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Experimentos científicos caseros

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Se explican de forma divulgativa fenómenos físicos y químicos de la vida cotidiana, mediante experimentos sencillos que podemos probar en nuestra propia casa.

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Experimentos científicos caseros Experimentos científicos caseros Presentation Transcript

  • Bienvenid@ a . . .
  • Experiment s Científic s Caser s ¿Qué tal si empezamos?
  • Cromatografía de la tinta china El diccionario define la cromatografía como un método de análisis que permite la separación de gases o líquidos de una mezcla por adsorción selectiva, produciendo manchas diferentemente coloreadas en el medio adsorbente. Este experimento, nada complicado, es la prueba palpable de que la tinta china está formada por diferentes componentes, cada cual de su color .
    • Si conoces a algún biólogo , médico o químico , sabrás que necesitan con frecuencia separar los componentes de una mezcla como paso previo a su identificación.     La cromatografía es una técnica de separación de sustancias que se basa en las diferentes velocidades con que se mueve cada una de ellas por una tira de papel, arrastradas por un disolvente en movimiento.    Vamos a utilizar esta técnica para separar los pigmentos utilizados en l a tinta china .
    •  
    • ¿Qué necesitas? (ingredientes)
            • Una tira de papel poroso . Se puede utilizar el papel de filtro de una cafetera o incluso recortar el extremo (sin tinta) de una hoja de periódico.
          • Rotulador de tinta china .
        • Un vaso .
      • Un poco de alcohol (del de 96º, claro).
  • Elaboración Recortamos una tira de periódico que tenga unos 4 cm de ancho y que sea un poco mas larga que la altura del vaso. Enrollamos un extremo en un bolígrafo ( no nos complicamos y nos ayudamos de cinta adhesiva) de tal manera que el otro extremo llegue al fondo del vaso . Dibujamos una mancha con un rotulador negro en el extremo libre de la tira, a unos 2 cm del borde. Hay que procurar que sea intensa y que no ocupe mucho. Echamos en el fondo del vaso alcohol, hasta alcanzar una altura de 1 cm aproximadamente. Se sitúa la tira dentro del vaso de manera que el extremo quede sumergido en el alcohol pero la mancha hecha sobre ella quede fuera de él. Observa lo que ocurre : a medida que el alcohol va ascendiendo a lo largo de la tira, arrastra consigo los diversas pigmentos que contiene la mancha de tinta. Como no todos son arrastrados con la misma velocidad, al cabo de un rato se ven franjas de colores . Truco del almendruco : puedes tapar el vaso para evitar que el alcohol se evapore .
  • ¡Qué pesada la presión atmosférica! Prueba a poner el dedo gordo de un pie debajo de esta silla, que tiene sobre su asiento una pesa de 5 kg. Si llevas playeros, probablemente tampoco vas a notar mucho la carga, pero si los quitas... Pues eso que sientes en el empeine es (miligramo arriba, miligramo abajo) del mismo valor que la presión atmosférica , o lo que es lo mismo, la presión que cada día soporta tu cabeza debido al peso de la columna de aire que tenemos encima. Pero... ¿por qué no nos enteramos?
  • La presión atmosférica resulta del bombardeo continuo de las moléculas del aire contra todo aquello con lo que entran en contacto. Cada vez que una de esas moléculas (nitrógeno y oxígeno principalmente) colisiona con la superficie de un sólido o líquido, ejerce sobre ella una fuerza determinada. La intensidad de esta fuerza, por cada centímetro cuadrado de la superficie del objeto de que se trate, es una medida de la presión. El caso es que esto tan molesto que debería ser una presión hacia nosotros de 720 gramos por cada centímetro cuadrado de tu cuerpo (¿te imaginas?) no lo notamos porque se compensan las fuerzas que presionan la piel hacia dentro desde el exterior con las que presionan la piel hacia fuera desde nuestro interior. Por eso no nos enteramos, pero estamos bajo el aire . ¿Saben los inocentes peces, cuya memoria es de sólo tres segundos, que están bajo el agua ? ¿A que bajo el agua sí te enteras de la presión? Resulta que, a cierta profundidad, ya no hay compensación de fuerzas, como ocurría en el aire. Ahora es bastante mayor la presión del agua sobre nuestra piel hacia dentro que la que se sigue ejerciendo sobre la piel desde nuestro interior.
  • Un mini-atardecer ¿No crees que con esto se puede recrear una puesta de sol? Es tan sencillo como coger un vaso , leche y una linterna , seguir las instrucciones que se te den y podrás, así, ver un “atardecer” de color anaranjado o amarillento ... Después de esto, te parecerá que los de verdad pierden toda su dulzura y misticismo.
    • Empecemos por el principio...
    • ¿Por qué el cielo (despejado) es azul ? Buena pregunta.
    • Porque siempre ha sido así. [ No convence ]
    • Porque los rayos solares se refractan al entrar en la atmósfera y la franja del espectro que nos corresponde ver es (de los siete colores en que se descompone la luz blanca que nos llega: rojo , naranja , amarillo , verde , azul , violeta y añil ) la de color azul . [ Estaría bien si pudiese explicar por qué a veces en los atardeceres (a pesar de que el Sol incide sobre la atmósfera con un ángulo claramente diferente al mediodía) no cambia el color azul por ningún otro ]
    • El aire puro es incoloro, pero contiene motas de polvo en suspensión y otras moléculas varias que dispersan la luz ( blanca ) solar. Tenemos la suerte de que la luz azul resulta dispersada (al atravesar la atmósfera) en mayor medida que la de los colores restantes, que tienden a seguir en línea recta. Percibimos así un extra de luz azul proveniente de otras direcciones que no son la línea recta que une nuestros ojos con el rey de los astros . Observa el dibujo:
    Partículas de polvo dispersantes De la luz que también llega a la atmósfera en esta dirección, se refracta más la azul ...y esta luz azul procedente de otras direcciones nos llega a... NOS OTR OS
  • Entonces... ¿Cómo simular las partículas en suspensión que provocan la sorprendente coloración de las puestas de Sol? Usando el aire como elemento no parece muy asequible. La primera alternativa es recurrir a otro fluido: el agua . Bien, llenamos un vaso transparente con agua hasta la mitad. Hasta aquí, fácil. A continuación, dejamos caer unas gotas de leche en el mismo. Si tienes buen pulso, también es fácil. ¿Cuál va a ser nuestro“Sol”? Una linterna . Luego, lo único que falta es iluminar el vaso con la linterna desde arriba, fijar nuestra mirada desde abajo y veremos... La luz de la bombilla que nos llega no es blanca , tal como ocurriría si no hubiese leche , debido a la dispersión que provocan las minúsculas partículas de caseína y los glóbulos de nata suspendidos en la leche . El color exacto que vemos dependerá del tamaño y la concentración de estas partículas presentes en la disolución.
