Presión
03 dic, 2012
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PRESENTACIÓN: Al hacer el vacío parcial con la bomba manual en la botella el globo u otro material expandible se agranda debido a que la presión interna que la rodea es menor que la presión dentro del globo.
- The Physics of the Imploding Can Experiment, Pirooz Mohazzabi, Phys. Teach. 48, 289 (2010)
- Experiments with Helium‐Filled Balloons, Anthony C. Zable, Phys. Teach. 48, 582 (2010)
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Al disminuir la presión que rodea el globo, la presión interna es mayor y para conseguir un estado de equilibrio de presiones, ha de aumentar su volumen, de ahí que se agrande.
En el enlace siguiente, se ve el mismo efecto pero con un globo.
A continuación se muestra el experimento pero hecho con golosinas, que puede ser más atractivo para todos.
Adjunto propongo otro vídeo que, con toda probabilidad, animará al alumnado a experimentar con la presión.
Esta ley o fundamento fue explicada por el científico irlandés Robert Boyle (1627-1691) que parte de los estudios de Torricelli (1608-1647). El experimento inicial de Boyle consistía en introducir en un tubo en forma de «U», cerrado en uno de sus extremos y abierto en el otro la cantidad suficiente de mercurio, como para igualar el espacio que queda sin mercurio en el extremo cerrado, con el del extremo abierto. Boyle comprobó que para conseguir reducir a la mitad el espacio de aire comprimido por el mercurio en el extremo cerrado necesitaba el doble de presión atmosférica. Por lo que dedujo que, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta.
Una de las principales aplicaciones consecuencia de este fundamento es calcular la presión que tienen los gases a una presión determinada … muy útil para los buceadores.
No noso corpo tamén podemos experimentar a diferencia de presión entre dos compartimentos tal como sucede a un lado e outro do tímpano (oído externo e oído medio). Para que esta membrana transmita a enerxía das ondas sonoras a presión a ambos lados debe ser a mesma, pero cando buceamos ou viaxamos en avión a presión exterior varía empurrando cara adentro ou cara afora o tímpano causando dor e molestias. Para solucionar este problema temos a Trompa de Eustaquio que conectando o oído medio coa rinofarinxe e polo tanto co exterior igualando así ambas presións. No caso de que a presión exterior sexa moi alta tamén podemos facilitar a función da Trompa de Eustaquio realizando a maniobra de Valsalva, consistente en pechar a boca e o nariz cos dedos e exhalar con forza, para igualar as presións.
Esto también se puede observar cuando llenamos el lavabo de casa y tenemos que tirar fuerte del tapón debido a la presión que ejerce el agua.
El producto químico está dispuesto de tal manera que hay muchas bolsas de aire atrapadas en el interior de la crema de afeitar. Las bolsas de aire en la crema se expandirán en el vacío. A medida que la presión disminuye , gradualmente el volumen de la crema de afeitar se expande más y finalmente, llena todo el espacio . Este es un ejemplo de la ley de Boyle, que muestra una relación indirecta entre la presión y el volumen. dicha ley (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica:
En otras palabras: Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.
El vídeo muestra un experimento sencillo mediante el cual se puede entender de forma simple la «ley de Boyle-Mariotte» la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Si la presión aumenta, el volumen disminuye y si la presión disminuye, el volumen aumenta. Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Las aplicaciones de esta ley son diversas, en el metabolismo del cuerpo humano como el buzo que debe expulsar el aire de sus pulmones al ascender porque este se expande al disminuir la presión y le causaría daño al tejido pulmonar, al inflar un globo, al tocar una trompeta…también se aplica en las máquinas de vapor y en las bombas de aire. En el siguiente enlace se pueden ver más demostraciones sobre la ley de Boyle-Mariotte.
En este experimento podemos poner de manifiesto la existencia de una magnitud en la que no reparamos pero que experimentamos todos los días, la presión atmosférica. Si en lugar de espuma de afeitar pusiéramos un globo inflado éste también se encogería. También y como ha comentado más gente podemos experimentar en nuestro propio cuerpo sus efectos ya que la presión determina la cantidad de oxígeno que por ejemplo va disuelto en nuestra sangre. Si sometiésemos nuestro cuerpo a una brusca diferencia de presión, nuestra sangre podría portar menos oxígeno disuelto y esto provocaría la formación de burbujas en nuestros vasos sanguíneos. Este es el motivo por el que los submarinistas que descienden a altas presiones al ascender deben realizar paradas periódicas. Con esto se consigue darle tiempo al organismo a eliminar todo el gas que lleva disuelto a mayores sin que se formen burbujas en sistema circulatorio que puedan provocar una embolia gaseosa.
En este enlace podemos encontrar el diseño de una practica de laboratorio interesante para conocer y comprender la Ley Boyle-Mariotte.
En el siguiente vídeo se explica en que consiste la ley de Boyle-Mariotte de los gases con tres esquemas, donde también resuelven algún ejercicio aplicado.
