EXPERIMENTOS
E IDEAS DE HECHT
Puede pesarse la propia mano, al menos de forma aproximada, con el siguiente procedimiento. Supóngase que la densidad media del cuerpo humano es próxima a la del agua dulce, y como se flota con la mayor parte del cuerpo sumergido, ésta es una aproximación suficientemente buena. Póngase un recipiente parcialmente lleno de agua en una báscula. Lo único que debe hacerse ahora es medir el cambio de peso al sumergir la mano.
Póngase una serie de líquidos de diferentes densidades, flotando unos sobre otros, en un recipiente de vidrio alto y estrecho. Es divertido hacerlo con licores si se dispone de ellos (granadina, 1,3 g/cm3; crema de cacao, 1,12 g/cm3; coñac, 0,95 g/cm3; crema de menta, 1,13 g/cm3). Puede usarse también agua, tetracloruro de carbono, 1,8 g/cm3; tricloroetíleno, 1,4 g/cm3; benceno, 0,88 g/cm3; alcohol etílico o metílico, 0,79 g/cm3. Una vez formadas varias capas, pónganse algunos sólidos, como corcho, parafina y madera de balsa (evite el contacto con la piel de esos compuestos orgánicos).
Espolvoréese
pimienta en la superficie de un vaso de agua. Tóquese el centro de la
superficie con un dedo. Inténtese de nuevo después de untar el dedo con jabón.
¿Qué le ocurrirá a la pimienta y por qué?
Rocíese
un poco de agua sobre un papel encerado. Las gotitas quedarán más bien altas,
sufriendo la acción de la gravedad, pero tendiendo a ser esféricas. Pulverícese
ahora con aerosol una ligera cantidad de algún detergente casero sobre las
gotitas de agua. ¿Qué ocurrirá y por qué?
El
aceite de oliva tiene densidad de unos 0,9 g/cm3. Puede mezclarse una
solución al 50 por 100, aproximadamente, de alcohol (0,8 g/cm3) y
agua, que tiene una densidad igual al aceite. Introduzca entonces despacio una
gota de aceite (con un cuentagotas) en la solución. Si todo va bien, la gota
formará una delicada esfera que nadará por el líquido sin mezclarse con él.
Es probable que sea necesario repetir varias veces la operación de mezclar el
alcohol y el agua. Podría ser conveniente sacar la esfera de aceite con un
cuentagotas para afinar la densidad del baño.
Considerando
que un poco de detergente disminuye la atracción entre las moléculas de
agua, ¿será más fácil o más difícil hacer «flotar» una hoja de afeitar
en agua con detergente que en agua pura? ¿Cuál puede ser el motivo de que el
agua con detergente sea un limpiador eficiente?
Al
igual que con el jabón, frotando con alcohol o acetona se disminuye la atracción
entre las moléculas de agua, debilitando así la tensión superficial. Pónganse
a flotar dos fósforos o palillos de dientes paralelos entre sí y separados
unos tres centímetros en mitad de un plato de agua. ¿Qué ocurrirá si se añade
cuidadosamente una gota de agua entre los palos? ¿Y si es una gota de
alcohol? Explíquense las respuestas.
Elabórese
una solución con burbujas añadiendo agua en proporción 1 a 1, a cualquier líquido
lavavajillas. Añádase también algo de glicerina si se tiene (disponible en
cualquier droguería), aunque no es imprescindible. Hágase un anillo de
alambre de cuatro o cinco centímetros de diámetro y ate un círculo de hilo
pequeño a través del anillo. Introdúzcase en el jabón y pínchese la película
del interior del lazo de hilo alabeado. ¿Qué ocurrirá con el lazo? Explíquese.
Supóngase
que dos gotas esféricas idénticas se unen formando una sola. ¿Qué pasará
con la superficie total? Imagínese que las gotas fueran globos de caucho. ¿Cuál
sería la diferencia de la energía total almacenada en las superficies tensas
antes y después de la coalescencia? ¿En qué caso sería mayor la
temperatura?
Explíquese
por qué puede colgar una gota de agua de la boca de un grifo.
¿Qué
le ocurre a la tensión superficial de un líquido cuando se calienta? El aceite
forma una película fina sobre el agua debido a la tensión superficial. ¿Qué
le ocurre al aceite que flota sobre una sopa fría cuando se calienta el líquido?
Algunos
lavavajillas están diseñados para reducir la formación de manchas en el agua.
¿Qué tipo de propiedades poseen estos detergentes?
Imagínese
en un elevador con una pecera y dos peces de colores. En la grava del fondo de
la pecera hay un manómetro que indica presiones superiores a la atmosférica.
