EXPERIMENTANDO CON LA PRESIÓN

Transcripción

1 EXPERIMENTANDO CON LA PRESIÓN AUTORÍA AMPARO SORIA ESPEJO TEMÁTICA PRESIÓN ETAPA ESO Resumen En las materias relacionadas con las ciencias, como Ciencias de la Naturaleza y Física y Química, predominan las enseñanzas que tienen que ver con aspectos prácticos, procedimientos y una serie de fenómenos físicos y naturales, que son mucho más fácil abordar desde un punto de vista práctico antes que hacerlo únicamente desde la teoría. Sabemos que para nuestros alumnos/as es mucho más fácil comprender y razonar aspectos teóricos si se hace desde la experiencia. Es por esta razón por la que planteo una serie de experiencias de laboratorio, sencillas y en las que sólo se usan materiales que fácilmente podemos encontrar en nuestras casas, relacionadas con un aspecto de la física como es el de la presión en los fluidos. Las experiencias que se plantean a continuación están relacionadas con la presión ejercida por los gases, más concretamente, con la presión atmosférica. Estas prácticas permitirán que nuestro alumnado entienda por qué suceden ciertas cosas y además que sean capaces de, buscando información en diferentes fuentes y razonando los conceptos ya aprendidos previamente, dar explicación a dichos fenómenos. Palabras clave Presión Presión atmosférica Agua que no cae Vela que asciende Huevo dentro de una botella Lata que se arruga 1

2 LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA Estamos muy acostumbrados a hablar de la presión atmosférica y, aunque no sepamos realmente lo que es, continuamente está actuando sobre nosotros y notamos sus efectos. Así, por ejemplo, cuando viajamos de una zona costera hacia la montaña, o al contrario, notamos que nuestros oídos se taponan o destaponan, como consecuencia del aire que nos rodea y que ejerce presión sobre toda la materia. Este es sólo un ejemplo de la cantidad de hechos que están relacionados con la presión que ejerce el aire sobre nosotros. Otros son: Usamos la olla a presión, para cocinar más rápido los alimentos. Para que nuestro coche esté en buen estado, comprobamos periódicamente el estado de los neumáticos y la presión de los mismos con un manómetro. Los meteorólogos están muy pendientes de los barómetros para medir la presión atmosférica y así poder saber si hará buen o mal tiempo. Entonces si queremos que nuestros alumnos/as entiendan el por qué de muchas de estas cosas que están presentes en su día a día, es importante dar respuesta a algunas cosas como: qué es el aire?, por qué ejerce presión sobre la materia?, qué repercusiones tiene esta presión atmosférica sobre nosotros y sobre las cosas? QUÉ ES LA PRESIÓN? Antes de explicar a nuestros alumnos este concepto, es importante plantearles una serie de interrogantes previos para que piensen y busquen respuesta a los mismos. Interrogantes previos: Por qué para clavar un clavo en la pared colocamos la punta sobre la pared y golpeamos la parte con más superficie y no lo hacemos al revés? Por qué corta más un cuchillo afilado que uno romo? Por qué los faquires pueden acostarse en una cama llena de clavos sin hacerse daño y, en cambio, con simplemente pincharnos con un alfiler nos duele? por qué nos ponemos unos esquís o unas raquetas para caminar por la nieve? Qué ocurriría si: Aplastamos un globo lleno de aire contra una superficie llena de clavos. Acercamos un alfiler a un globo lleno de aire La respuesta a todas estas preguntas la podemos encontrar en el concepto de presión: La presión es el efecto que se produce cuando se ejerce una fuerza sobre una superficie. 2

3 Matemáticamente se puede expresar mediante el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la cual se aplica: P= F/S Donde, F= fuerza aplicada (en el SI se mide en Newton) S= superficie sobre la que se aplica la fuerza, (en el SI se mide en m 2 ) Por lo tanto, cuanto mayor es la fuerza que aplicamos sobre un objeto, mayor es la presión que ejercemos sobre el mismo. Pero, también hay que tener en cuenta la superficie sobre la que realizamos dicha fuerza, porque a menor superficie mayor presión. Por esta razón, no es lo mismo aplastar un globo contra una cama llena de clavos que contra un solo clavo. EXPERIENCIAS CON LA PRESIÓN A continuación se muestran unas cuantas experiencias para, una vez vistos los conceptos teóricos descritos arriba, nuestros alumnos/as las asimilen mejor. 1. AGUA QUE NO CAE OBJETIVO Demostrar la existencia del aire y por lo tanto de la presión atmosférica. 1.1 EXPERIENCIA 1 Vaso Trozo de cartulina o de folio Se llena el vaso con agua hasta los bordes. Encima se coloca el trozo de cartulina o, en su defecto, el trozo de folio, presionando para que quede bien tapado. Se da la vuelta al vaso. Si se realiza con cuidado se observa que el agua no cae al suelo. 3

