Experimentos. La presión atmosférica y la caída de los cuerpos
skaren13 de Julio de 2012
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1 La presión atmosférica y la caída de los cuerpos
EXPERIMENTOS SIMPLES
PARA ENTENDER
UNA TIERRA
COMPLICADA
Texto: Susana A. Alaniz-Alvarez, Angel F. Nieto-Samaniego
Ilustración: Luis D. Morán
Diseño: Elisa López
Universidad Nacional
Autónoma de México
Juan Ramón de la Fuente
Rector
Enrique del Val Blanco
Secretario General
Daniel Barrera Pérez
Secretario Administrativo
René Drucker Colín
Coordinación de la Investigación Científica
Luca Ferrari Pedraglio
Director del Centro de Geociencias
Centro de Geociencias
Universidad Nacional Autónoma de México
Boulevard Juriquila No. 3001, Juriquilla, Querétaro
76230, México
Primera edición, 2007
D.R. ©
ISBN (Obra General) 978-970-32-4388-4
ISBN 978-970-32-4389-1
Impreso y hecho en México
Introducción.......................... i
1. ¿La botella está vacía?................. 1
Ley de Charles y Gay-Lussac
2. El vaso que no tira el agua………… 3
Presión atmosférica
3. La vela que hace subir el agua……….. 5
Presión contra volumen
4. Cómo atravesar un globo …sin que se reviente…. 7
Ley de Boyle
5. Cómo hundir un gotero vacío …………… 9
Principios de Pascal y Arquímedes
6. ¿Cuál cae primero?........................ 11
La Ley de Gravedad
7. Mándalos a volar………………………. 13
Resistencia del aire
8. ¡¡¡Bajan!!! ........................................... 15
Experimenta como Galileo Galilei
Anexo…………….............. 16
Agradecimientos.............................. 17
Acerca de los autores................................... 19
Índice
Introducción
El lugar que el Homo sapiens ocupa en la historia de la
Tierra podría considerarse muy, pero muy pequeño, ya que
únicamente ha estado presente en los últimos 200,000
años de más de 4,500 millones de años que tiene la Tierra.
Además sólo alcanza una altura de menos de 2 m sobre la
capa superficial de un planeta de más de 6,380 km de
radio de capa sólida-líquida y bajo una capa de casi 120
km de atmósfera. No obstante, los humanos nos hemos
empeñado en conocer nuestro planeta a fondo,
calculando o estimando el valor de sus atributos físicos:
masa, volumen, densidad, temperaturas, presiones, etc.,
los cuales están muy fuera de los límites que pueden
percibir sus sentidos. Uno se pregunta ¿por qué esta
criatura insignificante conoce tanto de la naturaleza de su
planeta y a qué se debe su insistencia en desentrañar las
leyes que lo gobiernan? Una respuesta entre otras puede
ser: por la curiosidad de ciertos personajes que se
atrevieron a visualizar más allá de sus horizontes, uno de
ellos sin duda fue Galileo Galilei.
Galileo Galilei (1564-1642)
Gran parte del avance de la física se debe a Galileo Galilei,
considerado el padre de la ciencia experimental. Este
profesor de Matemáticas nacido en Pisa, Italia, fue el primer
hijo de un músico virtuoso del laúd. El principal interés de
Galileo no se limitó a preguntarse cómo funciona el
i
movimiento en la Tierra, sino también el del sistema
solar. Su fama se debe a la frase “y sin embargo se
mueve” que supuestamente dijo ante un jurado de la
Inquisición. Independientemente de que la haya dicho
o no, lo que sí se sabe es que descubrió el meollo del
movimiento de un péndulo en plena misa
observando las oscilaciones de una lámpara en la
catedral de Pisa y midiendo el tiempo con sus
pulsaciones. En el s. XVII no existía un sistema de
medición como el que ahora tenemos pero se las
arregló para cronometrar sus experimentos: primero
con sus pulsaciones, después con el péndulo; también
midió el tiempo con la cantidad volumen de agua
que caía en una probeta graduada y aprovechó una
melodía tocada por él en el laúd para marcar en la
partitura hasta donde había llegado.
