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.

403 Lágrimas de alcohol

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa con una bebida alcohólica. 

Si nos fijamos con atención podemos ver un fenómeno curioso. En la pared interior de la copa, sobre la superficie del líquido, aparece una corona de gotas líquidas que caen poco a poco y luego reaparecen. El fenómeno es característico de las bebidas con un alto grado alcohólico. La graduación alcohólica en una bebida indica la concentración de etanol en tanto por ciento en volumen. Si la etiqueta de una bebida alcohólica indica 20 º significa que contiene el 20% en volumen de etanol.

Explicación

La explicación correcta del fenómeno la proporcionó el científico inglés J Thomson en 1855. El líquido por capilaridad sube por la pared de la copa por encima de la superficie del líquido. El líquido que moja la pared de la copa pierde más alcohol por evaporación y resulta más acuoso. El líquido de la pared tiene ahora mayor tensión superficial, se encoge y tira del líquido hacia arriba. Cuando el peso del líquido en la pared de la copa alcanza un cierto valor se forma una gota que resbala por la pared de la copa y cae. El proceso se repite y nuevas gotas reaparecen en la superficie de la copa.

402 ¿Flota o no flota?

Para realizar nuestro experimento necesitamos un recipiente, agua, aceite, alcohol, unas chinchetas o tachuelas y unas bolas de corcho blanco (poliestireno expandido).

En primer lugar llenamos un tercio del recipiente con agua, luego añadimos una capa de aceite y por último otra capa de alcohol. El agua y el alcohol no se mezclan con el aceite (son líquidos inmiscibles) pero el agua y al alcohol si se mezclan (son líquidos miscibles). El alcohol se añade con cuidado procurando que no entre en contacto con el agua. Se puede dejar caer lentamente por las paredes del recipiente.

Ahora clavamos algunas chinchetas en las bolas de corcho y las dejamos caer en el vaso. Dependiendo del número de chinchetas las bolas se hunden en el fondo del recipiente o quedan flotando en alguna de las superficies de separación (agua-aceite, aceite-alcohol, alcohol-aire).

Explicación

El agua es más densa que que el aceite y éste menos denso que el alcohol. Por eso el aceite flota sobre el agua y el alcohol sobre le aceite. El agua y el alcohol son dos sustancias moleculares polares que no se mezclan con el aceite que es una sustancia molecular apolar. Se dice que una molécula es polar si presenta una separación de cargas.

Un chincheta de acero es más densa que los tres líquidos y se hunde en el recipiente. Una bola de corcho es menos densa que los tres líquidos y flota sobre el alcohol. Al clavar chinchetas en las bolas se logra una densidad intermedia y por eso algunas bolas flotan sobre el agua o sobre el aceite.

401 Acelerador magnético

Para realizar nuestro experimento necesitamos unas bolas de acero, un carril de bajo rozamiento de aluminio (o algo parecido) y un imán de neodimio.

Sobre el carril de bajo rozamiento se alinean el imán y tres bolas de acero (por ejemplo situadas a la derecha del imán). Luego se lanza otra bola de acero desde el otro lado. Cuando la bola se aproxima al imán se acelera por el campo magnético hasta que choca con el imán y se queda pegada. Inmediatamente sale disparada la bola situada más a la derecha.

La primera bola transfiere  su energía cinética y su momento lineal o cantidad de movimiento (el producto de la masa por la velocidad).

¿Qué sucede si la bola incidente tiene mayor masa?

Ahora la bola con menor masa sale despedida con mayor velocidad.

400 Ocultar mensajes

Para realizar nuestro experimento necesitamos un frasco transparente con tapadera y agua.

En primer lugar llenamos el frasco con agua y lo cerramos con la tapadera.

Si colocamos un papel con algunas letras o números a una cierta distancia del frasco, al mirar a través del frasco vemos que la imagen aparece invertida. Si el frasco está en posición horizontal cambia la parte de arriba por la de abajo y si el frasco está en posición vertical cambia la izquierda por la derecha.

Con algo de práctica podemos usar el frasco con agua para ocultar mensajes (ver vídeo).