4 El agua no cae ni se derrama ya que el aire que hay debajo de la cartulina presiona a esta empujándola hacia arriba y contrarrestando así el peso del agua que contiene el vaso. 1.2 EXPERIENCIA 2 Vaso Recipiente grande, barreño Se prepara, previamente, el barreño llenándolo con agua de manera que contenga al vaso. A continuación se llena el vaso con agua y se introduce en el recipiente boca arriba. En el interior del recipiente se le da la vuelta al vaso poniéndolo boca abajo. Lentamente se va subiendo hasta que casi sobrepase el nivel de agua del recipiente. Poco a poco se sube hasta que el borde superior del vaso esté al mismo nivel que el nivel del agua del barreño, sin llegar a subir del todo el vaso. Observaremos que el agua del vaso, que está boca abajo, no cae. La explicación es parecida a la de la experiencia anterior. Aquí el aire ejerce presión sobre la superficie libre del agua del barreño de manera que, al subir el vaso, esta presión se compensa con la columna de agua que hay dentro de nuestro vaso y por eso no cae y no se vacía. 2. VELA QUE ASCIENDE Plato llano o cristalizador Vela Vaso 4

5 Se echa agua en el plato, se coloca la vela dentro y se enciende. Después se cubre la vela con el vaso. Al cabo de un tiempo se observa que la llama de la vela se apaga y que el agua del plato entra y asciende en el interior del vaso. Por qué ocurre esto? En el interior del vaso la vela seguirá ardiendo mientras quede oxígeno en su interior puesto que la llama es producto de una reacción de combustión en la que se necesita oxígeno. Por lo tanto cuando este gas se ha consumido se extingue la llama con lo cual, por un lado disminuye la temperatura y por otro también disminuye la presión en el interior del vaso. La presión que ejerce el aire sobre el agua que hay en el plato es mayor que la presión que hay en el interior del vaso. Esta diferencia de presiones, que es la causante de este fenómeno, tiende a igualarse y, la única forma es que ascienda el líquido en el interior del vaso hasta que la presión ejercida por el aire de dentro se iguale con la presión atmosférica de fuera. Con esto se vuelve a poner de manifiesto la existencia de la presión atmosférica. NOTA: Para hacer la experiencia más vistosa se puede teñir el agua. Si no se dispone de velas se puede utilizar una cerilla pinchada en un corcho. Siguiendo con nuestras demostraciones acerca de la existencia de la presión del aire, podemos también realizar el típico experimento de introducir un huevo en el interior de una botella. 3. CÓMO METEMOS UN HUEVO DENTRO DE UNA BOTELLA? Antes de comenzar esta experiencia es interesante preguntar a los alumnos y alumnas qué harían para meter un huevo cocido dentro de una botella cuyo cuello es más estrecho que el diámetro del huevo. Despertaremos así su curiosidad y la capacidad para razonar lo que acontecerá después. Huevo duro, sin cáscara. Botella de cuello estrecho. Se puede utilizar un erlenmeyer de 500cc. Papel de periódico Cerillas 5

