Horror al vacío. La Ciencia a Escena en el museo Príncipe Felipe de Valencia

https://www.youtube.com/watch?v=Wsko32q5aRI

 

Presión

Se puede clavar un alfiler en un trozo de madera pero no se puede introducir el dedo aunque se haga más fuerza. ¿Por qué? La diferencia en los dos casos es el área, la punta del alfiler tiene un área menor. 

En muchas ocasiones no sólo es importante considerar la fuerza que se ejerce sobre los cuerpos sino la superficie sobre la que se ejerce. Una fuerza que actúa sobre un área menor ejerce una mayor “presión”. La presión es la fuerza por unidad de superficie.

Presión = fuerza (en newton)/superficie (m²). La unidad se llama Pascal

Un elefante que pesa 40000 N (4000 kg) se mantiene sobre una pata con un área de 1000 cm² (1/10 m²). La presión que ejerce es:

P = 40000/1/10 = 40000 N/m²

¿Cuál es la presión que ejerce una mujer de 400 N (40 kg) sobre un tacón de aguja de área 1cm² (1/10000  m²)?

P = 400 /1/10000 = 4000000 N/m²

Resulta 10 veces mayor que la presión que ejerce el elefante.

EL TRUCO DEL FAQUIR

Los faquires son "santones" de la india que son capaces de mortificar su cuerpo sin mortificar su cuerpo sin sentir dolor, debido a lo que ellos llaman "un estado superior del espíritu", que les permite aislar la mente del cuerpo.

Una de estas mortificaciones, consiste en acostarse a dormir en una cama llena de clavos. Si duele pincharse con un clavo ¿qué dolor puede producir dormir en una cama llena de clavos?

Nos debemos fijar en la presión  (p=F/S). La presión aumenta cuando aumentamos la fuerza o disminuimos la superficie. Cuanto mayor sea la presión mayor dolor se siente.

En el caso del faquir , la fuerza (su peso) se mantiene constante. La superficie sin embargo es muy pequeña en un solo clavo pero cuando esta aumenta cuando aumenta el número de clavos disminuye mucho la presión.

 

Experimento : Sobre vasos

Materiales

Vasos de papel

Procedimiento

- Una persona se sube sobre un vaso de papel que queda chafado.

- Colocamos  vasos en filas y columnas y colocamos sobre ellos una tabla ¿qué ocurre si nos subimos encima? ¿podríamos repetir la experiencia con clavos como hacen los faquires?

Experimento. Caminando sobre huevos

Puedes caminar sobre huevos sin romperlos

Materiales

• Unas pocas docenas de huevos que estén en sus envases (Selecciona huevos de tamaño grande)
• Gran bolsa de plástico de basuras
• Cubo de jabón y agua (y algún desinfectante)
• Amigos con los pies desnudos

 

• 

 

https://www.youtube.com/embed/DiRw-PzLiXQ?autoplay=1&wmode=opaque

 

Procedimiento

 

1. Si quieres intentar la aventura de estar sobre huevos, solamente necesitarás dos paquetes de huevos (dos docenas de huevos). Si quieres Caminar sobre huevos necesitas ocho paquetes de huevos grandes.
2. Extiende la bolsa de basura sobre el suelo y distribuye los paquetes de huevo en dos filas.
3. Inspecciona todos los huevos para asegurarse de que no tienen roturas o fracturas en cualquiera de las cascaras. Reemplaza los que sean necesarios.
4. Es importante asegurarte de que todos los huevos están orientados de la misma manera en los paquetes también. Un extremo del huevo es más “puntiagudo” que el otro extremo que es más redondo. Asegúrate  de que todos los huevos están orientados en la misma dirección. Al hacer esto, tendrás un mayor nivel de superficie sobre el que estás de pie.
5. Quítate los zapatos y calcetines . . .busca un amigo que te ayude en tu paso en el primer paquete de huevos. La clave es poner us pies tan planos para distribuir tu peso por igual a través de las partes de arriba de los huevos . Si la curvatura es grande, puedes intentar posicionarla entre dos filas de huevos en lugar de permanecer en la parte de arriba de un huevo.  
6. Cuando tus pies están adecuadamente colocados, lentamente desliza todo tu peso en la pierna de los huevos mientras colocas el otro pie sobre el segundo paquete de huevos.

.

¿Cómo funciona?

 

Cuanto más huevos entre los que disminuyas tu peso menor será la presión sobre cada uno. Además, la forma del huevo es el secreto.  La forma única del huevo da una fuerza tremenda, a pesar de su apariencia de fragilidad. Los huevos son semejantes en forma a un arco tridimensional, una de las formas arquitectónicas más fuertes. El huevo es la más fuerte en la parte de arriba y la de abajo (o en el punto más alto del arco). Si sujetas un huevo en tu mano y lo estrujas en la parte de arriba y en la de abajo , el huevo no se rompe porque estás añadiendo presión en los extremos que son las partes más fuertes del huevo. La forma curvada de la cáscara también distribuye la presión por igual sobre toda la cáscara mejor que concentrarla en un punto. Si rodeas completamente el huevo con tu mano y rompes, la presión que aplicas al estrujar se distribuye totalmente sobre todo el huevo. Sin embargo, la cáscara se rompe fácilmente si estrujas sobre el borde de un bowl el lado. Esto también explica el por qué una gallina puede incubar un huevo sin romperlo, mientras que un pequeño pollito rompe la cáscara picoteando sobre un punto de la cáscara. 

 

El paquete de los huevos también juega un papel en evitar que los huevos se rompan. Joseph Coyle está acreditado como el inventor del primer contenedor para mantener los huevos sin romperse cuando los transportaba de la granja local a la tienda

Cama de clavos - Faquires

https://www.youtube.com/watch?v=NqL9akxRS1Y

 

El Hormiguero 3.0 - Marron se convierte en fakir

https://www.youtube.com/watch?v=sdc88Mr-OEs

 

Presión sobre fluidos

Los fluidos también ejercen presión sobre la superficie de los objetos que se encuentran en su interior  y por supuesto también la ejerce el aire. La presión aumenta con la profundidad. Un buzo que se  sumerge a grandes profundidades necesita un traje especial mientras que un submarinista que bucea cerca de la superficie no lo necesita. Los batiscafos, construidos para investigar los fondos submarinos deben tener paredes muy gruesas para poder soportar las grandes presiones.

