325 Leyes de los gases con materiales caseros

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

En primer lugar llenamos un globo pequeño con aire y luego lo colocamos en la boca de la botella de manera que la mitad del globo quede en el interior de la botella.

Si apretamos la botella de plástico el globo sale de la botella. Y podemos lograr el mismo efecto metiendo la botella con el globo en un recipiente con agua caliente.

Explicación

El estado de un gas queda determinado por las siguientes magnitudes: cantidad de gas, presión, temperatura y volumen. Para una cierta cantidad de gas encerrado en un recipiente la presión, el volumen y la temperatura no son magnitudes independientes.

En la primera parte del experimento al apretar la botella de plástico deformable se reduce el volumen del recipiente y aumenta la presión del aire atrapado en la botella.

En la segunda parte del experimento al meter la botella en el interior del recipiente con agua caliente aumenta la temperatura del aire de la botella y aumenta la presión.

En los dos casos el aumento de la presión interna impulsa el globo fuera de la botella.

La Ley de Boyle establece que en un recipiente cerrado y a temperatura constante la presión del gas encerrado en el recipiente es inversamente proporcional al volumen:

Si el volumen aumenta disminuye la presión

Si el volumen disminuye aumenta la presión.

La Ley de Gay-Lussac establece que en un recipiente cerrado a volumen constante la presión del gas atrapado en el recipiente es directamente proporcional a la temperatura.

Si aumenta la temperatura aumenta la presión

Si disminuye la temperatura disminuye la presión

La teoría cinética permite explicar el comportamiento macroscópico y las leyes experimentales de los gases con una serie de postulados que describen el comportamiento microscópico de los gases.

324 Una hélice mágica

Para realizar nuestro experimento necesitamos un lápiz con goma de borrar, cartulina, tijeras, cutter, un alfiler y un palito de madera.

En primer lugar recortamos de un trozo de cartulina una hélice de unos 5 cm de largo y luego le hacemos con el alfiler un agujero en el centro.

Con el cutter hacemos unas muescas pequeñas en el lápiz (no es necesario que las muescas sean muy profundas) y luego clavamos el alfiler con la hélice en la goma del lápiz.

Por último sujetamos el lápiz con una mano y con la otra frotamos el palito a lo largo de las muescas del lápiz. Se requiere algo de práctica para que la hélice gire con cierta velocidad.

Es normal que al principio la hélice se agite pero no gire. Si se presiona con un dedo sobre el lápiz al tiempo que se frota el palito se obtienen mejores resultados (ver vídeo). Se puede modificar el sentido de giro presionando con un dedo al otro lado del lápiz.

Explicación

La vibración que se produce al frotar el palito a lo largo de las muescas del lápiz se transmite por la madera al alfiler que, por rozamiento, hace que la hélice gire sobre su eje.

Por si te interesa, aquí te dejo una explicación muy completa del funcionamiento de la hélice mágica que encontré en el Museo de la Ciencia y el Juego de la Universidad Nacional de Colombia.

319 Cómo apagar un fuego con dióxido de carbono

Para realizar nuestro experimento necesitamos zumo de limón, agua y bicarbonato.

En primer lugar preparamos una mezcla de agua y bicarbonato en un vaso pequeño. No se necesita mucha cantidad. Luego ponemos un poco de zumo de limón en un vaso largo. Por último dejamos caer un poco de la mezcla de bicarbonato y agua en el vaso con zumo de limón. Inmediatamente se forman unas burbujas. Si encendemos un palito de madera y luego lo metemos en el vaso vemos que la llama se apaga enseguida.

Explicación

El zumo de limón contiene ácido cítrico que reacciona con el bicarbonato produciendo una reacción química con desprendimiento de dióxido de carbono.

El dióxido de carbono se acumula en el vaso desplazando al oxígeno que permite la combustión. Si introducimos un palito de madera encendido la llama se apaga en la atmósfera rica en dióxido de carbono y pobre en oxígeno.

318 La dureza del agua

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua destilada, agua del grifo, sal, tiza, un par de botellas de plástico pequeñas y detergente.

