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.

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.

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.

  

377 El aire ocupa espacio

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, un embudo, un vaso con agua, un tubito de goma y pegamento (o plastilina).

Primera parte

En primer lugar colocamos el embudo en la boca de la botella y sellamos la unión del embudo y la botella con pegamento o plastilina. Es importante que la unión quede bien sellada para impedir que salga el aire de la botella.

Si dejamos caer agua por el embudo vemos que el agua se acumula en el embudo y no cae.

Segunda parte

Ahora colocamos un tubito de goma en la botella de manera que uno de los extremos salga por el embudo. Si ahra dejamos caer agua por el embudo vemos que ya no se acumula en el embudo.

Explicación

En la primera parte del experimento el aire atrapado en el interior de la botella impide que caiga el agua. La poco compresibilidad del aire encerrado en la botella no deja espacio para el agua que cae. La botella no está vacía, está llena de aire que es materia, tiene masa, ejerce presión y ocupa un lugar,

En la segunda parte del experimento el tubito de goma permite que salga el aire atrapado en la botella. El espacio liberado por el aire que sale es ocupado por el agua que cae por el embudo.

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.

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.

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 

229 Al final se viene abajo

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

Procedimiento
1 Metemos la botella de plástico sin tapón en un congelador. Con un par de horas será suficiente.
2 Sacamos la botella del congelador
3 Ponemos un globo en la boca de la botella.
4 Llenamos un recipiente con agua caliente.
5 Metemos la botella con el globo en el recipiente con agua caliente

En cuestión de segundos el globo se infla. Si luego sacamos la botella del recipiente el globo se desinfla en poco tiempo

Explicación 
La presión del aire atrapado en el interior de la botella de plástico es directamente proporcional a la temperatura (ley de Gay-Lussac)

Primero metemos la botella en el congelador para enfriar el aire y bajar la presión. Luego ponemos el globo y metemos la botella en el recipiente con agua caliente para elevar la temperatura y la presión. Dicho aumento de presión infla el globo en pocos segundos. Por último, al sacar la botella del recipiente con agua caliente baja la temperatura y la presión interna y el globo se desinfla en pocos segundos.

226 Una botella que respira

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico de 2 litros, un guante de látex, unas cañitas de refresco, cinta aislante, tijeras y un par de globos.

Procedimiento 
Cortamos la base de la botella y luego hacemos un agujero en el centro del tapón de plástico de la botella. Con un par de cañitas de refresco, dos globos y cinta aislante construimos una parte de nuestro aparato respiratorio (ver figura).

Metemos la cañita con los globos en la botella de plástico y colocamos el tapón. Con un poco de plastilina sellamos la unión del agujero del tapón con la cañita de refresco.
En la parte inferior de la botella colocamos un guante de látex a modo de membrana. Se puede utilizar cinta aislante para sellar la unión del guante y de la botella de plástico.

Tomamos la botella de plástico con una mano y con la otra mano tiramos del guante de látex. Vemos que los globos se llenan de aire. Si luego empujamos el guante y lo metemos en la botella vemos que los globos se desinflan.

Explicación 
En nuestro experimento la botella de plástico representa la caja torácica (el lugar donde están los pulmones), la cañita representa la traquea, los globos representan los pulmones y el guante el diafragma (él principal músculo responsable de la respiración)

La inspiración o inhalación es el proceso por el cual los pulmones se llenan de aire y captan oxígeno.
La espiración o exhalación es el proceso contrario por el cual el aire sale de los pulmones eliminando el dióxido de carbono.

Inspiración: Al tirar del guante (el diafragma se contrae y baja) aumenta el volumen de la botella (la caja torácica), disminuye la presión en el interior de la botella y entra aire por la cañita que infla los globos (los pulmones).
Espiración: Al empujar el guante (el diafragma se relaja) disminuye el volumen de la botella, aumenta la presión interna y los globos se desinflan al salir el aire por la cañita.

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"

183 Un chorro de agua sorprendente

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

Primera parte
Hacemos un agujero cerca de la base de una botella de plástico, lo tapamos con un dedo y llenamos la botella completamente de agua. Al retirar el dedo el agua sale por el agujero con una velocidad que disminuye a medida que baja el nivel del agua en el interior de la botella.

Segunda parte
Hacemos un agujero en el tapón de la botella y metemos una cañita en dicho agujero de manera que casi toda la cañita quede en el interior de la botella cuando coloquemos el tapón. Luego tapamos el agujero de la botella de plástico con un dedo y llenamos la botella completamente con agua. Colocamos el tapón con la cañita y retiramos el dedo.

Vemos que el agua sale por el agujero con velocidad constante que no varía al disminuir el nivel del agua en el interior de la botella.

Explicación
La presión en el interior de un líquido depende de la naturaleza del líquido y de la profundidad.