  • La sal común, tan cuadriculada ella La sal es cloruro sódico, lo que significa que está formada por átomos de sodio y átomos de cloro.
  • Quizás hubieses oído ya alguna vez que los granos de sal son cúbicos, pero nunca lo habías visto. Quizás hubieses visto ya alguna vez la forma cúbica de los granos de sal, pero ahora vas a saber por qué son así. Cualquier químico afirmaría sin dudar que la sal común es cloruro de sodio. Esto no aclara nada. Pero proseguiría, matizando que los átomos de cloro y sodio , constituyentes de la sal común, se decantan por situarse alternativamente en los vértices de cubos: un cloro , un sodio , un cloro , un sodio ,... de forma que cada átomo de sodio estará rodeado de ocho de cloro y viceversa, tal como se ve en esta representación: Átomos de sodio Átomos de cloro
  • La causa de esta configuración geométrica está en sus cargas eléctricas y en sus dimensiones relativas . Cuando millones de millones de millones de átomos de sodio y cloro se unen y originan un cristal de sal lo suficientemente grande para que pueda verse, la forma de este cristal (que tú ves a través de la lupa que tienes delante) es un reflejo de la disposición interna de los átomos individuales. Si ves un cubo, eso querrá decir que los átomos se agrupan formando cubos que son realmente minúsculos, pero que al “arrimarse” trillones de ellos, conforman una estructura cúbica visible. Desde un avión, seguro que no ves un dado; pero si fuésemos poniendo millones y millones de dados, unos encima de otros y respetando que las caras de cada uno tocasen totalmente a las caras de los que tiene al lado, hasta que tuviesen un tamaño semejante al de un edificio, pues verías un gran cubo desde la ventanilla del avión. Sí, sí, no te asustes, que esa acumulación de materia brutal es lo que hace la naturaleza, pero a pequeña escala. De todos modos, después de ver la sal a través de la lupa y de leer este texto, notarás que falta algo: la mayoría presentan las esquinas desgastadas. Esto es a causa del rozamiento con sus congéneres, habiéndose deteriorado tanto que algunos se habrán transformado prácticamente en esferas. No obstante, que nadie dude que ellos empezaron siendo perfectos cuadrados tridimensionales.
  • ¿Quién apaga la vela? Vertemos un poco de vinagre, que no deja de ser una disolución diluida de ácido acético en agua, en un vaso de cristal. Lo mezclamos con unas cuantas cucharadas de bicarbonato sódico (del que se usa para combatir la acidez estomacal), pero sin pasarse. La mezcla empezará a burbujear, “subirá” por el vaso y en cuanto parezca que se sale del mismo...
  • ... vertemos su contenido sobre la vela como si fuese un líquido invisible. Ojo, porque debemos tener cuidado de no derramar el líquido en cuestión. La vela se apaga. ¿Por qué? Por culpa de esa mezcla de vinagre y bicarbonato, se produce dióxido de carbono, un gas más pesado que el aire al que, por tanto, le ocurre lo mismo que a una piedra en el agua: baja. La vela necesita oxígeno para permanecer encendida (igual que nosotros para sobrevivir), por lo que si le llueve CO 2 , se apagará. Para el ser humano, respirar aire que contenga dióxido de carbono no es perjudicial en sí, salvo que estuviese en cantidades tan grandes que se volviese irrespirable la atmósfera.
  • Aún así, atención, porque quemar aceites y consumir bebidas gaseosas o cerveza libera a la atmósfera tal cantidad del “inofensivo” gas que se empieza a acumular en ella y esto deriva en el famoso efecto invernadero: la radiación solar llega a la superficie terrestre (entra) pero al ser rebotada se convierte en infrarroja y es absorbida por el CO 2 , entre otros gases (no sale). ¡No os alarméis! No debemos echar toda la culpa al consumo de refrescos, aceite o cerveza, pues e l incremento de CO 2 está ocurriendo desde el siglo pasado, debido principalmente a la industrialización, el consumo de ingentes cantidades de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón) y por descomposición de la inmensa cantidad de materia orgánica contenida en los bosques, que han sido aceleradamente destruidos (tala, quema), sobre todo en las últimas décadas. Mejor dicho, alarmaros, porque el calentamiento global provocado por el efecto invernadero podría hacer que la temperatura media terrestre se elevase en verano y disminuyese en invierno , lo que produciría cambios climáticos cuyas consecuencias serían catastróficas: deshielo de los polos , lo que implica grandes riadas y elevación del nivel de los océanos, con la consecuente inundación de las zonas costeras bajas.
  • ¿Calentamos o enfriamos? Cuando echamos sal a nuestra comida o azúcar al café, no enfriamos ni calentamos perceptiblemente el líquido, pero estos dos ingredientes son la excepción a una regla. Esa regla afirma que cuando cualquier sustancia química se disuelve en agua, hace que aumente o disminuya la temperatura de la disolución de forma inevitable.