Experimento : La presión depende de la profundidad

Los líquidos ejercen presión sobre toda superficie que se encuentre sumergida en ellos y esta depende de la profundidad. Se llama presión hidrostática.

Materiales

Botella grande con agujeros a distinto nivel,  un recipiente para recoger el agua

Procedimiento

Se ha construido un dispositivo formado la botella grande que contiene agua  y tiene agujeros a distinto nivel y que se han tapado con plastilina.  Se descubren los agujeros y el agua sale por ellos con una presión que depende de la profundidad.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

 

 

 

Torricelli con su barómetro de mercurio. .

El 11 de junio de 1644, el físico y matemático Evangelista Torricelli (1608-1647) escribió una carta a su amigo –y también matemático– el cardenal Michelangelo Ricci (1619-1682), en la que podía leerse una conocida frase que ofrece una descripción del lugar que ocupamos los seres humanos en relación al medio atmosférico: “Vivimos en el fondo de un océano de aire”. Esta famosa cita no terminaba ahí. La frase seguía así: “(…), el cual [el aire], por incuestionables experiencias, se sabe que tiene peso”. Torricelli había desentrañado la naturaleza del escurridizo aire y descubierto cómo actúa, ejerciendo la cambiante presión atmosférica.

El año anterior, Torricelli inició esas experiencias a las que se refiere en la carta, que le llevaron a la invención del barómetro de mercurio. Su maestro Galileo Galilei, fallecido en 1642, había iniciado el estudio de la fuerza que ejerce el aire, sin llegar a desentrañar del todo la cuestión, ya que perduraba desde tiempos de Aristóteles la idea de que no podía generarse vacío en el seno de la atmósfera, lo que dificultaba la comprensión del modus operandi del aire. En 1643, Torricelli abordó la cuestión experimentando con distintos tubos de mercurio hasta que dio con el quid de la cuestión.

Representación esquemática del experimento de Torricelli, que le condujo a la invención del barómetro de mercurio, en 1644.

El experimento de Torricelli es uno de los más conocidos de la historia de la ciencia y, la versión más extendida del mismo cuenta que el físico italiano tomó un tubo de vidrio de aproximadamente un metro de longitud cerrado por uno de sus extremos y lo llenó de mercurio; tapando el extremo abierto con su dedo pulgar lo dio la vuelta y lo sumergió ligeramente en una cubeta también con mercurio para, a continuación, quitar el dedo y dejar que entraran en contacto el mercurio del tubo y la cubeta.

Observó que el nivel del mercurio descendía en el tubo hasta quedar situado aproximadamente a una distancia de 76 centímetros de la superficie de mercurio de la cubeta. Dedujo, acertadamente, que en el hueco que quedaba en la parte superior del tubo se había creado el vacío aunque hay en él vapores de mercurio y que el líquido descendía hasta donde le dejaba la presión que ejercía el aire sobre la superficie del mercurio en la cubeta.

Los filósofos de la antigüedad, lejos de sospechar el peso del aire, lo consideraban como un cuerpo que por su naturaleza tendía a elevarse; explicándose la ascensión de los líquidos en las bombas por el fuga vacui, "horror al vacío", que tiene la naturaleza.

 

Variación de la presión atmosférica con la altura.

 

Cuando los jardineros de Florencia quisieron elevar el agua con una bomba de hélice, apreciaron que no podían superar la altura de 10,33 m. Consultado Galileo, determinó éste que el horror de la naturaleza al vacío se limitaba con una fuerza equivalente al peso de 10,33 m de agua (lo que viene a ser 1 atm de presión), y denominó a dicha altura altezza limitatíssima.

 

El experimento Torricelli con un tubo y mercurio

 

En 1643, Torricelli tomó un tubo de vidrio de aproximadamente un metro de longitud y lo llenó de "plata viva" (mercurio). Manteniendo el tubo cerrado con un dedo, lo invirtió e introdujo en una vasija con mercurio. Al retirar el dedo comprobó que el metal descendía hasta formar una columna cuya altura era 13,6 veces menor que la que se obtenía al realizar el experimento con agua. Como sabía que el mercurio era 13,6 veces más pesado que el agua, dedujo que ambas columnas de líquido estaban soportadas por igual contrapeso, sospechando que sólo el aire era capaz de realizar dicha fuerza.

Cuando ocurrió  la prematura muerte de Torricelli, los experimentos de este llegaron a oídos de Pascal, a través del Padre Mersenne que los dio a conocer en París. Aunque aceptando inicialmente la teoría del horror al vacío, no tardó Pascal en cambiar de idea al observar los resultados de los experimentos que realizó. Empleando un tubo encorvado y usándolo de forma que la atmósfera no tuviera ninguna influencia sobre el líquido, observó que las columnas llegaban al mismo nivel. Sin embargo, cuando permitía la acción de la atmósfera, el nivel variaba.

 

Variación de la presión atmosférica con la altura.

Estos resultados le indujeron a abordar el experimento definitivo, consistente en transportar el barómetro a distintas altitudes y comprobar si era realmente el peso del aire el que determinaba la ascensión del líquido en el tubo. Al escribir a Perier, uno de sus parientes, el 15 de noviembre de 1647 acerca del experimento proyectado, decía:

Si sucede que la altura de la plata viva es menor en lo alto de la montaña, que abajo, se deducirá necesariamente que la gravedad y presión del aire es la única causa de esta suspensión de la plata viva, y no el horror al vacío, porque es verdad que hay mucho más aire que pese al pie de la montaña que en su vértice.

 

El 19 de septiembre de 1648, Pelier cumplió el deseo de su cuñado, y realizó el experimento ascendiendo a la cima del Puy-de-Dôme. Comparando la medida realizada en la cima, situada a un altura de 500 toesas (cerca de 1000 m), con la de base, tomada por el padre Chastin, hallaron una diferencia de tres líneas y media entre ambas. La idea del horror vacui quedó definitivamente abandonaba: el aire pesaba.