En la primera parte del experimento, al retirar el dedo sale un chorro de agua impulsado por la presión que ejerce el agua sobre dicho agujero. Esta presión (y la velocidad del chorro) disminuye a medida que baja el nivel del agua en el interior de la botella.
En la segunda parte del experimento, a medida que sale agua por el agujero entra aire por la cañita y se mantiene constante la presión sobre el agujero. El aire que entra por la cañita ejerce presión que compensa la pérdida de presión del agua al perder altura y el chorro sale con velocidad constante.

153 Arreglar una pelota de ping pong

Para realizar nuestro experimento necesitamos una pelota de ping pong y una taza con agua caliente.

Primero presionamos con los dedos la pelota para deformarla un poco (no apretar mucho o se romperá). Luego metemos la pelota abollada en un recipiente con agua caliente y movemos la pelota con una cuchara de madera.

Vemos que en unos segundos la pelota recupera la forma original.

Explicación.
Colocando la pelota abollada en la superficie del agua se calienta el aire atrapado en el interior de la pelota de ping pong. Según la teoría cinética de los gases, el aumento de temperatura del aire atrapado en la pelota produce un aumento de la presión interna. Finalmente, la presión interna hace que la pelota recupere su forma original. No obstante, es complicado obtener una esfera perfecta.

149 Egoísta, acaparador

Para realizar nuestro experimento necesitamos un par de globos y un tubito de plástico rígido.

En nuestro experimento inflamos los dos globos con volúmenes muy desiguales y los ponemos en contacto mediante el tubito de plástico. Para unir los globos al tubito sin que se salga el aire se retuerce la boca del globo y luego se encaja la boca del globo en uno de los extremos del tubo. El tubito de plástico tiene que tener el tamaño adecuado para evitar que escape el aire.

¿Qué sucede al poner en contacto los dos globos?
El aire pasa del globo con menor volumen al globo con mayor volumen


Explicación
Al soplar un globo introducimos aire, aumenta la presión interna y el globo se infla aumentando de tamaño. En la superficie del globo aparece una fuerza (tensión superficial) que se opone al aumento de volumen.

Al inflar el globo se pueden distinguir dos etapas:
1 En primer lugar soplamos en el globo llenándolo de aire sin que se infle. La presión interna aumenta poco a poco pero la tensión superficial impide inflar el globo.
2 Si seguimos soplando conseguiremos inflar el globo. Ahora, superado el esfuerzo inicial, es más fácil inflar el globo. La tensión superficial y la presión interna disminuyen al aumentar el tamaño del globo.

Por lo tanto, al poner en contacto los dos globos con diferentes volúmenes el aire pasa del globo pequeño (con mayor presión interna) al globo grande (con menor presión interna) para igualar las presiones de los dos globos.

122 ¿Cómo atravesar un globo con una aguja sin que explote?

Para realizar nuestro experimento necesitamos una aguja metálica (o un palito de madera), un globo y un poco de aceite.

1 Infla el globo
2 Unta la aguja con aceite.
3 Con un ligero movimiento giratorio, inserta la aguja cerca del nudo del globo.
4 Saca la aguja por el extremo opuesto al nudo.

Con cuidado es posible atravesar el globo con la aguja sin que explote.

Explicación
La membrana elástica del globo no tiene una tensión uniforme. Cerca del nudo y en el extremo opuesto la tensión es menor. Por este motivo se puede insertar la aguja sin que explote el globo.

Al retirar la aguja el globo se desinfla lentamente al salir el aire por los dos agujeros.
El aceite ayuda a deslizar la aguja.

96 Ley de Boyle

Para realizar nuestro experimento necesitamos una jeringa grande y unos globos de colores pequeños.

En primer lugar sacamos totalmente el émbolo de la jeringa, llenamos un globo de aire y lo introducimos en la jeringa. Luego colocamos el émbolo sin introducirlo del todo y tapamos el agujero pequeño de la jeringa con un dedo.
Al empujar el émbolo vemos que disminuye el volumen del globo.


Ahora metemos el globo lleno de aire en la jeringa y colocamos el émbolo introduciéndolo hasta el fondo (sin aplastar el globo). Luego tapamos el orificio pequeño de la jeringa con un dedo y tiramos del émbolo. En este caso vemos que aumenta el volumen del globo.

Explicación:
La ley de Boyle establece que, a temperatura constante, el volumen y la presión de un gas son inversamente proporcionales: P.V = constante
Primer caso
Al empujar el émbolo el aire atrapado en el interior de la jeringa se comprime (disminuye el volumen) y, según la Ley de Boyle, aumenta la presión. Al aumentar la presión externa sobre el globo disminuye su volumen hasta que la presión interna iguale a la presión externa.