En primer lugar preparamos una mezcla de agua del grifo y sal. Luego ponemos en una botella de plástico un poco de dicha mezcla y en otra botella una cantidad igual de agua destilada. Por último añadimos unas gotas de detergente en cada botella y ponemos el tapón.

Si agitamos las dos botellas podemos ver que la botella que contiene agua con sal forma menos espuma que la botella con agua destilada.

Explicación

Según la cantidad de sales que contenga disueltos el agua se puede clasificar en blanda (poca cantidad) o dura (mucha cantidad). El agua destilada es un ejemplo de agua blanda y para el agua dura podemos utilizar una mezcla de agua con sal, agua mineral embotellada o una mezcla de agua con polvo de tiza.

Una forma muy simple de determinar la dureza del agua es utilizar detergente. El agua dura produce poca espuma en comparación con la cantidad de espuma que puede producir el agua destilada. Puedes analizar el agua del grifo de casa para ver el grado de dureza.

La utilización de aguas duras plantea algunos problemas en las casas:

1 El agua dura reduce la capacidad limpiadora del detergente.

2 El agua dura contiene minerales disueltos que poco a poco precipitan formando la cal del agua que se deposita en las conducciones, en la grifería, etc.

317 ¿Qué sucede si soplas entre dos pelotas?

Para realizar nuestro experimento necesitamos una cañita y unas pelotas pequeñas y ligeras (por ejemplo de corcho o de ping pong).

Colocamos dos pelotas iguales sobre una superficie horizontal dejando entre las dos una separación de unos dos centímetros. Luego tomamos la cañita y soplamos muy fuerte justo entre las dos. Si las pelotas son ligeras vemos que se juntan.

Explicación

El aire que rodea las dos pelotas ejerce una presión (presión atmosférica) igual en todas direcciones.

El Principio de Bernouilli dice que al aumentar la velocidad del aire disminuye la presión.

Al soplar con la cañita se crea una corriente de aire entre las pelotas y disminuye la presión en esa región. La presión atmosférica superior que actúa desde el otro lado empuja a las pelotas una contra la otra.

Si la pelota tiene una masa apreciable la diferencia de presión no será suficiente para moverla. Para comprobarlo se puede repetir el experimento utilizando dos pelotas con diferente masa. En este caso al solplar entre las dos  la pelota más pesada tiende a quedarse quieta por la inercia.

316 Aerodinámica casera

Para realizar nuestro experimento necesitamos un secador del pelo, unas tiras de papel, una botella con forma cilíndrica y otra botella con forma rectangular.

Necesitamos unas tiras de papel estrechas y ligeras que puedan sostenerse horizontalmente en el aire al incidir sobre ellas la corriente de aire que sale del secador del pelo.

Con las tiras de papel flotando horizontalmente en la corriente de aire que sale del secador aproximamos la botella rectangular. Podemos ver que la trayectoria de las tiras de papel no se modifica significativamente.

Si ahora aproximamos la botella cilíndrica a las tiras de papel podemos ver que la trayectoria se modifica y las tiras de papel se curvan siguiendo el contorno de la botella cilíndrica.

Explicación

En 1910 el ingeniero aeronáutico rumano Henri Coanda (1886 – 1972) descubrió que un fluido (gas o líquido) tiende a seguir el contorno de la superficie sobre la que incide (siempre que la curvatura de la superficie sobre la que incide el fluido y el ángulo de incidencia del fluido no sean muy grandes)

En el caso de la botella cilíndrica, su forma aerodinámica hace que la corriente de aire que sale del secador del pelo se pegue a la superficie de la botella y la rodee. Con las tiras de papel podemos ver fácilmente la trayectoria que sigue la corriente de aire.

314 Lámpara de lava casera con azúcar, aceite y agua

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, aceite vegetal, azúcar y un vaso.

Llenamos el vaso con agua y aceite en la proporción 4:1 (aproximadamente) y luego dejamos caer poco a poco tres o cuatro cucharillas de azúcar. Vemos que el azúcar cae al fondo del vaso arrastrando algo de aceite que rápidamente vuelve a subir a la superficie.

Explicación

El agua y el aceite son dos líquidos inmiscibles que no se mezclan. El aceite, menos denso, flota sobre el agua.