Explicación

La luz que pasa por el frasco con agua se refracta y se desvía. La refracción de la luz es el cambia que experimenta la velocidad y la dirección de propagación de la luz al pasar de un medio a otro medio con distinto índice de refracción. Colocado a una cierta distancia del objeto, el frasco lleno de agua se comporta como una lente convergente que proporciona una imagen invertida.

399 Choque de bolas

Para realizar nuestro experimento necesitamos bolas de acero y bolas de corcho del mismo tamaño.

Primera parte

En primer lugar colocamos unas ocho bolas de acero en fila sobre un canal de bajo rozamiento de modo que estén en contacto. Si otra bola golpea la fila vemos que la última bola de la fila se separa de las demás. Y si lanzamos dos bolas vemos que ahora se separan las dos últimas bolas de la fila.

Las bolas en reposo transmiten el movimiento.

Segunda parte

Ahora sustituimos una de las bolas de acero por una bola de corcho del mismo tamaño. Ahora la fila de bolas ya no puede transmitir todo el movimiento.

Explicación

En un choque de bolas se conserva el momento lineal. El momento lineal de una partícula de masa m que se mueve con una velocidad v se define como el producto de la masa por la velocidad. Sin embargo la energía cinética no se conserva ya que parte se transforma en energía térmica y en energía potencial elástica cuando los cuerpos se deforman.

En el caso de bolas idénticas, la primera bola que choca con la fila transfiere su momento lineal a la segunda bola, la segunda transfiere su momento lineal a la tercera y así sucesivamente. La última bola es la que se separa de la fila con la misma velocidad que la bola incidente.

En el caso de choques con bolas de diferente masa la conservación del momento lineal no garantiza que las bolas transfieran la misma velocidad. En el vídeo podemos ver algunos ejemplos.

398 Pelota de Ping pong caprichosa

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, sal, un vaso y una pelota de ping pong.

En primer lugar hacemos un pequeño agujero en la pelota de ping pong. Luego llenamos la pelota con agua procurando que quede algo de aire atrapado en el interior de la pelota. Si ahora dejamos caer la pelota en un vaso con agua vemos que la pelota flota. 

Luego repetimos el experimento llenando la pelota con una mezcla saturada de agua con sal. Si ahora dejamos caer la pelota en el vaso con agua vemos que la pelota no flota y termina en el fondo del vaso. Pero si esperamos unos minutos la pelota regresa a la superficie.

Explicación

Una pelota de ping pong llena de agua salada, más densa que el agua del grifo, se hunde en un vaso con agua. Poco a poco el agua salada sale por el agujero de la pelota de ping pong y se mezcla con el agua del vaso. Pasados unos minutos desaparece la diferencia de densidad entre el agua de la pelota y el agua del vaso y la pelota regresa a la superficie.

Para que el experimento salga bien es mejor que el agujero quede en el hemisferio inferior de la pelota para que el agua salada salga fácilmente. 

397 Escurridizo

Para realizar nuestro experimento necesitamos un vaso pequeño, una superficie pulida y agua.

En primer lugar colocamos el vaso boca abajo sobre una rampa plana con una pequeña inclinación. Vemos que el vaso no se mueve. Si mojamos el vaso con agua fría vemos que tampoco se mueve. Pero si ahora mojamos el vaso con agua caliente vemos que desliza por la rampa.

Explicación

El aire atrapado en el vaso se calienta, se expande y levanta ligeramente el vaso. Al reducir el contacto y la fricción el vaso desliza sobre la superficie.

396 Disminuir la corrosión

Para realizar nuestro experimento necesitamos un par de clavos de hierro, dos vasos, agua y papel de aluminio.

Uno de los clavos de hierro se introduce en un vaso con agua preferentemente caliente. Al otro clavo se le enrolla una tira de papel de aluminio antes de meterlo en otro vaso con agua.

Después de unas horas se aprecia a simple vista que el primer clavo se oxida y aparece recubierto de orín. Pero en el segundo clavo la oxidación es mucho menor. Si se saca el segundo clavo del agua y se retira la tira de aluminio vemos que en la parte del clavo en contacto con el aluminio la oxidación es mucho menor.

La corrosión es el deterior de los metales producido por reacciones con el medio ambiente. La mayoría de los metales se oxidan con relativa facilidad en contacto con el oxígeno atmosférico y con la humedad formando óxidos metálicos.