Segundo caso
Al tirar del émbolo el aire atrapado en el interior de la jeringa se expande (aumenta el volumen) y, según la Ley de Boyle, disminuye la presión. Al disminuir la presión externa al globo aumenta su volumen hasta que la presión interna iguale a la presión externa.

71 Una pelota que levita (un experimento con suspense)

Para realizar nuestro experimento necesitamos una pelotita ligera (de corcho o de ping-pong) y un secador de pelo.

Si encendemos el secador y dejamos la pelotita en la parte central de la corriente de aire vemos que permanece en reposo sin caer. La pelotita permanece en el centro de la corriente son caer pero girando sobre sí misma.

Dependiendo del peso de la pelotita quedará suspendida más cerca o más lejos del secador.

Podemos comprobar que al inclinar un poco el secador la pelotita no cae y que si acercamos el secador con la bolita a una pared la pelotita ascenderá.

La explicación del experimento parece muy simple. La corriente de aire ascendente que sale del secador genera una presión y una fuerza que compensa el peso de la bolita. Esto permita que la bolita quede flotando en el aire.

Ahora bien, ¿por qué permanece la bolita atrapada en el centro de la corriente de aire sin salirse?

Tengo dos posibles explicaciones:

Primera explicación:

La velocidad del aire que sale del secador es mayor en la parte central y menor en los bordes. Fuera de la corriente el aire está en reposo.
Las regiones donde el aire se mueve con mayor velocidad son de baja presión y las regiones donde el aire tiene menor velocidad son de alta presión (principio de Bernoulli)
Cuando la pelotita se desplaza ligeramente de la parte central de la corriente se genera una diferencia de presión (y una fuerza neta) que empuja a la pelotita de regreso al centro de la corriente. Además, la diferencia de presión hace que gire la pelotita.


Segunda explicación

Cuando la pelotita se desplaza ligeramente, el aire a gran velocidad que circula por la parte central se pega a la superficie de la bolita (efecto Coanda) y se desvía alejándose de la corriente central. Por el principio de acción y reacción (o por conservación del momento lineal) la bolita se mueve en sentido contrario al del aire que desliza por su superficie, regresando a la parte central de la corriente de aire. Al regresar comienza a girar sobre sí misma.

¿Cuál será la explicación correcta?

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.

44 Remolino en una botella

Para realizar nuestro experimento necesitamos dos botellas de plástico de 1´5 litros.


En primer lugar, perforamos un agujero de 1 cm en los tapones de las dos botellas.


Luego llenamos una de las botellas con agua hasta aproximadamente tres cuartas partes y unimos las dos botellas por los tapones.
Para unir las dos botellas se puede emplear cinta aislante. Es muy importante una buena unión entre las botellas (no sean tacaños con la cinta aislante)


Cuando la botella con agua está sobre la botella vacía se observa que el agua no cae fácilmente a la botella inferior, pero si le damos un movimiento circular a la botella superior se genera un remolino y el agua cae fácilmente.

Al colocar la botella en la parte superior, no cae agua por la poca compresibilidad del aire encerrado en la botella inferior que no deja espacio al agua que cae. Cuando se genera el remolino al mover la botella superior, se pone en comunicación el aire que hay en ambas botellas y el agua de la botella superior cae fácilmente en la botella inferior.

23 El agua no moja

Material:
1. Un vaso.
2. Una hoja de papel.
3. Un recipiente grande con agua

Montaje:
1 Llena el recipiente con agua.
2 Coloca la hoja de papel en el fondo del vaso de modo que no se caiga al darle la vuelta al vaso.
3 Sumerge el vaso boca abajo en el agua hasta que toque el fondo del recipiente. Es importante no inclinar el vaso.
4 Saca el vaso y comprueba que la hoja de papel permanece seca.



Explicación:
El aire contenido en el vaso impide que entre el agua y llegue al papel que está en el fondo del vaso.

Por último veamos un vídeo grabado por una alumna:

4 Pulverizador

Material:
1. Un vaso con agua.
2. Un par de cañitas.
3. Cinta adhesiva transparente.
4. Tijeras.

Montaje:
1. Mete la cañita en el vaso con agua y córtala a un centímetro por encima del borde del vaso.
2. Sostén la cañita en el vaso pegada a la pared con la cinta adhesiva.

3. Corta otro trozo de cañita de unos 6 cm y acércalo al extremo superior de la cañita que está metida en el vaso con agua.

4. Sopla muy fuerte por la segunda cañita.

Sale agua por la cañita que está en el vaso en forma de gotitas.

Explicación:
El principio de Bernouilli nos permite explicar el experimento: 
Al soplar sobre la cañita que está en el vaso con agua se crea una corriente de aire que disminuye la presión. 
El aire sobre la superficie del agua fuera de la cañita ejerce una presión mayor y el agua sube por la cañita. Al llegar a la parte superior se divide en gotitas de agua que salen con la corriente de aire hacia adelante.