Estos resultados le indujeron a abordar el experimento definitivo, consistente en transportar el barómetro a distintas altitudes y comprobar si era realmente el peso del aire el que determinaba la ascensión del líquido en el tubo. Al escribir a Perier, uno de sus parientes, el 15 de noviembre de 1647 acerca del experimento proyectado, decía:

Conclusiones  

Vivimos, como los buzos en el agua, sumergidos en un océano de aire. La gran profundidad a la que estamos hace, que aunque la densidad del aire es mucho menor que la del agua, la presión sea enorme. Puede imaginar que hay  una columna gigante  de aire sobre el periódico. Esta columna de aire es de 402 km de altura.

Al nivel del mar la presión del aire es aproximadamente 760 mm de Hg (1,013 10 ⁵ Pa), 1 atmósfera. Con un cálculo aproximado la fuerza sobre un metro cuadrado es

F = pS = 10000 Pa. 1m² = 10000 N

Sobre una mesa para comer de un metro cuadrado la fuerza es de 100000 N (el peso de 100 personas), o diez coches sobre una superficie de 1m², también a 100 personas muy gruesas o 200 delgadas. Las cosas no se chafan con esta enorme presión porque la presión está actuando por todos los lados

EXPERIMENTOS CASEROS BASADOS EN LA EXISTENCIA DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Experimento. Periódico pesado

Demonstrar las propiedades increíbles del aire y la presión atmosférica sobre una hoja de periódico. 

Materiales

• Regla  de madera
• Varias hojas grandes de periódico
• Gafas de trabajo
•  

 

 

https://www.youtube.com/embed/7o8fhQximW0?autoplay=1&wmode=opaque

 

 

1.Coloca la regla el de madera sobre la mesa y déjala sobresalir  del borde aproximadamente 10 cm . Pregunta a los espectadores ¿qué sucede si golpeamos un trozo de madera que está colgando sobre el borde de la mesa?  Asegúrate que todo el mundo está fuera de tu golpe de karate-sobre la regla. Por supuesto,  la regla volará como se esperaba.

2.Vuelve a poner la regla sobre la mesa colgando de 10 a 15 cm  sobre el borde. Utiliza un  trozo de papel para asegurarse que la regla esté en su posición.  "Muestra una hoja de periódico y dóblalo por la mitad 3 o 4 veces. Coloca el papel doblado sobre el extremo de la regla  que está sobre la mesa. Comprueba que todo el mundo está lejos de la mesa cuando golpees la parte de la regla que está colgando . ¿qué sucede? ¿Ayuda el papel de periódico a sujetar la regla en su lugar? Por supuesto, la respuesta es no

 

3.Finalmente, muestra a los espectadores una nueva hoja de periódico y utilizala para cubrir la porción de la regla que está sobre la mesa.  Asegúrate que el periódico está alineado con el borde de la mesa.  Alisa el periódico con tus manos de manera que no existan bolsas de aire bajo la hoja de papel . Golpea el borde que sobresale con un golpe de karate rápido. La regla se rompe.

¿Qué sucede?

Los resultados del experimento prueban que el periódico es más difícil de levantar cuando se extiende sobre un área mayor, aunque el peso del periódico doblado y sin doblar sea el mismo. ¿Qué otra fuerza se ejerce sobre el periódico podría explicar estas diferencias? La respuesta es tan simple como el aire que respiramos. Es la presión del aire empujando hacia abajo sobre el periódico  el que evita que el papel se levante. . Alisar el periódico con tus manos antes de golpear la regla es un paso crucial importante.

Experimento. Vuelca un vaso con agua y nada se vierte

 

https://youtu.be/27MRMGja9k4?list=PLrTN5KhNA9wxLRxWfCEbVHXSPb0uYgMLM

 

 

Materiales

1 vaso o una copa

2.Una tarjeta o una carta de una baraja de un tamaño de al menos la boca del vaso o copa

Procedimiento

1:Antes de que empieces, asegúrate que la tarjeta o carta de un baraja es lo bastante grande para cubrir completamente la boca del vaso. Llena el vaso o copa de plástico hasta el borde con agua.

2.Cubre la copa con la tarjeta o carta, asegurándote que  cubre completamente la boca del vaso.

3.Mantener tu mano sobre la tarjeta y vuelca el vaso boca abajo. Sujétala  sobre un recipiente por si accidentalmente se derrame.

4. Lentamente quita la mano y la tarjeta se mantendrá en su lugar.

 

 

¿Qué ocurre?

 

Al dar la vuelta al vaso el agua retiene la carta, la cual se separa un poquito del borde del vaso. Se producen dos fenómenos. Por un lado, en el interior del vaso aumenta el volumen y por tanto, baja la presión. Por otro lado, la presión atmosférica empuja la carta sobre el agua. Al tener más presión fuera que dentro, la carta se mantiene en el borde del vaso. Pero como la diferencia es tan poca, si tocas la carta, saldrá toda el agua.

Cuando el sellado se rompe (incluso un poco),el aire entra en la copa , equilibra la presión, y la gravedad empuja el agua hacia fuera. Haciendo un agujero del tamaño de una chincheta en la tarjeta el aire se filtre en la copa desde el exterior. La presión de las moléculas de aire dentro y fuera de la copa son iguales, la fuerza de la gravedad actúa, la tarjeta cae, y el agua se vierte .

Experimento.  Lata aplastada por la presión?

https://youtu.be/qXclcimrmfI

Materiales

. Lata de refresco

. Un fuego de cocina

. 1 bowl

. Pinzas

Procedimiento

1.Abrir la lata y quitar el refresco de su interior.

2.Llena el bowl con agua fría (cuanto más fría mejor).

3.Añade una cucharada generosa de agua a la lata de refresco vacía (lo bastante para cubrir el fondo de la lata).

4.Coloca la lata directamente sobre un fuego  de la cocina mientras esté en la posición  “OFF”. Conecte el fuego para calentar el agua. Pronto oirás el sonido  del agua hirviendo y verás el vapor de agua saliendo de la lata. Continua calentando la lata durante un minuto más.

5.Es importante pensar en el siguiente paso antes que lo hagas. Utiliza las pinzas para quitar las latas del fuego, vuélcala boca abajo, y sumerge la boca de la lata en el bowl de agua. Agarra la lata cerca del fondo con las pinzas  y sujeta las pinzas de manera que tu mano esté en posición palma arriba. Utilizando un rápido movimiento, levanta la lata del quemador, gírala boca abajo, y sumérgela en agua fría. No lo dudes hazlo

6. La lata literalmente implosiona. ¿Qué fuerza es lo bastante grande para chafar la lata?

7.Vete hacia atrás hacia la cocina y hazlo de nuevo. Cada vez que repites el experimento, cuidadosamente observa lo que está sucediendo.

