua y tres o cuatro cucharadas de sal. Luego llenamos un globo pequeño con la mezcla de agua y sal. Es importante que no quede aire atrapado en el interior del globo. Luego tenemos que añadir más sal a la mezcla del vaso para preparar una disolución saturada.

Si ahora dejamos caer el globo en el vaso vemos que queda flotando en la superficie. La mezcla del globo tiene menos sal, es menos densa, y flota sobre la mezcla del vaso.

Segunda parte
Ahora, si dejamos caer con cuidado agua por las paredes del vaso, vemos que una capa de agua cubre el globo que queda "flotando" a la misma altura. Es importante que el agua se deje caer poco a poco para que no se mezcle con el agua salada. Los dos líquidos se mezclan poco a poco y por eso el globo permanece flotando en la parte media del vaso. El globo tiene una densidad intermedia y por eso flota sobre la mezcla saturada que ocupa la mitad del vaso y se hunde en el agua que ocupa la parte superior.

Si removemos con una cucharilla aceleramos la mezcla y el globo flotará o se hundirá dependiendo de la relación entre la densidad de la mezcla que llena el globo y la densidad de la mezcla del vaso. En nuestro caso el globo queda flotando en la superficie.