247 Centro de gravedad de una figura plana

Para realizar nuestro experimento necesitamos una figura plana de cartón, una regla, un lápiz, una aguja y una caja.

Se toma la figura y se sitúa encima de la caja. Se va empujando poco a poco, aumentando así paulatinamente la superficie volada, hasta que llega el momento en que se inicie el vuelco de la figura. En esa posición se dibuja una recta sobre la figura a lo largo del borde de la caja sobre la que bascula. Luego se cambia la posición de la figura sobre la caja y se repite el proceso. La nueva recta trazada sobre la figura corta a la anterior en un punto que es el centro de gravedad que se busca.

Si dejamos la figura sobre la punta de una aguja lo normal es que se caiga. Pero si dejamos la figura justamente sobre el centro de gravedad la figura permanecerá en equilibrio sin caer. Incluso puede girar sobre la punta de la aguja sin caer.

246 Caída de presión en una tubería recta

Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico, una cañita de refresco, pegamento y agua.

En primer lugar hacemos un agujero en una botella de plástico cerca de la base. Luego tapamos el agujero con un dedo y llenamos la botella con agua. Al quitar el dedo el agua sale perpendicularmente a la superficie de la botella con una velocidad que disminuye al bajar el nivel del agua en el interior de la botella.

El principio fundamental de la hidrostática establece que la presión ejercida por el agua en el interior de la botella depende de la profundidad. Al disminuir la altura del agua en el interior de la botella disminuye la presión sobre el agujero y la velocidad de salida del agua.

Para la segunda parte del experimento hacemos dos agujeros a la misma altura de la botella y colocamos dos trozos de cañita de refresco (uno muy corto y otro largo). Con pegamento sellamos la unión de las cañitas con los agujeros para que no salga agua.

Si llenamos la botella vemos que el agua sale por el extremo de las dos cañitas con una velocidad proporcional a la altura del agua en el interior de la botella. Y si comparamos los dos chorros de agua vemos que la velocidad de salida es menor en la cañita larga por la caída de presión en el interior de la cañita. Dicha caída de presión se produce por el rozamiento del líquido con las paredes de la cañita.

245 Péndulo interrumpido

Para realizar nuestro experimento necesitamos un péndulo simple.

Si separamos nuestro péndulo de su posición de equilibrio y lo dejamos oscilar vemos que la amplitud de la semioscilación al otro lado es aproximadamente igual al desplazamiento inicial y que la bola casi recupera la misma altura inicial.

Si introducimos una clavo en el camino que recorre el hilo vemos que el péndulo queda interrumpido y que la amplitud de la semioscilación es mucho menor pero la bolita recupera la altura inicial.

Explicación 
Al separar la bolita de su posición de equilibrio y dejarla en libertad, vemos que se mueve hacia su posición de equilibrio, transformando la energía potencial inicial en energía cinética (pierde altura y gana velocidad). Al llegar a la posición de equilibrio, el punto más bajo, toda su energía potencial se transformó en energía cinética. Luego la bolita se desplaza hacia la derecha de la posición de equilibrio, perdiendo energía cinética y ganando energía potencial (pierde velocidad y gana altura).

Por conservación de la energía mecánica, la energía potencial final a la derecha de la posición de equilibrio es igual a la energía potencial inicial, y la bolita llega casi hasta la misma altura de partida. Colocar un clavo modifica la trayectoria de la bolita pero no afecta a la conservación de la energía del péndulo y la bolita recupera la altura inicial.

244 Cómo hacer queso casero

Para realizar nuestro experimento dejamos caer un poco de vinagre en un vaso con leche caliente. Luego removemos con una cuchara y dejamos en reposo. Transcurridas un par de horas vemos que unos grumos blancos precipitan en el fondo del vaso. Con ayuda de otro vaso y un paño podemos filtrar la mezcla y separar los grumos del líquido. En una semana la masa blanca se seca completamente y se endurece. 

Explicación 
La caseína es una proteína que se encuentra en la leche. En un medio ácido se produce una reacción química y la caseína de la leche precipita. Añadiendo a la leche un poco de vinagre, que contiene ácido acético, podemos lograr la precipitación de la caseína.

Los fabricantes de queso utilizan cuajo animal, cuajo vegetal, bacterias, fermentos y mohos para separar la caseína de la leche del suero líquido. Las proteínas se aglutinan formando una masa cuajada que es la base de la fabricación del queso.

243 Bolitas que se atraen y bolitas que se repelen

Para realizar nuestro experimento necesitamos un recipiente con agua, un par de bolas de corcho y una bola de cera.

Dos bolas de corcho se atraen sobre la superficie del agua si se colocan a una distancia de uno o dos centímetros. Si las bolas se aproximan al borde del recipiente son atraídas por las paredes.

Si repetimos ahora el experimento con una bola de corcho y una bola de cera podemos ver que se repelen. Y la bola de cera es repelida por las paredes del recipiente.

Explicación
El agua moja las paredes del recipiente y la bola de corcho. En ambos casos el agua sube por las paredes formando un menisco cóncavo (la superficie del agua se curva hacia arriba). Respecto a la bola de cera, la superficie de la bola no es mojada por el agua y el agua no sube por las paredes (la superficie del agua se curva hacia abajo).

La superficie del agua se comporta como si fuera elástica por acción de la tensión superficial y tiende a contraerse. Si las dos bolas de corcho son mojadas por el líquido la mínima superficie se logra cuando las bolas están juntas o pegadas a las paredes del recipiente. En cambio, la mínima superficie se logra cuando las bolas están separadas cuando una de las bolas es mojada por el líquido y la otra no.

242 ¿El aceite flota o se hunde?

Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, aceite, alcohol, colorante y un par de frascos de cristal con tapadera.

En primer lugar añadimos agua con colorante, aceite y alcohol a los dos frascos. El aceite flota sobre el agua y el alcohol se añade sobre el aceite poco a poco para que no se mezcle con el agua.

En el primer tarro ponemos más agua que alcohol y en el segundo frasco más alcohol que agua.
Por último, ponemos la tapadera a los frascos y agitamos un poco. Al finalizar, vemos que los tres líquidos se convierten en dos: aceite y una mezcla de agua y alcohol. En el primer recipiente, el que contiene más agua, la mezcla de alcohol y agua permanece debajo del aceite. En el segundo recipiente, el que contiene más alcohol que agua, la mezcla flota sobre el aceite.

Explicación 
El agua y el alcohol son líquidos moleculares polares y el aceite es un líquido apolar. Una molécula polar tiene una pequeña carga eléctrica positiva en un extremo de la molécula y una cantidad igual de carga negativa en el otro extremo. En la molécula apolar no existe dicha separación de cargas.
Como regla general “lo semejante disuelve a lo semejante”. Es decir, los líquidos polares se mezclan con otros líquidos polares pero no se mezclan con líquidos apolares. Por este motivo el aceite (líquido apolar) no se mezcla ni con el alcohol ni con el agua (líquidos polares).

De los tres líquidos el agua tiene la mayor densidad y por este motivo permanece en el fondo del recipiente. El alcohol tiene la menor densidad y flota en la superficie. El aceite tiene una densidad intermedia y queda entre el agua y el alcohol.

En nuestro experimento, la capa de aceite impide el contacto entre el agua y el alcohol. Al agitar el frasco con los tres líquidos, el agua y el alcohol se unen formando una mezcla. Si la mezcla resultante tiene más agua es más densa y permanece en el fondo del resultante pero si tiene más alcohol es menos densa y flota sobre el aceite.