  • Para probar esta última afirmación, dispondremos de nitrato amónico, que es un fertilizante muy común, y de cloruro cálcico que es un agente secante habitual, el cual se suele vender para secar los sótanos y armarios húmedos. El proceso es muy sencillo. Se echa en un vaso con agua el nitrato y en otro el cloruro (basta con un par de cucharadas), removiendo a continuación. Con sendos termómetros, se comprueba si se modifica la temperatura del líquido elemento al añadir las dos citadas sales. Resulta que en el caso del nitrato, enseguida notaremos que desciende la temperatura, pero con el cloruro el efecto será distinto: el agua se calienta. La causa de este fenómeno está en que cuando se disuelve una sustancia en agua, se inicia un proceso de dos fases: primero, se rompe la estructura del sólido cristalino (enfriamiento) y a continuación reaccionan el agua y los fragmentos del compuesto (calentamiento). Si el enfriamiento producido es mayor que el calentamiento posterior, globalmente se enfría la disolución (es lo que le ocurre al nitrato). Si sucede al revés, la disolución se calienta (acontece con el cloruro cálcico o el sulfato de magnesio). En el caso de la sal o el azúcar, se compensan prácticamente el enfriamiento del primer proceso y el calentamiento del segundo.
  • ¡Qué calor en el Ecuador! Aunque la distancia del Sol al Ecuador es prácticamente la misma que del Sol a los polos, resulta chocante que mientras en la Amazonia están en manga corta, los pueblos lapones se dedican a construir iglúes y se abrigan con pieles hasta las orejas. ¡HAY DOS MOTIVOS !
  • PRIMERO: ATMOSFÉRICO Cuando el rey de los astros está en su punto más alto, sus rayos caen perpendicularmente a la atmósfera y atraviesan “sólo” los 320 kilómetros que tiene de grosor la misma. Pero si está más bajo en el cielo, los rayos llegan a nosotros de forma oblicua y tienen que atravesar mayor distancia antes de depositarse sobre nuestras cabezas. Dado que la atmósfera dispersa y absorbe parte de la luz solar, cuanto más tenga que recorrer por ella, menor será su intensidad. SEGUNDO: GEOMÉTRICO Aunque no tuviéramos atmósfera, la luz seguiría siendo más débil en los polos que en el Ecuador por pura geometría. Para entenderlo mejor, en un espacio oscuro, iluminamos con una linterna la superficie de una naranja. No hace falta decir que la linterna es el Sol y la naranja la Tierra.
  • La posición “mediodía” consiste en apuntar la linterna al centro de la naranja: distinguimos un rayo solar perfectamente (bueno, casi perfectamente) circular. La posición “atardecer” consiste en mantener la misma distancia linterna-naranja, pero dirigiendo la luz hacia la izquierda ligeramente, hasta que casi salga de los límites de la sabrosa pieza de fruta: apreciamos un óvalo de luz solar, como si el círculo se hubiese distorsionado. Es decir, la misma cantidad de luz procedente del sol se extiende en el ecuador sobre un área menor (el círculo) que en los polos (el óvalo). Así, a cada punto de éstos últimos “le toca” una menor intensidad, pues la misma cantidad de energía luminosa solar se reparte en más superficie.
  • Por mucho que arda la vela, hay carbón que no se quema Las velas son máquinas de producir llamas, pero de una forma muy torpe. Es tan poco eficiente, que parte de la parafina que no se quema se desintegra en pequeñas partículas de carbono, que son recogidas por la parte inferior de la hoja del cuchillo.
  • El gran problema de la ineficacia de la combustión de una vela está en la complejidad del proceso. Si ponemos el cuchillo muy arriba, el carbono se habrá encontrado ya seguramente con algún oxígeno con el que quemarse. Pero situándolo justo sobre la llama, la hoja adquiere un aspecto ennegrecido, extremadamente oscuro, parecido al carbón. De hecho, es tan negro que se emplea para hacer tintas. Primero, parte de la cera debe derretirse. A continuación, la cera líquida tiene que ascender por la mecha para evaporarse y disiparse en forma de gas. Sólo entonces puede reaccionar con el oxígeno del aire para llegar a quemarse. Resulta que no hay suficiente aire rodeando a la mecha como para dar cuenta de toda la parafina derretida que está deseando ser quemada, de modo que parte de ella se desintegra en partículas de carbono . Para “verlas”, situamos la hoja de un cuchillo de cocina en la llama y esperamos unos segundos. Tic, tac, tic, tac.
  • Las líneas de campo magnético No. La verdad es que no nos molestamos en colocar minuciosamente las limaduras de hierro para que adoptasen esa forma. Un imán ubicado debajo del papel hizo el trabajo por nosotros. Este es un método sencillo de mostrar cuál es la forma de las líneas de campo magnético . Veamos cómo procedimos.
  • Material
    • Imán (cuanto más potente, mejor)
    • Papel (como soporte)
    • Limaduras de hierro (su ligereza nos resultará muy útil)
    Procedamos Situamos un puñado de limaduras de hierro aleatoriamente sobre el papel . Si después colocamos un imán debajo, las limaduras se reorganizarán, como si fuesen soldados que reciben una orden de un oficial, y adoptarán la formación que se aprecia en la foto previa. Presentan este aspecto porque se sitúan justamente sobre las llamadas “líneas de campo magnético” generadas por el imán . Pero... ¿qué son las líneas de campo magnético? Son líneas imaginarias (cerradas) que marcan la dirección hacia donde apunta ría la aguja de una brújula que ubicásemos en las proximidades del imán . ¿Quieres verlas?
  • N S
  • A mis dedos los dejaron helados Agua líquida y agua sólida (hielo). Que la primera está más caliente que la segunda nadie lo duda, y que nuestros dedos están aún más calientes, tampoco nadie lo duda. Mojemos los dedos en el agua contenida en el vaso y así estarán un poco más fríos. A continuación, acercamos lentamente las yemas a alguno de los cubitos de hielo. ATENCIÓN! Como por arte de magia, somos capaces de...