Algunos métodos para minimizar la corrosión del hierro:

- Recubrir la superficie del metal con alguna capa protectora.

- Recubrir el metal con una capa de otro metal (se suelen usar cinc, estaño o cromo).

- Conectar el hierro a otro metal que se oxide con mayor facilidad (protección catódica). El metal más fácilmente oxidable se denomina ánodo de sacrificio.

395 Resistencia al viento

Para realizar nuestro experimento colocamos un círculo de papel de unos tres centímetros de diámetro sobre tres alfileres clavados en una base. El trozo de papel no se caerá por muy fuerte que se sople. Se puede usar un secador de pelo para que el experimento resulte más vistoso.

La corriente de aire que cae sobre la cara superior del trozo de papel aumenta la presión sobre los tres alfileres que sostienen el papel impidiendo que caiga. Si se baja el secador de pelo y se dirige el chorro de aire horizontalmente el trozo de papel sale volando al primer intento.

394 Aeromotor casero

Para realizar nuestro experimentos necesitamos una hoja de papel, lápiz, regla, compás, tijeras y un soporte vertical.

En primer lugar dibujamos en la hoja de papel dos círculos concéntrícos, de tres y seis centímetros de diámetro, procurando no perforar el papel con la aguja del compás. Luego dividimos los círculos en ocho partes iguales y trazamos unas rectas paralelas a los diámetros de manera que las rectas corten los dos círculos (ver los detalles en el vídeo). Finalmente cortamos ocho porciones de papel y doblamos hacia abajo para dar forma a las palas o álabes de nuestra hélice de papel.

Se puede sostener la hélice en equilibrio sobre la punta de un clavo o aguja. Para evitar que se caiga podemos usar un lápiz para hundir ligeramente el centro de la hélice, procurando no perforar el papel.

El aparato, un anemoscopio casero, es capaz de detectar corrientes de aire muy ligeras. 

Si la hélice se coloca a una cierta altura sobre la llama de una vela la corriente de aire caliente ascendente (corriente de convección) pondrá en marcha nuestro aeromotor que girará con una cierta velocidad.

393 El extraño efecto Kaye

El sorprendente efecto es una propiedad de líquidos viscosos que fue descrito por primera vez en 1963 por el científico británico Arthur Kaye.

Para realizar nuestro experimento dejamos caer champú sobre una superficie plana desde una altura de unos 15 cm. Al principio parece que no sucede nada extraño pero de forma inesperada otro chorro de champú sale disparado desde la superficie y tiende a unirse al chorro descendente. El efecto dura poco tiempo pero se puede apreciar a simple vista.

Al caer el chorro de champú se acumula en la superficie formando una montañita. Y al derrumbarse dicha montañita sale disparado el chorro ascendente.

392 Jugando con la presión atmosférica

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico con tapón, agua y un globo.

En primer lugar tienes que hacer un pequeño agujero en el lateral de la botella cerca de la base. Luego llena la botella con agua y coloca el tapón.

Primera parte

Si quitamos el tapón de la botella el agua escapa por el agujero con una velocidad que depende de la altura del agua en el interior de la botella. Y si volvemos a colocar el tapón el agua deja de salir.

Segunda parte

Llena la botella con agua y coloca el tapón. Luego quita el tapón y coloca una globo en la boca de la botella. En este caso el agua sigue saliendo por el agujero durante unos segundos.

Explicación

Si dejamos la botella con el tapón puesto la presión atmosférica externa impide que salga el agua. Pero si quitamos el tapón la presión atmosférica que actúa sobre el agujero se compensa con la presión atmosférica sobre el líquido contenido en la botella y el agua sale impulsada por la presión hidrostática (la presión ejercida por la columna de agua sobre el agujero).

¿Qué sucede al sustituir el tapón de plástico por el globo? 

Al salir el agua por el agujero aumenta el volumen disponible para el aire atrapado en la botella y disminuye la presión. Para compensar, el globo se queda sin aire y se mete en la botella para disminuir el volumen disponible para el aire y mantener la presión interna. Finalmente la presión atmosférica externa impide la salida del agua por el agujero.

Si ahora tiramos del globo hacia arriba aumenta el volumen disponible para el aire atrapado en la botella, disminuye la presión, y para compensar entre aire por el agujero.