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.

  

362 El misterio del agua que no cae

Para realizar nuestro experimento necesitamos dos vasos idénticos, unas monedas, una carta de una baraja o una tarjeta y agua.

En primer lugar se llenan los dos vasos de agua. Luego se coloca la carta sobre uno de los dos vasos y con cuidado se pone el vaso boca a bajo procurando que no caiga el agua. Ahora se deja el vaso que está boca a bajo sobre el otro vaso y, por último, se retira la carta de manera que los dos vasos coincidan y no se derrame agua.

En la segunda parte del experimento levantamos con mucho cuidado el vaso superior y colocamos algunas monedas entre los dos vasos procurando que no se derrame mucha agua. Dependiendo del grosor de las monedas se pueden colocar dos o tres entre los dos vasos sin que caiga el agua del vaso superior.

Explicación
Para que el agua salga por la separación entre los dos vasos tiene que entrar aire. La presión atmosférica exterior y la tensión superficial del agua impiden que salga el líquido. Si la separación entre los vaso aumenta la tensión superficial del agua no podrá impedir la entrada del aire y se derramará todo el agua del vaso superior.

La superficie del agua actúa como una membrana elástica por la acción de la tensión superficial. La tensión superficial es la resultante de las fuerzas que actúan sobre las moléculas de agua en la superficie del líquido.  

355 Botella con dos agujeros

Primera parte

Para realizar nuestro experimento hacemos dos agujeros pequeños a distinta altura en una botella de plástico. Luego llenamos la botella de agua coloreada. Se observa que el agua sale por los dos agujeros, perpendicularmente a la superficie de la botella y con mayor velocidad por el agujero que está más cerca de la base de la botella. La velocidad de salida del agua disminuye a medida que baja el nivel del agua en la botella.

Segunda parte

Ahora llenamos la botella de agua y colocamos el tapón. Podemos ver que entra aire por el agujero superior y sale agua por el agujero inferior. El agua sale con velocidad constante mientras el nivel del agua en el interior de la botella esté por encima del agujero superior. Luego, al sobrepasar el nivel del agua el agujero superior, la velocidad de salida del chorro de agua disminuye al bajar el nivel del agua en la botella.

Explicación

El principio fundamental de la hidrostática establece que la presión ejercida por el agua depende de la profundidad. A mayor profundidad, mayor presión.

En la primera parte del experimento el agua sale con mayor velocidad por el agujero que está más cerca de la base a mayor profundidad. La presión sobre el agujero y la velocidad de salida del agua disminuye a medida que baja el nivel del agua en el interior de la botella.

En la segunda parte del experimento el aire que entra por el agujero superior ejerce presión que compensa la caída de presión del agua al perder altura, Se mantiene constante la presión sobre el agujero inferior y el agua sale con velocidad constante. Luego, cuando el nivel del agua en la botella está por debajo del agujero superior, el aire entra libremente por el agujero superior y la velocidad de salida del agua disminuye a medida que baja el agua en el interior de la botella.

332 Forma correcta de usar un tetrabrik

En primer lugar vertemos el contenido del tetrabrik con el orifico de salida hacia abajo. En este caso vemos que el líquido sale a borbotones y es normal que parte del líquido termine fuera del vaso.

Si colocamos el tetrabrik con el orificio de salida hacia arriba vemos que el líquido sale formando un chorro continuo.

En el primer caso, con el orifico de salida hacia abajo, al salir el líquido del tetrabrik aumenta el espacio disponible para el aire atrapado en su interior y esto hace que disminuya la presión ejercida por el aire en el interior de tetrabrik. Para mantener la presión interna el recipiente se aplasta un poco para disminuir el volumen y entra aire por el agujero de salida del líquido. Con la entrada de aire el líquido sale a borbotones.

Al colocar el orificio de salida hacia arriba el líquido sale por una parte del agujero, el aire entra por la otra parte y se mantiene constante la presión en el interior del tetrabrik. En este caso el líquido sale formando un chorro continuo.

Con un frasco transparente que tenga un agujero en la tapadera se puede ver mejor la entrada de aire y salida del líquido en cada caso.

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.

313 El agua se resiste a caer

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella, una bolsa de plástico, agua, una tapadera de un frasco y una goma elástica

Llenamos media botella de agua y sustituimos el tapón por un trozo de plástico que sujetamos fuertemente a la botella con una goma elástica. Luego hacemos cuatro o cinco agujeros pequeños en el plástico, tapamos la salida de la botella con la tapadera y, sujetando bien con las dos manos, le damos la vuelta a la botella con la tapadera procurando que no salga agua. Por último retiramos la tapadera y vemos que el agua no cae de la botella.