  • ... ELEVAR LOS CUBITOS. Voilá!!!!!!!! El cómo ocurre semejante exhibición de poderío se responde de manera muy sencilla. Un principio elemental de Termodinámica (que además es de sentido común) dice que cuando dos cuerpos a diferente temperatura entran en contacto, el más caliente cede calor al frío hasta que se igualan sus temperaturas. Pues bien, en nuestro experimento los cubitos de hielo están bajo cero y nuestro dedo, mojado, está sobre cero. El hielo enfría el dedo tanto que hace que se congele el agua de las yemas. Este agua congelada se agarra a las arrugas que determinan nuestras huellas digitales y al mismo tiempo se fusiona con los cubitos de hielo, “pegando” así los dedos a los cubitos.
  • PARA SABER MÁS Con la explicación anterior, hay un punto que puede que no quede muy claro: ¿por qué razón es el hielo el que hace que se congele el agua de los dedos y no el agua quien provoca la fusión del hielo? Respuesta: hay mucha menos cantidad de agua líquida que de hielo. Por tanto, aunque es posible que parte del hielo que está en contacto con el agua de los dedos se convierta en agua líquida, este proceso tiene mucha menos “fuerza” que el contrario: hay tanto hielo y tan poca agua que esa masa de hielo la enfría sin apenas oposición. ¿Qué le ocurriría a un recipiente con hielo + agua, ambos a exactamente 0ºC? Primero, veamos qué ocurre a las moléculas de agua líquida cuando las vamos enfriando. Pues que cada vez se mueven más despacio, y los 0ºC es la temperatura a la cual se desplazan lo suficientemente despacio como para poder agarrarse entre sí y establecerse en unas posiciones fijas que caracterizan al hielo. Ya no se dedican a nada como hacían las moléculas de agua líquida. Por eso, la clave de lo que ocurre al tener hielo y agua a 0ºC es fijarse en la superficie de separación de ambos estados: tiene lugar un baile caótico en el que moléculas de hielo se convierten en agua y moléculas de agua en hielo. Esto ocurre por dentro (podríamos decir que cada molécula se tiene que decidir, en cierto modo). Pero... ¿qué vemos desde fuera? Ningún cambio: hielo y agua coexisten pacíficamente.
  • El "huevo de Colón" Se entiende por Huevo de Colón una "cosa que aparenta tener mucha dificultad , pero resulta ser fácil al conocer su artificio". Se cuenta que al volver Cristóbal Colón (al que el historiador Juan Eslava Galán califica de “tipo sin escrúpulos, vanidoso, soberbio, megalómano, desconfiado, ambicioso y sediento de oro”, aunque le reconoce que “era hombre de mundo, baqueteado en el trato con gentes muy diversas”) de América , se le recriminó durante una comida que cualquiera podía haber descubierto el Nuevo Continente. Entonces Colón pidió a los comensales que pusieran un huevo en pie. Todos comenzaron a dar mil vueltas al huevo , sin conseguirlo. Convencidos de lo imposible de tal tarea, dieron su oportunidad a Colón. Éste golpeó el huevo contra la mesa y lo dejó en pie. Al parecer, de ahí proviene esta expresión.
  • Vamos a comprobar con este experimento si poner un huevo de pie es tan difícil como esta anécdota nos quiere hacer ver. Antes de nada, vamos a mirarlo de cerca. No es tan liso como parecía, ¿verdad? Tiene como unos bultos en su superficie. Si tuviésemos una docena a mano, encontraríamos varios que son bastante rugosos por el extremo más ancho. Después, se busca un mantel de algún material relativamente liso (vale el de tela que tienes ante ti). Con una mano firme y un poco de paciencia, habremos cumplido, sin florituras, el sueño de cualquiera de los comensales antes citados. Por si no fueses capaz, siempre nos quedará utilizar el viejo truco de ocultar un anillo bajo el mantel y, fingiendo dificultad increíble, “equilibrar” el huevo sobre él.
  • No hay quien hunda a esta manzana Desde luego que a nadie le sorprende que digamos que una manzana no flota en el aire . Aún así, es necesario saber que el aire (como buen fluido que es) ejerce un empuje hacia arriba. Esto lo predice el principio de Arquímedes, pero es tan pequeña esta fuerza de empuje vertical ascendente, que la pobre manzana se va irremediablemente hacia el suelo por culpa de la gravedad (que es una fuerza vertical descendente). Pero... ¿qué ocurre si el medio en que está inmersa nuestra querida manzana no es el aire , sino el agua ? Veámoslo en la foto que sigue...
  • FLOTA!!!!! Ahora, el empuje del agua es mayor que la fuerza de la gravedad, lo que hace que no tengamos forma de hundir la manzana . ¿Cómo es posible que haya cambiado el empuje si sigue siendo nuestra misma manzana ? Muy fácil. Es porque no depende de la manzana , más bien es función del medio en que nos encontremos. Si la densidad de la manzana es mayor que la densidad del medio (por ejemplo, aire , dióxido de carbono o gasolina ), se hunde, mientras que si la densidad de la manzana es menor que la densidad del medio (por ejemplo, agua o aceite ), flota. Sustancia Densidad (g/cm3) Aire Agua Manzana Gasolina 0,0013 1 0,68 0,70
  • La manzana engaña: es menos densa de lo que parece. Resulta que sus células no están empaquetadas de un modo muy compacto, pues quedan entre las paredes de las mismas unos huecos de aire que representan entre el 20 y el 25 % del volumen total de la fruta. Tampoco vayamos a pensar que estamos ingiriendo aire cuando nos la tomamos; tiene gran valor dietético. Es diurética, estimulante y ayuda a eliminar toxinas. Tiene un tipo de fibra suave llamada pectina que le da propiedades saciantes y contiene vitaminas B y C , además de potasio. Son un buen dentífrico natural y fortalecen las encías. También son buenas para el CORAZÓN y la CIRCULACIÓN. RECOMENDACIONES : 1- Dos manzanas tomadas al levantarse ayudan a combatir la resaca de una noche de excesos. 2- Según estudios , dos manzanas al d í a pueden reducir hasta un 10% el nivel de colesterol. 3- El simple olor a manzanas tiene un efecto relajante y ayuda a bajar la tensión . 4- Gracias a la fructosa se ayuda a mantener un nivel equilibrado de azúcar en sangre.