El azúcar cae al fondo del vaso arrastrando algo de aceite. Luego el aceite asciende a la superficie al disolverse en agua algo del azúcar que arrastra en la caída. Por otra parte, el aceite que cae se deposita poco a poco en el fondo del vaso y puede alcanzar una masa suficiente para que predomine la tendencia a ascender a la superficie.

311 Monedas que cambian de color

Para realizar nuestro experimento necesitamos vinagre, unas monedas de cobre, papel de cocina y un plato.

Pon un trozo de papel de cocina en un plato con algo de vinagre. Luego pon algunas monedas sobre el papel y cúbrelas con otro trozo de papel empapado en vinagre. Tenemos que esperar unas horas. Pasado ese tiempo vemos que el papel y las monedas experimentan un cambio de color.

Explicación

En condiciones normales la superficie de una moneda de cobre está cubierta de óxidos y de sales que se forman al reaccionar el cobre de la moneda con el oxígeno del aire.

El vinagre contiene ácido acético que reacciona con el óxido de cobre que recubre las monedas formando una sustancia llamada acetato de cobre (II) de color azul verdoso.

Para realizar el experimento es preferible utilizar monedas ennegrecidas por el óxido de cobre que monedas pulidas y relucientes.  

308 Motor eléctrico casero

Para realizar nuestro experimento necesitamos una pila de petaca (4´5 V), hilo de cobre esmaltado, un imán, dos imperdibles, cinta aislante y papel de lija.

Procedimiento

Enrollamos el hilo de cobre en torno a un objeto cilíndrico para formar una pequeña bobina dejando en cada extremo unos 5 cm sin enrollar. Los extremos de la bobina formarán el eje de rotación y tienen que estar alineados y bien rectos.

Luego utilizamos la cinta aislante para sujetar los dos imperdibles a los dos terminales (electrodos o bornes) de la pila de petaca. Los imperdibles se sujetarán en posición vertical con los agujeros de los imperdibles en la parte superior.

Con el papel de lija retiramos el esmalte que cubre los extremos de la bobina de cobre.

Por último metemos los extremos rectos de la bobina en los agujeros de los imperdibles.

Al aproximar un imán la bobina gira sobre su eje. Si no gira inmediatamente podemos mover el imán o dar un ligero impulso a la bobina.

Explicación

Los motores eléctricos son máquinas que transforman la energía de la corriente eléctrica en movimiento (energía cinética).

Un conductor por el que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético experimenta una fuerza magnética. Con el diseño adecuado la fuerza magnética hace girar el conductor en torno a un eje de rotación.

En nuestro caso al colocar los extremos rectos de la bobina en los agujeros de los imperdibles completamos el circuito eléctrico y la corriente comienza a circular por la bobina. El imán proporciona el campo magnético y, con el diseño adecuado, la fuerza magnética produce el giro de la bobina. 

307 Truco con caja de cerillas

Para realizar nuestro experimento necesitamos una caja de cerillas.

Cuando dejamos caer una caja de cerilla desde una altura de unos 20 cm sobre una mesa lo normal es que la caja rebote en la mesa y no se sostengan en pie. 

Si abrimos un poco la parte superior de la caja de cerillas antes de soltar la caja sobre la mesa es muy posible que la caja quede de pie después de golpear la mesa.

Explicación
Cuando la caja de cerillas golpea la mesa se produce una pequeña deformación de la caja que consume parte de la energía de movimiento (energía cinética). Después de rebotar en la mesa la caja asciende con menos velocidad y menos energía cinética.

¿Qué sucede al abrir un poco la caja de cerillas antes de soltarla sobre la mesa?

Cuando la parte exterior de la caja de cerillas golpea la mesa la parte interior con las cerillas sigue bajando por la inercia y disipa la energía de movimiento (la energía cinética) debido a las fuerzas de rozamiento. Para que la caja quede de pie sobre la mesa tenemos que gastar toda la energía cinética de la caja de cerillas para que no rebote.

La parte interior de la caja de cerillas actúa como un amortiguador que disipa la energía del movimiento.

Se requiere algo de práctica para que el experimento salga correctamente.

305 Agua oxigenada y patata

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua oxigenada, un trozo de patata cruda, una botella pequeña y una caja de cerillas.