Se las ingenió para escudriñar el cielo y diseñó un
telescopio de 8 aumentos, con él descubrió: los
cráteres de la luna, las manchas solares, el anillo de
Saturno y las lunas de Júpiter, además se dio cuenta de
que Copérnico tenía razón y que la Tierra gira
alrededor del sol, pero a diferencia de aquel, Galileo
lo publicó. Esto último le ocasionó muchos problemas
con la Iglesia Católica y con esto un gran pesar dentro
de su grandiosa y exitosa vida.
La genialidad de Galileo consistió, entre otras cosas,
en medir el espacio y el tiempo, con esto consiguió
ii
1
¡¡Observa!!
Procedimiento:
¿La botella está vacía?
¿Te has fijado que…el aire está aunque no lo veamos, y que lo
respiras por la nariz y por la boca?
1 botella de plástico
1 globo
Agua caliente
Materiales:
Experimenta con... la presencia del aire
Agua fría
(con hielitos)
2 recipientes
El experimento puede fallar si hay fuga de aire entre el globo y la
botella, y también si la diferencia de temperatura no es suficiente para
cambiar notablemente el volumen del aire dentro de la botella.
¿ é a ó? Qu p s
En uno de los dos
casos se infla el
globo, en el otro
se desinfla.
Variaciones:
*Mete la botella tapada con el globo al congelador.
*Hazlo con una botella de refresco.
Tapa el cuello de la botella con el globo.
Llena uno de los recipientes con agua caliente y el otro con agua fría.
Pon la botella dentro del recipiente con agua caliente y después
pásalo al que contiene agua fría.
El aire es un gas, y como todos ellos se expande con el
aumento de la temperatura y ocupa más espacio.
Por el contrario con el frío se comprime y ocupa menos
espacio. Nota que es la misma cantidad de aire.
Los globos aerostáticos vuelan porque el aire
caliente se expande hasta que pesa menos que el
aire que lo rodea.
Los buzos respiran bajo el agua gracias al aire
comprimido que está en un tanque, es decir mucho
aire en poco espacio.
Explícalo:
Aplícalo a tu vida:
Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura
o de la presión. A más temperatura y menos presión ocupan mayor
volumen.
¿Quieres saber más?
La atmósfera
La atmósfera es la envoltura gaseosa que
rodea el planeta y está compuesta
principalmente por una mezcla de gases
que denominamos aire.
La temperatura del aire disminuye con la
altura a una razón de 6.5°C por cada
1000 m; si consideramos que la
temperatura promedio a nivel del mar es
de 20°C alcanzaremos la temperatura de
congelación del agua cerca de los 3000
metros sobre el nivel del mar.
La atmósfera está compuesta por
aproximadamente 78% de nitrógeno, 21%
de oxígeno y 1% de otros gases. A estos
constituyentes hay que añadir el vapor de
agua que puede variar entre el 0% y el 5% del total. A medida que aumenta el
contenido de vapor de agua, el de los demás gases disminuye proporcionalmente.
Ley de dilatación de los gases de Gay-Lussac
la temperatura e independiente de la
: "La dilatación de los gases es función de
Obsérvalo en la naturaleza
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 °C
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120 km
Ionósfera
Mesósfera
Capa de
ozono
Estratósfera
Ley de Charles y Gay-Lussac:
“El volumen de un gas es
directamente proporcional a su
temperatura si la presión se
mantiene constante”
2
Tropósfera
¿Te has fijado …que tu vaso con leche se vacía cuando lo volteas?
¿Qué estamos en el fondo de un mar de aire?
1 vaso con agua
1 pedazo de papel
Materiales:
Procedimiento:
El vaso que no tira el agua
Experimenta con... La capacidad de carga del aire
¡¡Oberv!!sa
Tapa el vaso con agua con un pedazo de papel más grande que su boca,
procura que se moje el papel que está en contacto con el vaso.
Pon una mano sobre el papel y voltéalo boca abajo,
retira la mano que sostiene el papel pero sigue
sosteniendo el vaso.
De preferencia hazlo en el patio por si no funciona el experimento.
¿Qué pasó?
Que el agua no se cae aunque el
vaso esté boca abajo, aunque esté
lleno, aunque esté medio vacío.
Puede fallar si entra
aire al vaso.
Variaciones:
Introduce un popote en un vaso con agua
y tapa con tu dedo la parte superior. Saca
el popote del agua y verás que el agua no
se cae hasta que separas el dedo
...