  • El huevo: no sabe si sube o baja Si alguien tuvo alguna vez la mala suerte de abrir un huevo, para hacerse una rica tortilla con toda la ilusión del mundo, y notar inmediatamente un olor despreciable, no habrá dudado de que ese huevo estaba podrido (un gas llamado sulfuro de hidrógeno, de fórmula H 2 S , es el responsable de ese olor). Pero... la cosa no parece tan fácil cuando lo que queremos es cocer el huevo. ¿Cómo saber si está en condiciones para ser engullido? Mira qué ocurre cuando introducimos el huevo en el líquido elemento...
  • El huevo se hunde. Eso quiere decir que está bien, que se puede empezar la cocción sin que nos llevemos ninguna sorpresa cuando, una vez cocido, rompamos la cáscara. Si flotase, más nos vale deshacernos de ese huevo, reclamar al tendero y cocer otro distinto. Ojo, porque no siempre que un huevo flota quiere decir que esté podrido. Alguien podría engañarnos si previamente disuelve sal en el agua. Prueba lo siguiente: una vez el huevo está depositado en el fondo, echa sal a la pota, remueve y verás que el huevo... sube... sube... sube... y ¡¡¡toca la superficie!!!
  • Las agujas... ¿flotan? Las agujas están hechas normalmente de acero inoxidable. Cualquier objeto construido con este material se hunde, ¿verdad? Así ocurre, tal como se aprecia en estas dos fotos. Ahora bien, como si de un reto se tratase, vamos a intentar (con un vaso, agua, una aguja y el pulso de nuestra mano) que la aguja flote en la superficie del agua.
  • Antes de empezar, una breve clase de física. Hay un concepto, muy familiar, que se llama presión . Los físicos la definen como el cociente entre fuerza aplicada y superficie de contacto: p = F / S Para entendernos, supongamos que dos personas se encuentran en la cima de un monte nevado. Si una de ellas pesa 120 kg y la otra 70 kg, es evidente que la primera se hunde más (aplica mayor fuerza sobre la nieve y por tanto, más presión). Pero si la de 120 kg se pone unos esquís, seguramente ya no se hunda casi nada, porque ahora su peso se reparte sobre una superficie mayor, y cuanto más grande sea la superficie sobre la que se aplica la fuerza, digamos que a cada punto de esa superficie “le toca” menos presión. Seguro que ya nos explicamos por qué los esquimales se desplazan con esquís o con “raquetas de nieve” (su peso se reparte en una superficie mayor y así no se hunden tanto).
  • ¿De qué se trata, entonces? Claramente, de conseguir que la aguja se apoye en el agua sobre una superficie que sea lo más grande posible. Por eso, si colocamos la aguja vertical, la superficie de contacto es mínima y la presión sobre el agua muy grande, por tanto se hundirá. Pero si tenemos la pericia suficiente como para colocarla en horizontal sobre la superficie del agua, entonces se mantendrá a flote. ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ PRUEBA !!!!!!!!!!
  • ¡Atrapa al punto! Si nos fiásemos absolutamente de nuestros sentidos, nunca llegaríamos a reconocer que, por ejemplo, es la Tierra la que se mueve y el Sol el que permanece “quieto”. A nosotros nos da la sensación de que nuestro planeta ni rota ni se traslada. Pues bien, vamos a comprobar que es muy fácil engañar a tu vista. Observa el papel de esta práctica desde unos 30 cm. de distancia, fijando ambos ojos en el centro de la imagen. Evádete de todo lo que te rodea. Es muy posible que tachemos de iluso a quien pretenda convencernos de que nuestros ojos van a trasladar (SÍ, COMO LO LEES, TRASLADAR) el grueso punto azul al interior del gran círculo anaranjado . ¿Cómo es posible? Vete acercando poco a poco el papel hacia tu cara, sin perder la concentración y sin desviar la vista. Irás viendo que el punto azul se acerca irremediablemente al hueco blanco y que... ¡ENCAJA EN ÉL!
  • Es fácil preguntarse por qué es el punto azul el que se desplaza hacia el hueco blanco y no al revés, lo cual podemos comprobar repitiendo el proceso las veces que deseemos. Siempre veremos el mismo “movimiento”. Resulta que el círculo azul tiene un perfil negro , debido a lo cual se dice que es más fuerte. Esto hace que el ojo vea siempre un círculo azul aterrizando en un espacio blanco .
  • Polea simple vs. Polea doble La polea simple se emplea para levantar cargas a una cierta altura. Está formada por una polea fija al techo, sobre la cual puede deslizarse una cuerda. Se usa, por ejemplo, para subir objetos a los edificios o sacar agua de los pozos. Al estirar desde un extremo de la cuerda, la polea simple se encarga solamente de invertir el sentido de la fuerza aplicada. La polea doble se usa para levantar cargas muy pesadas a una cierta altura. Está formada por una polea fija al techo y otra polea móvil, acoplado a la primera mediante una cuerda. Se usa de forma similar a la polea simple , pero en el caso de la doble, la fuerza que hay que aplicar es menor, de manera que se consigue una “ventaja mecánica” (es decir, hay que esforzarse menos para elevar el peso).
  • Estamos en Atenas: e n el año 450 a.C. aparecieron las poleas fijas . Somos lentos aprendiendo, pues hubo que esperar hasta 200 años después (había pasado Alejandro Magno) para que se vieran las primeras poleas móviles . En este experimento, hemos reproducido estos dos ingenios tan antiguos. Con dos tableros perpendiculares, dos listones, tres poleas, hilo de pescar, dos sacos con garbanzos, dos dinamómetros y un poco de paciencia, nos ha salido este dispositivo que puedes observar en la imagen.
    • Antes de nada, coger un bolígrafo y tener a mano la tabla donde vas a anotar las medidas.
    • ¿Qué medidas?
    • Las que marquen los dinamómetros .
    • ¿Qué es un dinamómetro ?