Vertemos agua oxigenada en la botella de cristal y luego echamos unos trozos de patata cruda. Inmediatamente se forman unas burbujas en la superficie de la patata.

Después de echar los trozos de patata ponemos el tapón en la botella y esperamos un rato para que se acumule el gas. Si pasados unos minutos metemos una cerilla encendida en la botella vemos que se aviva la llama.

Explicación

Un catalizador es una sustancia que, incluso en cantidades muy pequeñas, modifica enormemente la velocidad de una reacción química, sin que ella misma sufra un cambio químico permanente en el proceso. Como un ejemplo consideremos la descomposición del peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en agua y oxígeno. En ausencia de catalizador esta reacción se realiza muy lentamente. Muchas diferentes sustancias son capaces de catalizar la reacción, entre ellas la patata. El agua oxigenada se descompone gracias a la catalasa, una enzima presente en la patata. 

Podemos reconocer la presencia del oxígeno si metemos en la botella una cerilla y vemos que se aviva la llama (una atmósfera rica en oxígeno favorece la reacción de combustión).

304 Interacción entre el aluminio y los imanes

Para realizar nuestro experimento necesitamos un recipiente con agua, un imán, un trozo de hilo y un vasito de aluminio (por ejemplo los que se usan en repostería).

El aluminio es un metal que no es atraído por los imanes. Pero podemos lograr que un imán interaccione con el aluminio realizando el siguiente experimento.

Ponemos el vaso de aluminio flotando sobre la superficie del agua. Luego atamos el imán con un trozo de hilo y lo dejamos suspendido en el aire dentro del vaso de aluminio justo en el centro. Es importante que el imán no toque las paredes del vaso. Finalmente retorcemos el hilo para que el imán gire y vemos que el vaso de aluminio gira en el mismo sentido que el imán.

Explicación

Un imán colocado cerca del vaso de  aluminio genera un campo magnético constante en el tiempo que no produce ninguna interacción. Pero se puede producir un interacción con un campo magnético variable. Las leyes de la inducción electromagnética nos permiten explicar nuestro experimento.

Al girar el imán se genera un campo magnético variable que produce una variación del flujo magnético que atraviesa la superficie del vaso de aluminio (un conductor metálico). Dicha variación del flujo magnético produce una fuerza electromotriz (un voltaje) en el conductor y se genera una corriente eléctrica inducida (Ley de Faraday). La corriente inducida en el conductor genera un campo magnético inducido que se opone a la variación del flujo magnético (Ley de Lenz).  

Al mover el imán el vaso de aluminio tiende a girar para oponerse a la variación del flujo magnético.

302 ¿Por qué el humo sube por una chimenea?

Para realizar nuestro experimento necesitamos un secador del pelo, un tubo de plástico transparente y una pelota de diámetro algo inferior al diámetro del tubo.

Colocamos el tubo en posición vertical dejando una pequeña separación entre la base del tubo y la mesa. Luego dejamos caer en el interior del tubo una pelota que tenga poco peso (por ejemplo de corcho). 

Si encendemos el secador del pelo y apuntamos sobre la salida del tubo la pelota asciende por el interior del tubo y sale disparada.

Explicación

El principio de Bernouilli que se aplica a los fluidos en movimiento establece que si aumenta la velocidad de un fluido disminuye la presión.

En nuestro caso el secador del pelo produce una corriente de aire que reduce la presión sobre la salida del tubo de plástico. La diferencia de presión entre la salida del tubo y la base impulsa el aire contenido en el tubo y la pelota asciende por el interior del tubo.

El aire caliente es menos denso y asciende por una chimenea pero el Principio de Bernouilli también juega un papel importante en el funcionamiento de una chimenea. El viento que sopla sobre la boca de una chimenea crea una diferencia de presión que extrae el aire de la chimenea y facilita la salida del humo y de los gases de la combustión. 

301 Hacer caer una moneda en una botella.

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella, una moneda, un palito de madera (o una cerilla) y agua.

Doblamos un palito de madera por la mitad sin romperlo. Luego colocamos el palito sobre el cuello de uno botella y ponemos, con mucho cuidado, una moneda pequeña sobre el palito doblado. Por último dejamos caer unas gotas de agua sobre el ángulo que forman los dos trozos del palito. En unos segundos se separan los dos trozos y la moneda cae en la botella.