(a) ¿Qué indicará al sacarlo fuera de la pecera? (b) Supóngase que indica
3448 N/m2 bajo el agua cuando el elevador está parado. aumentará,
disminuirá o se quedará igual cuando el elevador acelera hacia arriba? (c)
¿Cambiará el bajar? ¿Cómo? (d) ¿Cuál será la lectura si la aceleración
del elevador es de 10 m/s Q?
¿Aumenta
la presión en un punto dado bajo el agua de una piscina cuando sobre la
superficie de ésta aterriza un helicóptero con flotadores?
Explíquese
cómo funciona una botella de sifón o un aerosol.
Suponga
que está en una barca de remos que flota en una piscina. A bordo tiene un ancla
de hierro, un plátano y un polluelo. (a) ¿Se modifica el nivel del agua de la
piscina si el polluelo se va volando? (b) ¿Y si come el plátano? (c) ¿Y si
lanza el ancla por la borda?
Supóngase
que tenemos cinco básculas de baño, cada una de las cuales pesa 2,2 kg, y las
ponemos una sobre otra, situando una sandía de 4,5 kg sobre la última de
ellas. ¿Qué indicará cada una?
Dos
paredes de la misma longitud y altura deben servir para contener dos extensiones
de agua de la misma profundidad y anchura. Uno es un lago de 16 km de largo;
el otro es un canal de 3 m de ancho. ¿Cuál de los diques deberá ser más
fuerte y por qué?
Un
recipiente metálico completamente cerrado, salvo un pequeño orificio en su
tapa, está casi lleno de agua y situado sobre una balanza que marca 9 kg. ¿Cambiará
la lectura si usted, manteniéndose al lado del recipiente, introduce un palo en
el líquido, teniendo cuidado de no tocar el recipiente? Suponga que el palo es
tan ligero que apenas tiene peso. altera esto la respuesta? ¿Qué ocurrirá si
atornilla el palo por la tapa hacia abajo hasta sumergir la misma porción que
antes de forma que puede soltarlo. ¿Cambiará la medida de 9 kg?
Ponga
un cubito de hielo en un vaso y llénelo con agua hasta el mismo borde. ¿Rebosará
al fundir el hielo?
¿Por
qué el níquel flota en el mercurio y pero no en la leche
El
recipiente de cuello estrecho de la figura se llena con agua y se sitúa sobre
una plataforma circular. Supóngase que el peso del recipiente es
despreciable. ¿Es igual la presión ejercida sobre la parte interior del fondo
del recipiente a la ejercida sobre la plataforma?
Un
trozo de madera flota en un recipiente de agua sobre una mesa situada en un
elevador. ¿Se altera la altura a la que flota cuando el elevador sufre una
aceleración hacia abajo menor que g?
Un
cubo de madera es presionado contra el fondo plano de un tanque de forma que,
aunque está rodeado por cinco lados, no hay agua por debajo del cubo. ¿Experimenta
este cubo una fuerza de flotación? ¿Qué le aconsejaría a los comandantes
del submarino en relación con las regiones arcillosas del fondo del mar?
¿En
qué punto de la figura (A, B, C o D) debe ser igual la presión?
¿Flotan
los cubos de hielo en alcohol? ¿Y en gasolina?
Pascal
se dispuso a romper un tonel de construcción robusta con un tubo vertical
estrecho y alto, abierto en el extremo superior y cerrado sobre la tapa del
barril. Llenó el tubo y el barril con agua (véase figura). Explíquese lo
que estaba haciendo. ¿Pudo haber salido bien la prueba?
¿Subirán
las burbujas de un vaso de cerveza hacia la superficie del líquido mientras el
vaso cae libremente? ¿Por qué suelen subir las burbujas?
Explíquese
cómo funciona un chaleco salvavidas. ¿Afectará una inspiración profunda la
capacidad de flotar?
¿Es
la presión en el interior de un submarino siempre igual a la presión
exterior?
¿Es
posible romper un barrilete robusto lleno hasta el borde, ajustando un taco
pequeño en un boquete de la tapa? Explíquese.
La
fotografía muestra un tubo de vidrio abierto por ambos extremos, situado en un
vaso de líquido quitamanchas, tricloroetileno (de densidad 1.44 g/cm3).
Se vierte agua con unas gotas de tinta negra dentro del tubo para ver el
contraste. Descríbase y explíquese lo que se ve.
EXPERIMENTOS
1.
Puede repetirse el experimento de Galileo que demuestra que el aire pesa. No
hay más que pesar una pelota «vacía», llenarla de aire y volverla a pesar.