    • - Un dinamómetro mide la fuerza con que la Tierra tira de una masa, es decir, su peso.
    • - ¡Pero a cada peso la corresponde una masa!
    • -Cierto. Por eso, si nos fijamos en la escala que se descubre a medida que vamos tirando con la mano del extremo del dinamómetro , sus valores pueden aparecer en gramos o en Newton. Es decir, que miden o bien la masa que colgamos o bien la fuerza con que tiramos de él. En nuestro caso, utilizaremos dinamómetros que midan la fuerza.
    • -¿Qué se anota, entonces?
    • -Tiras con un dinamómetro de la pesa de 1 kg situada en la polea simple y anotas el valor de la fuerza necesaria para levantarla del suelo (es la cantidad que se aprecia en el punto más alto de la parte de la escala que queda a la vista). A continuación, tiras con el otro dinamómetro de la otra pesa, también de 1 kg, situada en la polea doble y anotas el valor, igualmente, de la fuerza que necesitas aplicar para elevarla. Completas una tabla como ésta:
    ¿QUÉ HAY QUE HACER? Fuerza aplicada (N) Polea simple Polea doble
  • ¿Es blanco? No, son siete colores No es necesario recordar que el arco iris aparece en el cielo cuando llueve . Pero... ¿por qué se produce? Imagina que un rayo de luz es interceptado por una gota de agua suspendida en la atmósfera. Lo que le ocurre al rayo queda patente en esta imagen: Cuando estás viendo un arco iris , siempre tienes el sol a tu espalda. La lluvia forma una cortina delante de ti, y sobre ella ves el arco iris. Parte de la luz que se refracta al entrar en la gota se refleja en las paredes interiores y vuelve a refractarse al salir de la gota al exterior. Después de la última refracción, es cuando la vemos. Cuando este efecto se produce en millones de gotas suspendidas juntas en el aire , se forma un arco de c o l o r e s en el cielo.
  • El prisma actúa como lo haría un a gota: la primera refracción separa los colores que contiene el rayo de luz incidente y la segunda refracción incrementa aún más esta separación. El problema que se plantea no es sencillo. ¿Cómo reproducir este fenómeno natural en nuestra casa? Lo primero que debemos ingeniar es qué dispositivo sustituirá al astro rey . Parece evidente: una linterna. Más difícil –menos fácil- se nos antoja conseguir “algo” que reproduzca el efecto que sobre los rayos solares produce el agua . Descartado el disponer de gotas de agua en suspensión, se trataría de pensar en un elemento que produzca una doble refracción a la luz de la linterna. Ya está: un prisma triangular. Este dibujo nos da un idea de lo que podría ocurrir: Ampliación: e n realidad , el número de reflexiones internas puede ser mayor de dos (dependiendo de por dónde entra la luz en la gota) y puede dar lugar a la aparición de dos arcos iris cuando observamos el fenómeno en la naturaleza. E l primario es más fuerte e interior y el secundario más débil y exterior.
  • Ya sólo nos faltaría recoger en una pantalla la combinación que sale del prisma y comprobar que, efectivamente, la luz proyectada por la linterna se descompone en una especie de arco iris. Así, no nos ruborizaremos si afirmamos que la luz blanca , en realidad, está compuesta por siete colores diferentes (es la suma de esos siete colores). A lo que se obtiene, los físicos le llaman un espectro . Fíjate cómo queda: * Espectro: resultado de la dispersión de un conjunto de radiaciones. En este caso, la radiación es la luz blanca.
  • Saquémosle los colores a una pantalla ! ! ! Fíjate en el monitor de un ordenador o en una pantalla de TV. Posiblemente, cuentes más de diez colores diferentes. Es una lástima la decepción que vamos a provocar, pero en realidad no son más que tres: azul , verde y rojo . ¿Cómo que verde ?, preguntaría con los ojos como platos un artista. Su escandalosa reacción se debe a que, cuando pintábamos en la escuela, siempre se nos dijo que los tres colores primarios eran azul , amarillo y rojo . La solución a la cuestión es que la ciencia se refiere a los colores primarios de la LUZ , mientras el arte nos habla de los colores primarios de los PIGMENTOS . Los científicos piensan en el color como una característica “natural” de la propia luz; los artistas interpretan los colores a partir de las pinturas y tintes con los que hacen sus obras. AMBOS TIENEN RAZÓN. Resulta que, por la forma en que nuestros ojos funcionan, las luces azul , verde y roja contienen, por sí solas, todas las propiedades necesarias para ser sumadas y producir, así, cualquier color percibido. El ojo humano tiene tres tipos de células sensibles al color: un tipo es muy sensible a la luz azul , otro a la verde y otro a la roja . Nuestra percepción de varios colores depende del grado en que la luz que entra en nuestros ojos estimula a esos tres tipos de células (el cerebro “suma” esas estimulaciones a cada tipo de célula para producir sensaciones de varios colores). Un objeto coloreado, por otra parte, tiene un determinado color porque sustrae todas las tonalidades que conforman la luz que le llega, excepto la que corresponde al color que se refleja hacia nuestro ojo. Una mezcla de azul , amarillo y rojo es capaz de absorber casi cualquier luz que incida sobre ella, de modo que son ésos los colores considerados primarios para pinturas y tintes. Mezcla de colores sustractiva Suma de luces primarias
  • Parece razonable toda esta explicación teórica, pero... ¿hay alguna forma sencilla de corroborar estos aspectos? Sí. Volvamos al planteamiento inicial: miremos la pantalla de un televisor con una lupa . Veremos que está formada por minúsculos rectángulos –llamados pixels- azules , verdes y rojos (nunca de otros colores). Nuestro ojo los mezcla todos porque los rectángulos individuales son demasiado pequeños como para verlos a una distancia normal. Es decir, que gracias a la lupa vemos los pixels uno por uno, mientras que sin ella, se superponen y el ojo percibe cada punto de la pantalla como la “suma” de varios pixels, que dan lugar a cualquier color ( rosa , naranja ,...). Si no dispusieses de lupa , este efecto es también observable poniendo unas gotas de agua en la parte superior de la pantalla y observando la magnificación detallada de los puntos que conforman la imagen. Por supuesto, ten a mano una servilleta para limpiar la pantalla.