Explicación

La madera tiene un comportamiento higroscópico y puede absorber agua por inmersión o de la humedad del ambiente. Si la madera absorbe agua se hincha y si la expulsa se contrae.

Al doblar  nuestro palito por la mitad sin romperlo los dos trozos quedan unidos por unas cuantas fibras de madera. Si dejamos caer unas gotas de agua sobre la unión de los dos trozos la madera absorbe agua, se hincha y el palito tiende a enderezarse.  

299 Inflar un globo con vinagre y tiza

Para realizar nuestro experimento necesitamos vinagre, unos trozos de tiza, una botella y un globo.

En primer lugar metemos en el globo unos trozos de tiza. Luego ponemos un poco de vinagre en la botella. Por último, colocamos el globo en la boca de la botella, dejamos caer los trozos de tiza y vemos que se libera un gas en el interior de la botella que poco a poco llena el globo.

Explicación

El vinagre contiene ácido acético que reacciona con el carbonato de calcio de las tizas liberando dióxido de carbono gaseoso. Poco a poco aumenta la presión en el interior de la botella y en cuestión de segundos el globo se infla.

Por otra parte, al reaccionar un sólido con un líquido la velocidad de la reacción química depende del grado de división del sólido ya que la reacción tiene lugar en la superficie de contacto entre el sólido y el líquido. Al triturar o reducir a polvo la tiza aumenta la superficie de contacto y la velocidad de la reacción química. Por lo tanto, podemos llenar el globo en menos tiempo reduciendo a polvo los trozos de tiza. 

293 Secar un móvil mojado con arroz

Para secar un teléfono móvil mojado accidentalmente se recomienda, entre otras cosas, enterrar el teléfono en arroz para eliminar la humedad del interior del aparato. Veamos un experimento muy sencillo que puede arrojar algo de luz sobre el tema.

Para realizar nuestro experimento necesitamos arroz, dos frascos de cristal con tapadera, dos tapones de plástico, agua y un cuentagotas.

Procedimiento

Ponemos diez gotas de agua en cada tapón de plástico

Llenamos de  arroz limpio y seco uno de los frascos y luego metemos uno de los tapones de plástico con agua.

Metemos el otro tapón de plástico con agua en el segundo frasco.

Tapamos los dos frascos

Pasadas unas 48 horas sacamos los dos tapones y vemos que el agua desapareció del tapón que se guardo en el frasco con arroz. En el otro tapón no se aprecia a simple vista una variación significativa de la cantidad de agua. La temperatura ambiente influye en el tiempo que tenemos que esperar para que desaparezca el agua del tapón guardado en el frasco con arroz.

Explicación

Los granos de arroz son materiales higroscópicos: tienden a recibir o a entregar humedad al ambiente que los rodea hasta que logran un equilibrio. Al lograr el equilibrio el material capta humedad del ambiente a la misma velocidad que la libera. Las sustancias higroscópicas atraen agua en forma de vapor del ambiente que las rodea y se suelen utilizar como desecantes.

El agua del tapón se evapora poco a poco y el arroz absorbe la humedad del aire atrapado en el interior del frasco. No es necesario que el arroz esté en contacto con el agua.

Se puede utilizar arroz para eliminar la humedad de un teléfono móvil mojado pero eso no garantiza que luego el teléfono funcione correctamente. El tiempo que pase el teléfono en contacto con el agua y lo que tardemos en intentar arreglarlo será clave a la hora de obtener un buen resultado.

292 Movimiento de una cadena de bolas

Para realizar nuestro experimento necesitamos una cadena de bolas.

Colocamos la cadena de bolas sobre una mesa de manera que uno de los extremos quede colgando libremente. En principio la cadena permanece en reposo sobre la mesa  pero si damos un pequeño tirón del extremo libre toda la cadena cae con velocidad constante.

Podemos repetir el experimento metiendo la cadena de bolas en un recipiente no muy alto (por ejemplo un vaso) y dejando que uno de los extremos de la cadena cuelgue del borde del recipiente. Al dar un pequeño tirón del extremo que cuelga libremente toda la cadena se precipitará fuera del vaso.