¿Cómo funciona?

 Antes de calentar, la lata se llena con agua y aire. Hirviendo el agua, el agua cambia de estado — de líquido a gas. Este gas se llama vapor de agua. El vapor de agua el aire que está originalmente dentro de la lata  sale a la atmósfera. Cuando la lata se vuelve boca abajo y colocado en el agua, la boca de la lata forma un sello de estrechamiento del aire frente a la superficie del agua en el bowl. En la separación de un segundo ,de todo el vapor de agua  que empuja el aire afuera de la lata  sólo queda una gota o dos de líquido que ocupa mucho menos espacio. Esta pequeña cantidad de agua condensada no puede ejercer mucha presión sobre el interior de la lata — y nada del aire exterior pueden volver a la lata. ¿El resultado? La presión del aire empujando desde afuera de la lata es lo suficientemente grande para chafarla. 

Esta acción es semejante a lo que sucede cuando bebes en paja. Aunque digamos que estamos succionando el líquido a través de la paja, realmente no es esto. Para simplificar, la ciencia no succiona — mejor empuja y tira. La presión del aire exterior está empujando sobre  la superficie del líquido. Cuando reduces la presión en tu boca (la acción de succionar), la presión exterior es mayor que la presión en el interior de tu boca. Por esta razón, el líquido subirá a través de la paja en tu boca. La misma cosa es verdad con la lata en nuestro chafado de la lata. La presión del aire exterior empujando hacia abajo sobre la superficie del agua es mayor que la fuerza de dentro de la lata.

Experimento. Huevo en una botella

 

 

https://youtu.be/Fhz4xsJ1LUo

 

Materiales

• Huevos
• Cacerola y cocina
• Botellas de vidrio de boca ancha -la boca necesita ser un poco más pequeñaque el huevo.
• Aceite vegetal
• Cerillas
• Tiras de papel dobladas un par de veces a lo largo (ligeramente más corta que la botella)

 

Procedimiento

1. Coloca los huevos en una cazuela y añade suficiente agua de manera que cubra a los huevos. Deja el agua hervir durante 5 minutos, a continuación quita la cazuela del fuego y cúbrela. Dejala reposar durante 25 minutos, entonces quita los huevos y sumérgelos en agua fría.
2. Utiliza una toalla de papel para revestir el borde interno de la boca de la botella con un poco de aceite vegetal para lubricación.
3. Pela uno de los huevos, entonces sumérgelo en agua y colócalo con el extremo pequeño hacia abajo en la boca de la botella de cristal. Debería ser ligeramente mayor que la boca de la botella, no se ajusta dentro.
4. Utiliza una cerilla en el extremo de una tira de papel para encenderlo. Levanta el huevo de la botella, tira la tira de papel dentro de la botella con la llama hacia abajo, y rápidamente recolocar el huevo. Observa el huevo oscilar un poco  en la boca de la botella  y es absorbido hacia dentro.

 

¿Qué sucede?

 

Las claras de los huevos están hechos de agua y proteínas. Las proteínas están hechas de largas cadenas de amino ácidos, pero en un huevo las cadenas están agrupadas estrechamente en esferas individuales. (Estas se llaman “proteínas globulares”) Cuando el huevo se calienta, las proteínas y las moléculas de agua empiezan a moverse más rápidamente. A medida que se mueven y chocan entre sí, las cadenas de proteínas individuales empiezan a desenrollarse, enlazándose con otras cadenas de proteínas, formando una red de proteínas con agua atrapada dentro. La consistencia ha cambiado desde clara del huevo líquida a un sólido blando..

Así ¿cómo este resbaladizo  huevo sólido se introduce misteriosamente en la botella.? La respuesta es la presión del aire. Cuando colocas el huevo sobre la botella, la presión del aire dentro de la botella equilibra la presión del aire fuera, y nada sucede. Cuando dejas caer el papel ardiendo en la botella, el aire de dentro se calienta y expanda rápidamente. Este aire que se expande empuja al huevo a un lado y escapa desde la botella; es por lo que ves al huevo vibrando. Cuando el fuego consume todo el oxígeno dentro de la botella la llama se apaga y permanece aire en la botella enfriándose. El aire frío ocupa menos espacio, ejerciendo menos presión en el interior de la botella. (El huevo actúa como un sello para evitar que el aire exterior entre para llenar el espacio extra.) El resultado es una fuerza sin equilibrar —la fuerza del aire empujando el huevo de fuera de la botella es mayor que la fuerza con que el aire empuja desde dentro de la botella. – el huevo es empujado en la botella.

 

¿Cómo sacar el huevo de nuevo? Necesitas incrementar la presión dentro de la botella. Vuelve la botella boca abajo e inclínala hasta que el extremo pequeño  del huevo esté colocada en la boca. Ahora pon tu boca próxima a la botella y sopla, forzando que entre más aire en la botella la presión dentro crece. Cuando quites la boca , el huevo saldrá despedido.

 

Experimento. Agua que sube.

https://youtu.be/_3YArPbmjsY

Materiales

• Vela y cerillas
• Bandeja de horno o plato
• Botella de zumo, jarra o vaso claro
• Agua
• Colorante alimenticio
• Cerillas

Procedimiento

1.Añade 2 -3 gotas de colorante alimenticio al agua. Esto hará el movimiento del agua más fácil de ver después. Es interesante ver como las gotas de colorante se dispersan a través del agua antes de agitar

2.Vierte el agua coloreada en un plato. Aproximadamente 1 cm de profundidad.

3.Coloca una vela recta en el centro del plato. Para asegurarse que todo ajusta, coloca el recipiente sobre la vela y en el agua. Asegúrate que la base está bien por encima de la mecha de la vela y su borde de arriba está sumergido debajo del agua. Añade agua si es necesario. Cuando estés contento con la distribución, quita el contenedor.

4.Cuando la vela está estable,enciende la vela. La llama de la vela necesitas arder brillantemente.

5.Pon el contenedor encima de nuevo y bájala sobre la vela ardiendo. Coloca el contenedor sobre el plato en el agua y déjalo. Puedes ver burbujas procedentes de dentro del contenedor. Al principio, la vela permanece ardiendo y el nivel del agua sube lentamente. En el momento en que la vela se apaga, el agua sube rápidamente.