  • Mi cámara no hace fotos La cámara digital e s una cámara fotográfica normal, pero con muchas ventajas. Entre ellas destacan la mejor calidad de imagen y la posibilidad de almacenar en una memoria una cantidad de imágenes mayor a la que cabe en un carrete.   Posteriormente, las fotos pueden pasarse de modo muy sencillo al ordenador . Así , se evita el costo de carretes y revelados. Una vez en el ordenador las posibilidades de retoque de la imagen son infinitas : elegir el encuadre, cambiar de color, utilizar diferentes filtros,... En este experimento, lo único que tendrás que hacer es contemplar el objeto que tienes delante y, si te animas, cogerlo con mucho mimo y colocar tu rostro a un palmo de la parte trasera. Estás en la misma posición que cuando vas a hacer una foto con una cámara digital ... Apunta a un objeto que se encuentre a unos tres o cuatro metros, ajusta el “zoom” acercando o alejando el cilindro móvil y ¡oh, lá, lá! se ve una imagen del objeto (invertida, eso sí) en la “pantalla”. Lástima que no podamos disparar...
  • Materiales y herramientas Primeros acoples... Oscurecimiento La CÁMARA
  • Como ves, es bien fácil construir la estructura de una cámara de fotos (otra cosa es hacerla funcionar). Material
    • Tubo de cartón grueso
    • Cinta aislante
    • Envase de margarina pequeño
    • Fieltro
    • Lámina de metacrilato transparente
    • Lupa
    • Tubo de plástico duro
    Proceso Se empieza por lo más fácil: taladrar la tapa del envase de margarina lo justo para introducir el tubo de cartón . Como la lupa no encajaba en el interior del tubo de plástico , lo ajustamos con fieltro . Se introduce el segundo tubo en el primero, de modo que lleguen hasta el fondo del envase, donde practicaremos un agujero rectangular, que cubriremos con la lámina de metacrilato . Para fijar esta “pantalla” al envase y para oscurecer la caja, se recubre éste con cinta aislante negra.
  • ¿Por qué funciona? Porque en esencia lo que hacemos es enfocar la imagen del objeto en la pantalla gracias a la lupa: estamos copiando del ojo humano . Veamos algo de su anatomía (una de las más maravillosas y complejas que hay ) . Al frente , el ojo tiene una ventana transparente (la córnea , aproximadamente de 1.2 cm de diámetro), a través de la cual se inicia el proceso visual, refractando los rayos de luz. Luego sigue la pupila , que es como un diafragma ajustable a la luz. Enseguida está el cristalino , que es una de las partes más increíbles : es como una lente zoom que se encarga de enfocar lo que ves . Cada vez que quieres ver de cerca estos músculos se contraen y el cristalino engorda. Cuando quieres ver de lejos, los músculos se relajan y el cristalino adelgaza. Cuando ves un objeto, la luz pasa a través del cristalino , que lo enfoca y proyecta sobre la retina , que es como una pared que recubre las dos terceras partes del interior. En 5 centímetros cuadrados la retina del ojo contiene 137 millones de células receptoras sensitivas a la luz : 130 millones de bastones para la visión en blanco y negro y 7 millones de células fotorreceptoras , llamadas conos, para la visión a color. Se genera, así, una cantidad mínima de electricidad, la cual pasa al nervio óptico y se transmite a tu cerebro a 500 Km/ h . Tu cerebro interpreta las señales que le llegan y emite su fallo en tan sólo 2 millonésima s de segundo . Esto se llama eficacia!!!
  • Esa cuchara que no permanece en equilibrio Es bien fácil ensayar en la cocina un efecto tan interesante como el siguiente: sujeta una cuchara sopera con dos dedos por el extremo del mango, permitiéndole que gire, y coloca su parte convexa justo debajo del chorro del grifo del fregadero. No puede ser; la cuchara sale de su posición de equilibrio de forma mágica y se eleva como si fuese atraída por un imán. En nuestro experimento, se ha sustituido el grifo por una manguera de la que sale agua gracias a una bomba , el fregadero por una cubeta para fotografía llena de agua y los dedos para sujetar la cuchara por una bisagra unida a la misma y a un soporte de laboratorio.
  • Por supuesto que todo esto tiene una explicación: se llama EFECTO MAGNUS . Como todos los libros se empeñan en explicar este fenómeno con el mismo ejemplo ( esfera girando en el seno de un fluido en movimiento), pues no hay más remedio (si queremos apoyarnos en un dibujo) que seguir la norma. El fluido se mueve con velocidad v 1 en cualquier lugar, excepto encima de la esfera , que lo hace con v 3 , y debajo, que lo hace con v 2 . Dado que la esfera está girando, empujará en el sentido del movimiento a las partículas de fluido que pasen por encima de ella, pero frenará a aquellas que pasen por debajo (fijémonos en la flecha negra que marca el sentido de giro). Parece evidente que v 3 > v 2 . Si el agua pasa más rápido por encima de la esfera , hará menos fuerza -debida a la presión- hacia abajo (F’), que la que hace hacia arriba el agua -lenta- que está al mismo tiempo pasando por debajo (F). Elemental. Se cumple, sin duda, que F > F’. Por lo tanto aparece una fuerza neta, que tiende a desplazar la esfera en dirección vertical ascendente . Esto se conoce con el nombre de efecto Magnus . El efecto Magnus es bien conocido en muchos juegos de pelota (los entendidos le llaman " efecto “ ) . Ahora, piensa que el chorro del grifo es el fluido en movimiento, que la parte convexa de la cuchara es la parte superior de la esfera y, si entiendes la justificación del efecto Magnus, ya sabrás de dónde viene la fuerza que impulsa a la cuchara fuera de su posición de equilibrio. Lo sentimos: no era magia lo que ocurría, ni hay ningún imán oculto.