Explicación

En los dos casos se necesita un impulso inicial para poner en movimiento la cadena pero luego la inercia y el peso de las bolas que caen mantienen el movimiento. Si la altura que recorre la cadena en la caída es muy pequeña el movimiento puede interrumpirse sin que se complete la caída de todas las bolas. Otro factor que puede afectar al movimiento de la cadena es el rozamiento de las bolas con la superficie y con otras bolas de la cadena.

289 Una lata que se calienta y da saltitos

Para realizar nuestro experimento necesitamos una lata de coca cola vacía, un plato, agua y un mechero.

Ponemos la lata de coca cola boca abajo sobre un plato que tiene una pequeña capa de agua.

Si calentamos la lata con un mechero vemos que se mueve y da pequeños saltitos sobre el plato

Explicación

Al aproximar la llama del mechero a la lata calentamos el aire que está atrapado en el interior de la lata. Con la  subida de la temperatura aumenta la presión en el interior de la lata y el aire sale por debajo de la lata. Como la lata de refresco es muy ligera en pocos segundos se mueve y da pequeños saltitos sobre el plato.

Gracias a la pequeña capa de  agua que está en el plato podemos ver las burbujas de aire caliente que salen por debajo de la lata. Y se puede añadir un poco de detergente al agua del plato para que se formen pompas de jabón al salir el aire 

270 Cristales de sal sobre un alambre de cobre

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, sal, un vaso, un palito de madera y un trozo de alambre de cobre.

En primer lugar preparamos una disolución salina saturada. Una forma de preparar la disolución saturada es calentar agua en contacto con un exceso de sal que se disuelve. Luego se deja enfriar la disolución a temperatura ambiente y se retira el exceso de sal que queda en el fondo del recipiente

Colocamos el hilo de cobre en el interior del vaso con la disolución salina saturada. Podemos utilizar un palito de madera a modo de soporte vertical para que el alambre quede colgando sin tocar las paredes del vaso.

Después de unas semanas vemos que sobre el alambre se forman unos pequeños cristales de sal.

Explicación

El agua de la mezcla saturada se evapora lentamente en la superficie del líquido.  

Al evaporarse el agua la disolución saturada no puede conservar disuelta tanta sal que termina cristalizando en las paredes del vaso y en la superficie del alambre.

El proceso es lento y dependiendo de algunos factores (temperatura ambiente, forma del recipiente, concentración de sal, etc.) el experimento tarda semanas en completarse.

269 Eliminar el óxido con bebidas gaseosas

Para realizar nuestro experimento necesitamos tres vasos, tres tuercas oxidadas, coca cola y gaseosa.

En primer lugar echamos coca cola en el vaso nº 1 y esperamos unas 24 horas a que pierda el gas. Luego echamos la misma cantidad de coca cola en el vaso nº 2 y, por último, agua con gas en el vaso nº 3. Luego dejamos caer una tuerca oxidada en cada vaso, tapamos los vasos 2 y 3  y esperamos unas 12 horas. Transcurrido ese tiempo sacamos las tuercas

Resultados
En los tres casos se eliminó parte del óxido pero los resultados fueron mejores al utilizar coca cola con gas.

Explicación 
Se puede eliminar el óxido de las tuercas con una disolución ácida (por ejemplo con vinagre). Dependiendo de la cantidad y de la concentración del ácido tardaremos más o menos tiempo en eliminar el óxido de la superficie del metal.

Las bebidas gaseosas contienen, entre otras sustancias,  dióxido de carbono que se combina con el agua para producir ácido carbónico, un ácido débil. El dióxido de carbono se disuelve en agua a presión para aumentar la solubilidad. Cuando se reduce la presión al abrir la botella el gas sale formando las típicas burbujas

Si dejamos escapar el gas de la coca cola disminuye la acidez. Eso se puede apreciar si comparamos el óxido eliminado con coca cola con gas y con coca cola sin gas.

Por otra parte, la coca cola (que contiene ácido fosfórico) tiene una acidez superior a la acidez de la gaseosa. Esto se puede apreciar si comparamos el óxido eliminado con coca cola y con gaseosa.