Si no se tiene una balanza, pueden equilibrarse dos pelotas infladas una a cada
extremo de una vara. Cuando esté en equilibrio, se pincha uno de los balones.
2.
Sumérjase un vaso vacío invertido verticalmente hacia abajo en un recipiente
con agua. A medida que se sumerje, el agua sube por el interior del vaso, comprimiendo
el aire (se precisa mucha inmersión para ver esto). Inclínese el vaso y déjese
que el aire burbujee. Súbase ahora el vaso lleno de agua todavía invertido, de
modo que buena parte de él quede por encima de la superficie. ¿Qué ocurre?
¿Cuál es el límite en el tamaño del vaso que puede usarse antes que se
vierta el agua?
3.
Hágase un hueco en la tapa de un tarro e insértese un pequeño embudo. Póngase
arcilla o goma alrededor del embudo para ajustarlo bien a la tapa. Viértase después
agua por el embudo. Explíquese lo que se observa.
4.
Póngase un trozo de cartón tapando un vaso lleno de agua y, manteniendo el
cartón en su lugar, Dése la vuelta al vaso. Quítese la mano. ¿Por qué no
cae el cartón? ¿Qué ocurriría si se pusieran algunas monedas en el vaso
con el agua? ¿Tiene que estar lleno el vaso? ¿Cuánto aire del que hay
inicialmente en el vaso puede sacarse? ¿Qué pasa si se mueve el vaso hacia
abajo y se detiene de pronto? (Hágase sobre un vertedero.) Investíguense los
efectos de la tensión superficial; es decir, véase si un cartón húmedo se
queda pegado al vaso por sí solo.
10
Supóngase que introducimos una pajita en una botella hermética llena hasta
el borde con agua. ¿Podría «aspirarse» el líquido con la pajita? La misma
idea de «aspirar» fluidos es engañosa, como indica este ejemplo. Inténtese
con una botella medio llena. Hágase otro hueco en la tapa. ¿Qué ocurrirá
ahora?
11
La figura muestra la pera de una, jeringa de goma unida a unos tubos de vidrio.
Explíquese lo que se ve y dígase lo que ha ocurrido. ¿Qué puede decirse de
las densidades de los dos líquidos.
12
El vapor de agua a la misma presión que el aire tiene menor densidad; sus moléculas
son mucho más ligeras que las del 02 y N2. ¿Cómo puede
contribuir esto a la noción de que un descenso del barómetro pronostica mal
tiempo?
*
13 Introdúzcase un tubito en un vaso de agua, cúbrase herméticamente su
extremo con el dedo índice y sáquese el tubo del líquido. ¿Por qué queda el
agua dentro del tubo?
Sección 14.3
*
1 Cuando un globo asciende aumentan su EC y su EP gravitacional. ¿De dónde
procede dicha energía? ¿Se necesitó trabajo para llenar el globo?
2
Suponga que tiene un globo lleno de helio flotando dentro de su automóvil y el
vehículo frena de pronto. ¿Hacia dónde sería usted lanzado? ¿Y el globo?
Inténtelo alguna vez.
3
¿Por qué un globo de plástico lleno de aire cae al suelo y no vuela?
4
La figura muestra un barómetro del N de peso sostenido por una balanza de
resorte. Si el mercurio del tubo pesa 10 N, ¿qué marcará la balanza?
5
Casi todo el mundo ha lanzado dardos equipados con una ventosa en la punta o
adherido en la pared una bomba de succión. A propósito la NASA está
desarrollando unos zapatos de ventosa para uso en naves espaciales. ¿Funcionarían
si alguien quisiera caminar por el exterior sobre el fuselaje de la nave?
*
6 Los líquidos y gases se denominan fluidos porque en muchos aspectos se
comportan de forma similar. Sin embargo, hay muchas diferencias. ¿Cuál es la
diferencia más llamativa?
7
El diagrama muestra una bomba de agua clásica del tipo que se usó en las
bombas de incendio. La gran cúpula de latón sobre la bomba era la cámara de
aire. Explíquese cómo funciona dicha bomba. La cámara de aire contiene aire
comprimido al comienzo del ciclo. Su función consiste en producir un flujo
continuo de agua y no chorros repentinos. ¿Cómo funciona?
*
8 Para sifonar agua del recipiente de la izquierda al de la derecha se llena
primero de líquido el tubo y se tapona situándolo por debajo del nivel Ll
(véase figura). Al destapar el tubo, el líquido fluye hasta que se vacía el
recipiente o se nivela Ll con L2. ¿Cómo se realiza este
proceso? [Sugerencia: Compárese la presión en el sifón a Ll y L2.]
¿Existe algún límite en la altura a la que se puede doblar el tubo por encima
de Ll?