  • Macetas... ¿o pilas? Hoy en día, ya poca gente concibe la vida sin electricidad. “Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”, afirmaba Aristóteles. Pero los tiempos han cambiado y lo que ahora necesitaría el filósofo griego para mover el planeta sería la electricidad, verdadera motora de lo que nos rodea. Cuando hablamos de electricidad, pensamos inmediatamente en aparatos más o menos sofisticados, pero la esencia es muy simple. Para producir electricidad, disponemos de pilas, baterías o generadores. Sin embargo, la Tierra (y la tierra) también nos ha suministrado energía eléctrica de forma natural desde tiempos inmemoriales. Para comprobarlo, basta con tener dos macetas colocadas una a continuación de otra (en serie) y unidas por un material conductor. Con dos electrodos, conectamos este ingenio a una calculadora. ¡¡¡FUNCIONA!!!
  • MINI-RESUMEN DE LA HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero que, cerca del 600 AC, conoció el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. En 1733 , el Francés Francois de Cisternay Du Fay fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denominó electricidad vitria y resinosa. En 1752 , Benjamín Franklin demostró la naturaleza eléctrica de los rayos. Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Inventó el pararrayos . En 1800 , Alejandro Volta construye la primera celda electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el físico italiano Luigi Galvani (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas. En 1819 , el científico danés Hans Christian Oersted descubre el electromagnetismo. En un experimento para sus estudiantes, la aguja de una brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica se movió. Este descubrimiento fue crucial, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo (los motores eléctricos deben mucho a este fenómeno). En 1823 , el inglés William Sturgeon construye el primer electroimán. En 1826 , el físico alemán Georg Simon Ohm fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre tensión y corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm. En 1831 , Michael Faraday dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento; así, apareció el primer generador eléctrico. En 1881 , Thomas Alva Edison produce la primera lámpara incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas.
  • Barco de jabón Mediante este experimento, tan sencillo como divertido, moveremos un “barco” sin ayuda de ningún motor: sólo con el “impulso químico”. Se puede replicar que los motores de combustión lo que hacen precisamente es convertir la energía química en energía mecánica (movimiento), pero en este caso el mérito consiste en que no disponemos de ninguna máquina.
    • MATERIAL
    • Porexpán cortado en forma de barca
    • Bandeja con agua
    • Una gota de detergente
  • PROCEDIMIENTO Es tan simple como colocar la barca en un extremo de la bandeja apuntando al otro y echar un gota de “Fairy” en su parte trasera. La barca saldrá disparada para sorpresa de cualquier espectador. Pregunta clave: ¿por qué? Las partículas de agua ejercen unas sobre otras fuerzas de atracción y repulsión, de forma que mantienen más o menos un cierto orden en el conjunto del líquido, sin descontrolarse mucho. La excepción a esta situación son las partículas de la superficie, sobre las que sólo existen fuerzas atractivas hacia el interior del fluido (pues el aire que tienen encima apenas “tira” de ellas hacia arriba). Esta situación privilegiada de las partículas superficiales hace que estén fuertemente unidas: los físicos hablan de la existencia de una “ tensión superficial ”. Pues bien, esta especie de piel que el agua tiene en su superficie (que es la que hace que, por ejemplo, algunos insectos no se hundan) podemos hacerla casi desaparecer. ¿Cómo? Añadiendo algún detergente.
  • Lo que hemos realizado en el experimento es dejar caer la gota de detergente justo detrás del barco. Es ese lugar el primero donde desaparece la “piel” antes citada y toda la suciedad que la superficie del agua posea. A continuación, la acción “limpiadora” del detergente va avanzando por el agua y se genera una fuerza que empuja el barco . Ya apareció la palabra mágica: fuerza. Es ella la que en esencia provoca el movimiento del barco. ¿La tensión superficial produce un fuerza? Sí. Fuerza = Tensión superficial · Superficie Agua Barco Detergente
  • Rozando las estrellas Estar más cerca de las estrellas es un sueño lejano del ser humano. Gracias a los telescopios, hemos acortado mucho las distancias. Es muy fácil construir uno, con un poco de precisión y cuidado. En un listón de madera de un metro y medio hacemos un carril longitudinal, por donde se desplazará un tubo de cartón en cuyo interior hemos pegado un disco de papel cebolla. Cerca de los extremos del listón sujetamos sendas lupas con sendos gatos.
  • El montaje elemental de un telescopio ya está hecho. Lo siguiente será probarlo. Se apunta a un objeto que se encuentre a unos metros y se intercala el tubo de cartón entre las dos lentes. Se mueve éste último adelante y atrás hasta que en el disco de cebolla de su interior se vea nítida la imagen que forma la primera de las lupas. Esa imagen formada es después ampliada por la segunda lupa. Sólo falta apoyar la barbilla en el extremo del listón y comprobar que a nuestros ojos llega una imagen magnificada del objeto en cuestión.
  • Algunos telescopios “famosos”
    • En 1609, el astrónomo italiano Galileo mostró el primer telescopio registrado.
    • Fue lanzado en 1990 el telescopio espacial Hubble , que tiene la ventaja de estar por encima de la atmósfera distorsionante de la Tierra. Tuvo múltiples problemas mecánicos y electrónicos y fue reparado en diciembre de 1993, pero incluso antes de la reparación, proporcionó algunas imágenes mejores que las obtenidas con instrumentos situados en la Tierra.
    • El mayor telescopio reflector del mundo era el telescopio Keck, de 982 cm, en el Observatorio Mauna Kea en Hawai. Cuando empiece a funcionar el Gran Telescopio Canarias (GTC) lo superará, gracias a que cuenta con una superficie colectora de luz de 75,7 metros cuadrados, equivalente a un espejo circular de 10,4 metros de diámetro. Podrá observar los objetos más distantes del Universo vistos hasta ahora, cuando su edad era de «tan sólo» 13.000 millones de años (la edad del Universo es de 13.700 millones de años, con un margen de error del 1%).