6 Primero se enciende una cerilla, se quema el papel de periódico y se mete dentro de la botella. Podemos echar un poco de alcohol para favorecer la combustión. También se puede utilizar un trozo de algodón humedecido en alcohol. Cuando la llama empiece a extinguirse se coloca el huevo en la boca de la botella. Qué ocurre? Por qué? Lo que se observa es que el huevo se va deformando alargándose y adaptándose a la forma del cuello de la botella, hasta que finalmente cae. El objetivo de introducir un papel ardiendo en el interior de la botella y después taparla con el huevo es conseguir disminuir la presión en el interior. Al arder se va consumiendo el oxígeno y además la temperatura en el interior disminuye con lo que la densidad disminuye y, trascurridos unos minutos, la presión disminuye. Como el aire de fuera de la botella esta empujando al huevo desde arriba, este cae al interior. La causa del fenómeno es, de nuevo, una diferencia de presiones dentro y fuera de la botella. La pregunta que podemos formular ahora a nuestro alumnado es: Cómo podemos sacar, ahora, el huevo de dentro de la botella? Las respuestas pueden ser muy variadas, por ejemplo: romper la botella, ponerla boca abajo y empujar hasta que salga, calentar el aire del interior para que se dilate y salga el huevo Proponemos dos formas para sacar el huevo: Llenar la botella con vinagre, aproximadamente 1/3, de manera que el huevo flote, dado que la densidad del huevo es menor que la de el vinagre. Aprovechando que el ácido acético que contiene el vinagre reacciona con el bicarbonato, sacaremos el huevo gracias a que esta reacción empuja el huevo hacia arriba y los gases generados hacen que el huevo salga. Soplando por la boca de la botella conseguimos aumentar la presión en el interior y que el huevo salga. 6

7 4. LA LATA QUE SE ARRUGA OBJETIVO Demostrar la presencia del aire y como este ejerce presión sobre los objetos: presión atmosférica. Veremos que se puede arrugar una lata de refresco sin ni siquiera tocarla, solo gracias a la presión atmosférica. Lata de refresco vacía u otro tipo de latas con abertura estrecha. Recipiente grande Agua fría Mechero Pinzas metálicas o guantes térmicos Previamente preparamos un recipiente grande, tipo barreño, con agua fría y lo dejamos preparado para la parte final de la experiencia. Ponemos un poco de agua en el interior de la lata y la ponemos directamente al fuego. Para esto nos podemos ayudar de un soporte con un aro y encima una rejilla. Seguimos calentando hasta que el agua hierva, entonces esperamos un minuto. Así conseguimos que el aire que hay dentro de la lata se caliente. Con ayuda de las pinzas sujetamos bien la lata, le damos la vuelta y la sumergimos, inmediatamente, un poco, en el recipiente con agua que preparamos al principio. Observarás que la lata se aplasta bruscamente. Por qué? Lo que hemos hecho en esta experiencia es, simplemente, disminuir la presión de aire que había dentro de la lata. Al principio, nuestra lata de refresco está vacía, pero esto no es del todo cierto, ya que aunque no contenga ninguna cosa, ningún líquido, dentro sí que hay materia, en este caso hay aire. Es este, el que ejerce presión sobre las paredes de la lata, compensándose esta presión con la presión que ejerce el aire por fuera de la lata. Existe equilibrio entre la presión del aire fuera y dentro de la lata. Si recordamos la Teoría Cinética para los gases y la Ley de Charles, estas nos ayudarán a entender el fenómeno: 7

8 Por un lado, la Teoría Cinética, explica que la materia está formada por partículas y que estas están en continuo movimiento. Y que un aumento en la temperatura, también provocará un aumento en la velocidad de vibración de estas partículas, y por tanto un aumento de su energía cinética. La Ley de Charles sobre los gases, nos dice que, manteniendo la presión constante, la temperatura y el volumen que ocupa un gas, son magnitudes directamente proporcionales, es decir, si aumenta la temperatura también aumenta el volumen de ese gas, y una disminución en la temperatura provoca una disminución en el volumen. Por lo tanto, dentro de la lata hay aire que al calentar, aumenta su temperatura y por consiguiente su volumen. El gas se expande. Al voltear la lata y colocarla, rápidamente, en un recipiente con agua fría, estamos haciendo que disminuya bruscamente la temperatura en el interior de la lata, con lo cual esta disminución de temperatura se traduce en una disminución del volumen que ocupa el aire, quedándose un espacio vacío, en la lata, que provoca un desequilibrio entre la presión del aire dentro y fuera de la lata. Este desequilibrio es el causante de que la lata se arrugue. Autoría Nombre y Apellidos: AMPARO SORIA ESPEJO Centro, localidad, provincia: IES MIRAYA DEL MAR, TORRE DEL MAR, MÁLAGA asena746@hotmail.com 8