389 El diablillo de Descartes

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, un tubito pequeño de cristal (por ejemplo un frasco de muestra de perfume) y una probeta o un vaso de tubo.

En primer lugar llenamos de agua la probeta y luego echamos algo de agua en el tubito de cristal. Colocamos el tubito boca a bajo en la probeta procurando que quede flotando casi enteramente hundido. Si luego aplicamos la palma de la mano a la boca de la probeta y ejercemos presión el tubito se hundirá y al retirar la mano el tubito regresará a la superficie.

Explicación

Al colocar la palma de la mano sobre la boca de la probeta incrementamos la presión que, por el Principio de Pascal, se transmite por el agua a todos los puntos del fluido. El agua es incompresible pero el aire atrapado en el tubito si se puede comprimir. Por lo tanto, con el incremento de presión disminuye el volumen del aire atrapado en el tubito, entra más agua y aumenta el peso. Finalmente el tubito se hunde.

Si retiramos la palma de la mano disminuye la presión y el aire atrapado en el interior del tubito recupera su volumen original desalojando algo de agua del tubito. Ahora disminuye el peso y el tubito regresa a la superficie.

384 Equilibrio sobre el agua

No es posible dejar sobre el agua y en equilibrio un tapón de corcho en posición vertical. Si se suelta el tapón se cae seguro y termina flotando en el agua en posición horizontal.

Se puede lograr el equilibrio en posición vertical con tres tapones de corcho si previamente se mojan. La tensión superficial del agua es el pegamento que mantiene a los tapones de corcho unidos en posición vertical.

La tensión superficial tiene su origen en las fuerzas intermoleculares y produce que la superficie del agua se comporte como si fuera una delgada membrana elástica que se puede estirar sin romperse.

No se puede mantener el equilibrio de los tres tapones si se sustituye el agua por una mezcla jabonosa que tiene menor tensión superficial.  

  

91 Flotabilidad y equilibrio de los barcos

Para realizar nuestro experimento necesitamos un bote de cristal pequeñito, tuercas, bolitas de corcho blanco y un recipiente con agua.

En primer lugar colocamos las tuercas en el fondo del bote de cristal (nuestro humilde barco) y ponemos encima las bolitas de corcho. Colocamos la tapa y metemos el bote verticalmente en el recipiente con agua. Al soltarlo podemos ver que el bote flota y mantiene el equilibrio sin volcar.

Repetimos el experimento colocando las bolitas de corcho en el fondo del bote y encima las tuercas. Colocamos la tapa y metemos el bote verticalmente en el recipiente con agua. En este caso el bote también flota pero no logra mantener el equilibrio y vuelca al soltarlo en el agua.

Explicación:
El bote de cristal flota en todos los casos porque su peso (P) es igual a su empuje (E).

Respecto a la estabilidad del barco tenemos que tener en cuenta la situación del peso y del empuje. El peso se aplica en el centro de gravedad y el empuje en el centro de empuje (que coincide con el centro de gravedad del fluido desalojado).

Al colocar las tuercas en el fondo del bote el centro de gravedad está muy bajo y al inclinarse el barco se genera un par de fuerzas y un giro en contra de las agujas del reloj que hace que el barco recupere la vertical.


Por el contrario, al colocar las bolitas de corcho en el fondo y las tuercas encima, el centro de gravedad se encuentra muy alto y, al inclinar el barco, se genera un par de fuerza y un giro a favor de las agujas del reloj que hace que el barco no recupere la vertical y vuelque.

Cuánto más bajo esté situado el centro de gravedad de un barco más estable será el equilibrio.