¿Cómo funciona?

Un error común en la explicación de este experimento es que el consumo de oxígeno por la llama en el contenedor es el factor en  la elevación del agua. Puede existir una ligera posibilidad de que existiera una pequeña elevación del agua desde la llama utilizando el oxigeno, pero es extremadamente pequeño comparada con la razón real. Simplemente, el agua se elevará imperceptiblemente en una proporción constante a medida que los niveles de oxígeno se consuman. Probablemente vemos que el nivel se eleva casi de una vez y sobre todo cuando la vela se apague.

Al principio, la llama calienta el aire dentro del recipiente; este aire caliente se expande rápidamente. Algo del aire que se expande escapa por debajo del vaso o jarra. (Puedes haber visto algunas burbujas) Cuando la llama  se extingue y apaga , el aire del recipiente se enfría. El aire más frío se contrae y entonces ocupa menos espacio. Esta contracción crea un débil vacío, o más baja presión, en contenedor. ¿Dónde está la presión más alta?  Es fuera del contenedor presionando sobre el agua en el plato. El aire exterior empuja el agua dentro del contenedor hasta que la presión está equilibrada a la vez dentro y fuera del contenedor. El agua para de  elevarse cuando se iguala la presión.
 

Experimento. Pegado como con pegamento

https://youtu.be/Kc6noP-MWMI

Materiales

. Toalla de papel

. Papel para encender

. Una vela

. Un plato

. Un encendedor

 

Procedimiento

1.Recorta o desgarra una toalla de papel (o servilleta) de forma  que sea mayor que la boca de la jarra o vaso que estás  usando. Sumerge el trozo de la toalla en el agua para que quede mojada. Escurre el exceso de agua y alisa la toalla húmeda sobre el plato.

2.Desgarra un trozo de papel. Dóblala, enciéndela y échala en  la jarra mientras esté ardiendo.

3.Asegurate que el papel esté ardiendo bien en la jarra. Entonces agarra la jarra, vuélcala, y colócala boca abajo en el centro de la toalla húmeda sobre el plato. Permite que el papel arda en la jarra hasta que la llama se apague. Observa lo que sucede cuando el borde toca la toalla húmeda

4.Cuando la llama se apaga, levanta la jarra. El plato va con ella.

¿Qué ocurre?

A medida que el papel arde utiliza un poco de oxígeno, pero el calor generado por la llama hace que el aire dentro de la jarra, expandiéndose , y saliendo  de la jarra. Cuando menos aire esté dentro, la presión en la jarra disminuye. Con la jarra boca abajo sobre la toalla húmeda, probablemente verás burbujas alrededor del borde del exterior. Se va expandiendo, el aire caliente se escapa de la jarra.

Cuando el papel ardiendo se apaga, el aire dentro de la jarra se enfría y contrae rápidamente. Normalmente, el aire afuera de una jarra abierta entraría y la presión en el interior de la jarra se igualarían instantáneamente. Esta vez, sin embargo, existe una toalla húmeda de manera que bloquea la vuelta del aire exterior. Esto mantiene la presión más baja dentro de la jarra y la presión más alta afuera de la jarra. Puedes haber visto unas pocas burbujas alrededor del borde sobre el interior esta vez. Algo del aire exterior intenta ir dentro antes de que el sellado se estreche. La diferencia entre las dos presiones es lo suficiente para que la presión más alta empuje el plato frente a la presión más baja del aire dentro de la jarra mientras la toalla se mantenga húmeda. A medida que se seca un poco , las dos presiones se igualarán y el plato caerá.

Cuando piensas en una diferencia de presión como esta , puedes pensar en la palabra “succión”. Los científicos evitan esta y a su vez describen esto como empujar y tirar. El aire desde afuera de la jarra quieren entrar dentro para igualar las cosas . Cuando esto no es así por la toalla húmeda, el aire exterior querría entrar dentro y el vacío se perdería. Sin embargo, el agua en las fibras de la toalla de papel efectivamente mantiene el aire a alta presión para volver a la jarra.

Existe una explicación simple de esto. El agua (igual que otras sustancias) tiene dos propiedades moleculares llamadas adhesión y cohesión. La adhesión es una capacidad molecular del agua para unirse a otras moléculas. La cohesión es, como debería esperar, la capacidad de una molécula de agua para unirse a otras moléculas de agua .Mientras este húmeda, la adhesión y cohesión de moléculas de agua crean un ligero sello entre el plato, la toalla de papel y la jarra. Una vez que la toalla se seca lo bastante, sin embargo, todas las ligaduras acaban.

Experimento. Globo en una botella

 

https://www.youtube.com/watch?v=iIBGpuPM7DQ

Materiales

. Botella de refresco

.Globo de agua

. Clavo (o chincheta) y martillo

Procedimiento

1. Desliza el globo dentro del cuello de la botella y estira la boca del globo sobre la parte de arriba de la botella.
2. Toma aire y prueba a soplar el globo dentro de la botella
3. Quita el globo, llena la botella de refresco hasta el borde con agua, a continuación séllalo con un tapón.
4. Pincha un pequeño agujero con un clavo y un martillo en el lado de la botella , cerca de la base.
5. Quita el clavo, destapa la botella, y vacía el agua hacia afuera.
6. Coloca el globo en la botella de nuevo (Paso 1) y trata de hinchar el globo. Sopla duro hasta que el globo llena la mayor parte de la botella (dejar un poco de agua en la botella ayuda). Coloca un dedo sobre el agujero del clavo cuando pares de soplar. Ahora retira el dedo.

¿Qué sucede?

El globo no se hinchará mucho la primera vez porque la botella ya está llena de aire. No existe hueco para que el globo se expanda dentro de la botella. Sin embargo cuando pinchas un agujero en la botella, las moléculas de aire en la botella tienen una salida. Son empujadas hacia afuera del globo que llenan el espacio de dentro. Mientras cierres el agujero el globo permanecerá hinchado. Cuando quitas el dedo del agujero, el aire del exterior fluye de vuelta a la botella mientras el globo colapsa. Por la elasticidad de la goma o latex, el globo se contrae a su tamaño original cuando el aire sale de la parte de arriba de la botella. Cuando llenas la botella con agua, hace sus paredes más rígidas y es más fácil empujar el clavo a través del plástico flexible.

