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.
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.
¿Qué cantidad de agua se
necesita para disolver completamente un terrón de azúcar?
La solubilidad es la máxima
cantidad de una sustancia (soluto) que puede disolverse en un
determinado medio (disolvente) a una temperatura determinada. Si en
una disolución ya no se puede disolver más soluto se dice que está
saturada.
El cloruro de sodio (la sal
de mesa) y la sacarosa (el azúcar común) son dos sustancias
solubles en agua pero el azúcar tiene una solubilidad mucho mayor. A
20 ºC la solubilidad en agua del azúcar es de 203´9 gramos en 100
ml de agua y la solubilidad del cloruro de sodio es de 35´9 gramos
en 100 ml de agua. Por lo tanto, para disolver en agua un terrón de
azúcar de 5 gramos necesitamos unos 2´5 ml de agua.
Para realizar nuestro
experimento necesitamos una moneda y un disco de papel de diámetro
algo inferior al de la moneda.
Si soltamos desde la misma
altura la moneda y el disco de papel la moneda que cae con mayor
velocidad llegará en primer lugar al suelo. En la caída libre de un
cuerpo actúan dos fuerzas: el peso (vertical y hacia abajo) y la
fuerza de rozamiento aerodinámico (vertical y opuesta a la velocidad
del cuerpo). La resistencia del aire es mayor en el disco de papel y se retrasa en la caída.
Es evidente que si colocamos
el disco de papel debajo de la moneda y los soltamos llegarán al
suelo al mismo tiempo. La moneda de metal arrastra al disco de papel
en la caída.
Pero si ahora colocamos la
moneda debajo del disco de papel y los soltamos también llegarán al suelo al
mismo tiempo. En la caída la moneda produce una corriente de aire
descendente que arrastra al disco de papel y lo mantiene pegado a la
moneda.
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.
Con un trozo de hilo, una
bola de corcho o de plástico y un cáncamo podemos construir un
péndulo.
Necesitamos dos péndulos de igual longitud para estudiar
las colisiones.
El primer péndulo (el
proyectil) se eleva una cierta altura, se suelta y golpea al segundo
péndulo (el blanco) que se encuentra en reposo en el punto más
bajo. Si utilizamos bolas de corcho o de ping pong podemos suponer
que se trata de una colisión elástica y que se conserva la energía
cinética y la cantidad de movimiento (el producto de la masa por la
velocidad).
Se pueden estudiar varios
casos dependiendo de las masas de los dos péndulos:
1) Si las masas son iguales el
primer péndulo queda en reposo y el segundo asciende alcanzando la
misma altura que tenía inicialmente el proyectil.
2) Si la masa del proyectil es
mayor que la del blanco las dos masas ascienden del mismo lado.
3) Si la masa del proyectil es
menor que la del blanco el proyectil retrocede después de la
colisión y el blanco asciende.
Al ser una colisión el
resultado de fuerzas internas siempre se conserva la cantidad de
movimiento pero la energía cinética suele disiparse parcialmente.
En una colisión elástica se conserva la energía cinética y en una
colisión inelástica se disipa parte de la energía.
Sustituyendo uno de los
péndulos por una bolsa de arena tenemos un ejemplo de colisión
inelástica. Después de la colisión el proyectil queda en reposo y la bolsa de arena apenas se mueve. Al colisionar el péndulo con la bolsa los granos de arena se mueven, chocan unos
contra otros y disipan la energía por fricción. La energía
cinética se transforma en calor por fricción.