Repetimos el experimento añadiendo nuevos agujeros o agrandando un poco los agujeros que tenemos. Vemos que sorprendentemente el agua tarda mucho en caer.

Explicación

En el agua en estado líquido existen fuerzas intermolecularas 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.

Si por ejemplo se deja agua en un vaso existen, además de las fuerzas intermoleculares citadas, otras fuerzas atractivas entre las moléculas de agua y las paredes del recipiente. Si te fijas el agua sube un poco por las paredes del vaso.

En nuestro experimento estas fuerzas citadas permiten que el agua no caiga al colocar la botella boca a bajo. Dependiendo de la cantidad de agua de la botella y de la cantidad y tamaño de los agujeros el agua se mantendrá sin caer. Pero si te fijas bien en la botella boca a bajo, verás que algunas gotas de agua salen de la botella por los agujeros y se resisten a caer. Las fuerzas atractivas citadas son las que impiden que le agua caiga.

Por otra parte al salir algo de agua disminuye la presión del aire atrapado en la botella y la presión atmosférica superior ayuda a mantener la columna de agua sobre los agujeros. Si aprietas ligeramente la botella de plástico aumenta la presión interna y cae algo de agua.

255 Remolino de agua en una botella

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico y agua.

En primer lugar, perforamos un agujero de 1 cm en el tapón de la botella.
Luego llenamos la botella de agua hasta aproximadamente tres cuartas partes.
Y por último cerramos la botella con el tapón

Al colocar la botella boca a bajo vemos que el agua no sale por el agujero. Pero si le damos un movimiento circular a la botella se genera un remolino y el agua cae.  

Explicación

Al colocar la botella boca a bajo la presión atmosférica impide que caiga el agua.

Con el movimiento circular que le damos a la botella se genera un remolino y el aire exterior pude entrar en la botella por el agujero al mismo tiempo que sale el agua. 

194 Jugando con una copa y una carta

Para realizar nuestro experimento necesitamos una copa, agua, una carta, un trozo de hilo, aguja y cera o pegamento.

Primera parte 
Llenamos la copa con agua hasta el borde, cubrimos la copa con una carta y, sujetando la carta con la mano, colocamos la copa boca abajo. Si soltamos la carta no caerá ni se derramará el agua.

Segunda parte 
Con ayuda de la aguja atravesamos la carta con un trozo de hilo, anudando uno de los lados del hilo y pegando el nudo a la carta con cera o pegamento. Luego llenamos la copa con agua hasta el borde, cubrimos la copa con la carta y, sujetando la carta con la mano, colocamos la copa boca abajo. Por último, ponemos la copa boca arriba y la dejamos sobre la mesa.
Tirando del hilo suavemente podemos desplazar la carta y la copa sobre la superficie. Incluso podemos levantar la copa de la mesa.

Explicación clásica
Al colocar la copa boca abajo actúan sobre la carta dos fuerzas (despreciando el propio peso de la carta): 1 El peso del agua atrapado en la copa empuja la carta hacia abajo. 2 La fuerza correspondiente a la presión atmosférica que actúa sobre la superficie de la carta empuja la carta hacia arriba. La fuerza correspondiente a la presión atmosférica es superior y la carta queda pegada al borde de la copa.

Explicación alternativa
Al colocar la carta sobre la copa llena de agua dejamos una pequeña capa de aire atrapada bajo la carta. Al colocar la copa boca abajo el peso del agua deforma un poco la carta, aumentado el volumen libre  disponible para el aire atrapado en la copa. Al aumentar el volumen disminuye la presión del aire en el interior de la copa. Ahora las fuerzas que actúan sobre la carta son: 1 El peso del agua atrapado en la copa que empuja hacia abajo. 2 La fuerza correspondiente a la presión del aire atrapado en el interior de la copa que empuja hacia abajo. 3 Y la fuerza correspondiente a la presión atmosférica exterior que empuja hacia arriba. La diferencia entre las fuerzas es muy pequeña y con una pequeña fuerza hacia abajo podemos separar la carta de la copa.

Respecto a la segunda parte del experimento, la carta permanece pegada al borde de la copa por la tensión superficial de la capa de agua que está atrapada entre el borde de la copa y la carta. Si el borde de la copa está seco la carta no se pega a la copa.

Encontré la explicación alternativa en "La Ciencia a tu alcance II"

155 Implosión

Para realizar nuestro experimento necesitamos una lata de refresco vacía, agua, unas pinzas de madera, fuego y un recipiente con agua.