Infla el globo en la botella de nuevo y cubre el agujero del clavo con el dedo. Vierte el agua en el globo mientras mantienes tu dedo sobre el agujero. Vete afuera o sujeta la botella sobre un lavabo antes de quitar tu dedo. Observa el chorro de agua que sale por la parte de arriba de la botella.

Experimento. Empaquetado de una persona

La  presión atmosférica sobre tu cuerpo se revela con una bolsa de plástico y un aspirador de vacío

La simple diferencia entre la presión alta y baja  del aire hace posible el empaquetado.

https://youtu.be/QglHpr1nii0

 

 

Materiales

. Bolsa de plástico para empaquetar

. Aspirador de vacío

 

Procedimiento

1. La persona de pie se introduce en la bolsa de plástico para embalar .

2. La persona agarra el tubo del aspirador al vacío en su mano y cierra la bolsa lo más estrechamente posible dejando la cabeza fuera.

3. Se conecta el aspirador para quitar el aire de la bolsa. Si el sellado es estrecho, se necesitan segundos para que la bolsa de plástico se ajuste al cuerpo. Será imposible que puedas hacer algún movimiento .

¿Cómo funciona?

• El aire es la cuestión: tiene peso y ocupa espacio. Antes de empezar la demostración, la bolsa estaba llena con aire aunque pareciera “vacía”.
• Antes de conectar la aspiradora de vacío , la presión dentro de la bolsa era la mismo que la presión fuera de la bolsa.
• La aspiradora de vacío saca aire de la bolsa y está pérdida creaba una condición de baja presión dentro de la bolsa. La presión fuera de la bolsa era más alta que la presión dentro de la bolsa. Esto hace que la bolsa sea empujada estrechamente sobre la persona por la alta presión del aire en el exterior.

La aplicación práctica de este proceso se utiliza en el empaquetado al vacío de comidas perecedera para aumentar mucho su vida propia y la seguridad. Quitar el aire de alrededor de los productos  también reduce el espacio de embalado de los elementos no alimenticios.

HORROR AL VACÍO

La posibilidad de existencia del vacío fue negada firmemente por Aristóteles en su Física, y se  mantuvo sin discusión hasta la mitad del siglo XVII. Aristóteles y su prestigio dieron  lugar al pleno acuerdo, en la edad media, de la teoría de que la naturaleza “aborrece al vacío”. La teoría del rechazo al vacío, que afirma que la naturaleza evita la producción del vacío a cualquier coste, fue utilizada para explicar diferentes fenómenos, como el funcionamiento de la bomba y el sifón: el movimiento  hacia arriba del agua en este dispositivo fue de hecho interpretada como una acción que realiza la naturaleza para evitar un vacío después de la succión.

El final de la teoría de horror vacui –es uno de los grandes méritos de un discípulo de Galileo, Evangelista Torricelli que realizó un experimento, muy simple, realizado en Florencia en primavera de 1664. Torricelli llenó un tubo de vidrio, abierto por un extremo, con mercurio. A continuación cerrando el extremo abierto con un dedo, giro el  tubo de arriba abajo y lo bajo en un recipiente que contenía mercurio. Observó que la columna de mercurio sólo descendía parcialmente, parando a una altura de 76 cm. Torricelli creía que el espacio creado por el descenso de mercurio en el tubo estaba vacío y que lo que mantenía a la columna de mercurio en el recipiente. En una carta a Michelangelo Ricci, el 11 de Junio de 16444, Torricelli declaró que este experimento probaba dos conceptos fundamentales: la naturaleza no aborrece el vacío y el aire tiene peso. Los resultados del experimento de mercurio abrió un período de transformaciones revolucionarias y dio un aire fresco a una doctrina que había sido válida durante siglos.

Otto von Guericke completó, alrededor de 1655, una bomba que podía extraer el aire. Con este nuevo instrumento, von Guericke fue capaz de realizar, en Magdeburgo, en 1657, un experimento espectacular con la ayuda de un gran número de sus conciudadanos. Demostró que la presión del aire mantenía unidas dos semiesferas en las que se había  un vacío creado por una bomba neumática, con tal fuerza necesitaba dos tiros de caballos para separarlos. Von Guericke entendió que el peso del aire era una fuerza que se podía utilizar, para elevar pesos, por ejemplo. Inició así una línea de investigación que llevó a la máquina de vapor de  James Watt (1736-1819).

OTTO VON GUERICKE

La época de Guericke fue de gran curiosidad científica: Galileo, Torricelli y Pascal mostraron la existencia de la presión atmosférica y crearon el barómetro, instrumento que se hizo célebre. El sabio se interesó por los fenómenos del vacío, y vio, con asombro, que tres hombres no podían extraer con una jeringa el agua de un tonel herméticamente cerrado.

Hijo de un magistrado, Guericke estudió derecho y matemáticas y fue ingeniero militar del rey de Suecia; luego, de 1646 a 1681, fue burgomaestre de su ciudad natal, Magdeburgo. Allí creó la bomba de vacío que lo inmortalizaría. En sus relatos, publicados en 1672, nos dice que tardó quince años en perfeccionarla.

Von Guericke adaptó en 1640 a un tonel de madera una bomba de agua, después lo llenó con agua y lo clausuró. Con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua. El bombeo se prolongó después de vaciado el tonel, lo que causó la precipitación del aire a través de los poros de la madera. Este suceso lo motivó a ocuparse en otro experimento: la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba. Omitió el agua y bombeó directamente el aire. Cuando había extraído aparentemente todo el aire, la esfera se deformó de manera repentina (sufrió un efecto de compresión) debido a la presión atmosférica.

 

 

Bomba de aire de Von Guericke usada en la demostración en Berlín y Magdeburgo.

A partir de estos experimentos llegó a crear la bomba de aire . Esta era esencialmente igual a una bomba de agua y tenía válvulas manuales. Contaba con una construcción más cuidadosa ya que estaba herméticamente sellada alrededor del cilindro y las válvulas. En principio, la única diferencia entre tales bombas para crear vacío y las usadas para extraer agua es que el trabajo se realiza tirando  en lugar de empujando, con una correspondiente secuencia de válvulas.

Bomba de vacío eléctrica moderna

Experimento : QUITANDO EL AIRE

https://www.youtube.com/watch?v=2opFNPDfKtw

 

Campana de vacío

Al eliminar el aire de una campana de vacío pueden ocurrir cosas curiosas

Materiales

Lata de refresco, globos, plastilina, botes de plástico de películas de 35 mm, Erlenmeyer de 250 ml, Crema de afeitar, Campana y base para el vacío, Bomba de vacío

Procedimiento

•  Se conecta el tubo de la bomba de vacío a la lata de refresco y se sella con plastilina. Se pone en marcha y la lata se chafa debía a la presión atmosférica.
• Se introduce un globo prácticamente deshinchado en la campana y con la bomba de vacío se extrae el aire. El globo va hinchándose paulatinamente. Al disminuir la presión un globo inicialmente poco hinchado empieza a aumentar de volumen.
• El Erlenmeyer se llena parcialmente con crema de afeitar y se coloca en la campana.

Se pone en marcha la bomba de vacío y muy lentamente al principio, la crema de afeitar empieza a crecer en forma de serpiente. La serpiente crece lentamente hasta que un minuto y medio después la serpiente ha alcanzado su máximo tamaño. La estructura química de la crema de afeitar es tal que hay muchos bolsas de aire atrapadas por las moléculas. Antes de conectar la bomba de vacío la presión dentro de la crema de jabón es igual a la presión alrededor. Cuando se conecta la bomba y aparece una diferencia de presión la fuerza en el interior es mayor que en el exterior y la crema se expande.

- Se colocan los botes de plástico en la campana de vacío. Sus tapas se han cerrado cuidadosamente.

Se pone en marcha la bomba de vacío y muy pronto las tapas de los botes de película empiezan a volar muy violentamente. Después de un minuto todas las tapas de los botes han volado y estos han caído.

La presión en los botes de las películas antes de conectar la bomba de vacío iguala a la presión en el exterior. Al conectar la bomba de vacío se extrae el aire del interior de la campana y disminuye la presión en los alrededores de los botes. En el interior de los botes no ha cambiado. Cuando la diferencia entre las fuerzas correspondientes es suficiente las tapas saltan.

HEMISFERIOS DE MAGDEBURGO

En 1654, Otto Von Guericke  realizó un gran experimento. Construyó dos semiesferas metálicas, huecas, ajustables, y extrajo parcialmente el aire de su interior. La presión atmosférica exterior las mantenía unidas. Para demostrar la magnitud de esta fuerza, enganchó ocho caballos a cada semiesfera, pero a duras penas lograron separarlas. El experimento se repitió en Regensburgo, ante la corte del emperador Fernando III. Después del experimento de “los hemisferios de Magdeburgo” los hombres de ciencia comprendieron mucho mejor la importancia de la presión atmosférica.

 

Grabado de Gaspar Schott del experimento de Otto von Guericke de los hemisferios de Magdeburgo

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Ante la audiencia, Otto muestró su balón de cobre en dos mitades y dejó que el emperador y sus acólitos montaran y desmontaran  las semiesferas, una vez mostrado el funcionamiento de enganche entre los dos hemisferios para que comprobaran que no había nada extraño, vuelve a juntar las mitades y con ayuda de su bomba de vació extrae el aire del interior, pidió que trajeran 16 caballos y que ataran un grupo de 8 a cada hemisferio para que al azuzarles en direcciones opuestas, los caballos trataran de separar las dos partes de la esfera, cosa que resultó imposible.

Ante la atónita mirada de toda la corte, tras el experimento, Otto se acerca a la esfera y tras accionar la válvula separa las dos mitades sin el mínimo esfuerzo.
 

Quedó atónito al escuchar la respuesta de su publico, que ven lo ocurrido no como un experimento científico sino como un número sorprendente de magia. Pasado el primer momento de frustración al comprender que no había sido capaz de conseguir que el publico entendiera los fundamentos del experimento, el histriónico Otto Von Guericke decide sacarle provecho a su nueva faceta y comienza a organizar actuaciones como si de un mago real se tratara e incluso crea nuevos espectáculos.

En otra demostración vació un gran cilindro de aire vertical provisto de un pistón al que ató nada menos que 50 cuerdas y se las ofreció 50 espectadores pidiendo que tirasen cada uno de la suya. Cincuenta hombres sostuvieron las cuerdas atadas al pistón situado tras una gran polea y al sacar el aire del cilindro el pistón se hundió quedando los 50 hombres suspendidos en el aire.

Cálculos con los hemisferios de Magdeburgo originales

 

 

Los hemisferios de Magdeburgo originales y la bomba de vacío de Guericke en el Deutches Museum, Múnich, Alemania.

La resistencia a la separación está determinada por el producto de la diferencia de presión y la superficie del plano de contacto delimitado por los puntos de este contacto.

De manera sencilla, responde a la fórmula general:

F = Δ p   S

donde F es la fuerza en newtons , Δ p es la diferencia de presión (presión exterior menos presión interior) en pascales (Pa) y S es la superficie en metros cuadrados (m²), considerando que 1 atmósfera equivale a 101 325 Pa. Si por ejemplo, calculamos sobre un dispositivo de 25 cm de radio, similar al utilizado por Von Guericke y, después de la unión, disminuimos la presión interna hasta 0,2 atmosferas, tenemos:

F = ( p 2 − p 1 ) 4 π R 2

Siendo que el área de la sección circular de la esfera de radio R igual a 4 π R 2y suponiendo despreciable el espesor de los hemisferios, es decir, el aumento del radio exterior respecto del radio interior es pequeño en comparación al radio R

Reemplazando:

F = ( 101325 Pa− 20  265 Pa ) 4 π ( 0 , 25   m ) 2 = 63664N ≈ 6366   kp = 6496 kg F=(101\ 325\-20\ 265\

Si consideramos un peso promedio de 80 kg por persona, soportaría el peso de aproximadamente unas 81 personas.

Experimento : Hemisferios de Magdeburgo

https://www.youtube.com/watch?v=JvtLerUARls

Hemosferios de Magdeburgo modernos

Materiales

Hemisferios de Magdeburgo, bomba de vacío , goma

Procedimiento

Se conecta la bomba de vacío a la válvula de los hemisferios de Magdeburgo que se mantienen unidos. Se cierra la válvula y las dos semiesferas no se pueden separar.