En primer lugar llena el recipiente con agua fría. Luego pon un poco de agua en la lata de refresco. Coge la lata con las pinzas de madera y calienta el agua hasta que hierva. Dejamos que el agua de la lata hierva un minuto y luego la retiramos del fuego. Inmediatamente giramos la lata y la metemos boca abajo en el recipiente con agua. En cuestión de segundos vemos que una fuerza misteriosa aplasta la lata.

Explicación
El agua que hierve llena de vapor la lata de refresco.
Cuando metemos la lata boca abajo en el recipiente con agua fría se produce un descenso brusco de temperatura y el vapor se condensa disminuyendo la presión interna. La presión atmosférica que actúa en el exterior es superior a la presión interna y aplasta la lata.

83 Un globo que se mete en una botella

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de vidrio, un globo y agua del grifo.

Primero llenamos la botella con un poco de agua caliente. Agitamos bien y esperamos unos segundos.
Luego colocamos el globo en la boca de la botella, abrimos el grifo del agua fría y ponemos la botella debajo.

En unos segundos el globo se mete en la botella.

Explicación
Cuando colocamos el globo en la boca de la botella dejamos atrapado en el interior de la botella aire caliente. Al colocar la botella debajo del agua enfriamos la botella y el aire que contiene.
Si se enfría el aire atrapado en al botella disminuye la presión interna y el globo, impulsado por la presión exterior mayor, se introduce en la botella.

75 ¿Una mano invisible?

Para realizar nuestro experimento necesitamos una regla de plástico y una hoja de papel de periódico.

En primer lugar coloca la regla sobre una mesa de manera que sobresalga un poco. Si dejamos caer un objeto pesado sobre el extremo que sobresale vemos que la regla cae de la mesa.

Repetimos ahora el experimento colocando una hoja de papel de periódico extendida sobre la parte de la regla que está en la mesa. Si dejamos caer ahora el mismo objeto sobre la parte que sobresale vemos que la regla no llega a caer al suelo.

¿Qué detiene la regla?¿Una mano invisible o el peso de una hoja de papel de periódico?

La respuesta correcta es la presión y la fuerza ejercida por la atmósfera (un océano invisible que rodea la Tierra) sobre la hoja de papel de periódico.

60 La moneda saltarina

Para realizar nuestro experimento, primero colocamos una botella vacía y destapada en el congelador.
Pasados treinta minutos, sacamos la botella del congelador y la dejamos sobre una mesa.
Inmediatamente ponemos en la boca de la botella una moneda que previamente habremos mojado.

Vemos que la moneda da unos pequeños saltitos.

Explicación:

La botella en el congelador se llena de aire muy frío.
Al sacar la botella, el aire exterior, a mayor temperatura, calienta la botella y el aire que está atrapado en su interior.
Al calentarse el aire en el interior de la botella aumenta la presión interna y el aire escapa por la boca de la botella, levantando la moneda que da pequeños saltitos.

52 Apretar una botella de plástico

Llenamos media botella con agua y la colocamos boca abajo en un vaso con agua.

Al colocar la botella invertida una parte del agua sale y otra permanece en el interior de la botella. El nivel del agua en el interior de la botella es tal que la presión interna (ejercida por el agua y el aire atrapados en la botella) es igual a la presión externa (la presión atmosférica)

Si apretamos la botella de plástico por debajo del nivel del agua no se altera el equilibrio de presiones y el nivel interno de agua se mantiene. La botella se deforma por lo que sale agua y aumenta el nivel en el vaso.

Si apretamos por encima del nivel de agua, disminuye el volumen de la botella en la parte superior. Al disminuir el volumen en la parte superior aumenta la presión del aire atrapado en la botella, se rompe el equilibrio y para restablecerlo disminuye el nivel del agua en el interior de la botella.

46 Botella con un agujero

Hacemos un pequeño agujero en la botella de plástico, aproximadamente a la mitad de su altura, lo tapamos provisionalmente (por ejemplo con el dedo) y llenamos la botella completamente de agua, tapándola seguidamente.

Al quitar el dedo del agujero se observa que no sale agua. Pero, al quitar el tapón de la botella, observamos que sale un chorro de agua por el orificio.

Al mantener la botella con el tapón puesto, la presión interna sobre el agujero (la presión ejercida por el aire contenido en la botella más la presión ejercida por la columna de agua que hay por encima del agujero) es igual a la presión externa (la presión atmosférica) Por esto no sale agua por el agujero.

Si quitamos el tapón, permitiendo que el aire (y la presión atmosférica) entre por la parte superior de la botella, se rompe el equilibrio anterior. La presión interna sobre el agujero (la presión atmosférica en el interior de la botella más la presión ejercida por la columna de agua sobre el agujero) es superior a la presión externa (la presión atmosférica). Esta diferencia de presión impulsa el agua fuera de la botella.