LA CAÍDA LIBRE

Galileo fue el primero en afirmar que los cuerpos, independiente del material con el que estuvieran hechos, peso y volumen, caían a la misma velocidad. Las pruebas experimentales mostraban, por otro lado, que los cuerpos pesados alcanzaban el suelo antes que los ligeros.

La leyenda dice que Galileo Galilei (1564-1642) realizó este experimento tirando dos balas de cañón, una diez veces más pesada que la otra, desde la Torre Inclinada de Pisa. La leyenda es casi seguramente falsa, aunque fue conocido por haber realizado experimentos semejantes en su juventud, siempre obteniendo el resultado contrario, que atribuyó al hecho de que la altura no era suficiente. Sus argumentos unieron varios experimentos mentales tales  como el de si dos objetos idénticos conectados caerán a la misma velocidad que si lo hicieron separadamente, más que experimentos reales. Sin embargo, realizó muchos experimentos que actualizaron la física aristotélica y prepararon el camino a Newton en su desarrollo de las leyes del movimiento. El 2 de Agosto de 1971, el astronauta David Scott repitió el experimento con un martillo de geólogo y una pluma de halcón cuando estaba de pie en la superficie sin aire de la luna mientras todo el mundo miraba la televisión.

Experimento: ¿QUÉ CAE ANTES?

 

https://www.youtube.com/watch?v=98iRz836Tgo

 

En un tubo en el que se ha evacuado el aire, se observa que los objetos caen a la misma velocidad independientemente del tamaño, forma y masa.

Materiales

Tubo cilíndrico con un extremo movible y válvula para la bomba de vacío (tubo de Newton), pelota de goma, trozo de poliestireno. Bomba de vacío

Procedimiento

- Se colocan los dos objetos en el tubo a la presión atmosférica y rápidamente invierte el tubo, obteniendo el resultado esperado. El tubo se evacua entonces y la demostración se repite. Las dos caerán a la misma velocidad cuando el tubo se evacua.

LA EBULLICIÓN

La ebullición es el proceso de vaporización en todo el volumen del líquido. El líquido se evapora haciendo aumentar la temperatura interior del recipiente hasta que se estabiliza. Si el recipiente está abierto la presión de vapor coincide con la presión exterior. Así la temperatura de ebullición coincide con la presión exterior. A la presión de una atmósfera el agua hierve cuando la temperatura es de 100º. Disminuyendo la presión exterior, podemos conseguir que el agua hierva a una temperatura inferior. Si la presión aumenta la temperatura de ebullición también aumenta.

Por esta razón el agua que hierve en la cima de una montaña lo hace a una temperatura inferior a 100 ºC donde la presión es más baja y cuesta menos cocer a los alimentos. En la olla a presión la presión es más grande que la presión atmosférica, el agua hierve a una temperatura superior a 100 ºC y los alimentos se cocinan antes. En el espacio exterior a muy baja presión (no existe prácticamente aire), la temperatura de ebullición de la sangre es muy  baja ,y en la salidas al espacio exterior si los astronautas no están protegidos : hierve su sangre...

Experimento: CUANDO HIERVE LA SANGRE

Materiales

Bomba de vacío, plataforma y campana, dispositivo para calentar, recipiente, termómetro

Procedimiento

- Se introduce el termómetro en el recipiente de agua.

- Se introduce el recipiente en la campana  y se conecta la bomba de vacío. Puede observarse que el agua hierve a una temperatura bastante inferior a 100 ºC.

COCINA AL VACÍO (O A BAJA TEMPERATURA)

Se entiende por cocción al vacío al método por el cual se somete a cualquier alimento envasado al vacío a una temperatura determinada y por un tiempo preestablecido, con el fin de obtener un alimento de excelente calidad culinaria.

El envasado al vacío se obtiene a través de un procedimiento sencillo. El procedimiento consiste en la extracción del aire contenido dentro del recipiente donde se coloca el alimento por medio de bombas especiales, las cuales después de extraerles el aire sella el recipiente de manera de impedir la entrada de aire al mismo.

Algunos de los beneficios de este procedimiento podrían ser:

· Mayor duración en días o meses del alimento almacenado.
· Mejor conservación de las características organolépticas (sabor, aroma, etc.), así como también características estructurales.

Técnica de cocción
Este tipo de cocción se realiza a una determinada temperatura que, dependiendo del alimento, variaría dentro de un rango de 65º C hasta los 100º C (no más de 100).

 

Para llevar a cabo dicha cocción se pueden emplear diferentes técnicas o procedimientos como pueden ser:

Baño María (con temperatura controlada).

En horno combinado, dicho horno combina dos tipos de cocciones, la convección (hay circulación de aire), y la cocción al vapor, donde se puede mantener el horno a una temperatura menor a los 100 grados. Mucho más fácil y segura.

Esta última técnica o procedimiento es el más recomendado.

Otra característica de la cocción al vacío consiste en la necesidad de un ambiente húmedo, bien sea interno, porque el agua forma parte del producto en cantidades considerables (por ejemplo las legumbres y hortalizas tiernas), o bien externo, es decir añadiendo agua en cantidades mínimas en la bolsa antes de soldarlas para la cocción (las legumbres secas habrá que remojarlas durante horas para poder cocerlas, en cambio una sola cucharada sopera de agua es suficiente para 1 k de patatas o zanahorias)

Éstas son algunas temperaturas de cocción:

· (100 º C ) Verduras, Frutas, Hortalizas
· (90 º C ) Pescados, Mariscos, Patés
· (80 º C ) Carnes blancas, Aves, Pescados
· (70 º C ) Carnes rojas, Asados, Salteados

Una vez que los alimentos o preparaciones están cocidas es importantísimo bajar drásticamente la temperatura por debajo de la temperatura crítica de crecimiento y proliferación de las bacterias (65º C). Con esto evitaremos cualquier problema sanitario.

Antes de almacenar o congelar cualquier producto envasado al vacío es necesario el etiquetar dicho producto especificando tipo, fecha y caducidad del mismo: con esto evitamos cualquier tipo de inconvenientes a la hora de su utilización.

Estos datos tienen que estar impresos en una apropiada etiqueta y no directamente en la bolsa o recipiente.
 

Roner: cocina al vacío en casa como lo hacen en Can Roca

https://www.youtube.com/watch?v=aEDaoIGHjKM