Al aumentar la altitud disminuye la presión atmosférica y con ello la presión parcial de oxígeno. Cuando la altura alcanzada es demasiado alta, puede suponer un problema para el cuerpo humano ya que al ascender, la saturación de la hemoglobina va descendiendo, pudiendo dar lugar a una hipoxia arterial.
Las consecuencias y aplicaciones del vacío y las presiones, y cómo afectan a la solubilidad de los gases son solamente algunos ejemplos, aunque puede resultar complicado dar una explicación clara a un grupo de alumnos jóvenes. Éste vídeo, sin embargo lo vuelve muy sencillo y visual: el agua asciende en contra de la gravedad debido al gas, dentro de la botella, que se está enfriando (y por tanto, comprimiéndose), generando una presión negativa (vacío).
Son experimentos muy sencillos y muy gráficos par visualizar las leyes de los gases-. Yo utilicé globos y botellas de plástico, con muy buenos resultados de interpretación por los alumnos.
En terceiro da ESO cando explico a unidade dos gases e as súas leis, fago uso da seguinte web, en concreto das simulacións interactivas das leis. Agardo que vos sirva de axuda.
É un bo exemplo para demostrar que as moleculas invisibles da atmosfera danlle unha forma e tamaño ás cousas e a sùa ausencia fai trocos nestas caracterìsticas
En este experimento se ilustra muy bien la Ley de Boyle-Mariotte, la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional a la presión: si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta. En el aula, y de forma muy sencilla, se puede realizar una experiencia empleando una jeringa y nubes de gominola (también conocidas como marshmallows o malvaviscos), tal y como se muestra en el siguiente vídeo.
La explicación de lo que ocurre sería la siguiente: Las nubes, marshmallows o malvaviscos son unos dulces muy esponjosos y flexibles hechos principalmente de azúcar, gelatina y montones de minúsculas burbujas de aire atrapadas entre estos ingredientes. El aire del interior se encuentra a la presión atmosférica del lugar en el que se confeccionaron. Lo que le ocurriría a una de estas burbujas en cada una de estas situaciones sería lo siguiente:
– Cuando la presión del aire del exterior es mayor que la presión del aire atrapado en el interior: la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de la burbuja es mayor que la que ejerce el aire desde el interior. La gelatina y el azúcar de las nubes son flexibles y por tanto la nube se colapsa.
– Cuando la presión del aire del exterior es menor que la del aire del interior: esta vez la nube se expande porque la fuerza que ejerce el aire sobre las paredes de la burbuja es menor que la que ejerce el aire del interior.
La Ley de Boyle-Mariotte dice que a temperatura constante y para un gas confinado en un recipiente, el producto de la presión por el volumen se mantiene invariable. Lo que significa que si aumentase el volumen la presión descendería proporcionalmente al aumento de volumen, y si el volumen decreciese se produciría un aumento proporcional de la presión.
En la respiración humana se produce un hecho muy similar al del experimento. Ésta se puede realizar de forma automática, a través del tronco del encéfalo (esto nos permite respirar cuando dormimos o en cualquier momento del día de forma inconsciente, sin ahogarnos). También podemos tomar el control de la respiración de forma consciente a través de la corteza cerebral, por ejemplo, cuando forzamos la respiración porque necesitamos un aporte extra de oxígeno. Los músculos de la caja torácica y los del diafragma, se pueden contraer para agrandar el volumen que ocupan los pulmones. Al expandirse los pulmones se produce un vacío en su interior y debido a la presión atmosférica, éstos se llenan de aire (con oxígeno). Los pulmones funcionan de ésta forma cómo una bomba de vacío.
Cuando el cerebro se «duerme» debido a la falta de azúcar u oxígeno, necesarios para las reacciones de combustión que se producen en el cerebro, éste manda una orden a los músculos que rodean los pulmones para que expandan los pulmones y tomen una dosis rápida y extra de aire; esto se conoce vulgarmente como «bostezo». Un vídeo de interés, en el que se explica de forma sencilla, que ocurriría si dejase de funcionar esta «bomba de aire humana».
Alguien me da alguna explicación?
Claro amigo, mira es muy facil. solo tienes que acordarte que en la Ley de boyle , la temperatura es Constante. Aqui en esta pagina te explica bien la Ley de boyle y Mariotte , con sus graficas y formulas.
Como consigues que la presión que hay dentro del recipiente disminuya?
Con una bomba de vacío manual como esta.
Con este experimento se demuestra una de las leyes de los gases, concretamente la Ley de Charles. Este Ley establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura. Se utiliza espuma de afeitar porque tiene una estructura porosa, lo que hace que contenga una gran cantidad de aire en su interior. Las burbujas de aire que están atrapadas en el interior de la espuma de afeitar se encuentran a la presión atmosférica de la zona en la que se dispenso la espuma. Cuando se aplica calor al recipiente en el que se introduce la espuma, la temperatura del interior del recipiente aumenta y como consecuencia el volumen de la espuma aumenta, tal y como establece la Ley de Charles. Aquí os dejo otra actividad manipulativa que muestra esta ley. Es una actividad realizada por los propios alumnos con otros materiales: una botella, un globo, papel y un mechero.
Para ampliar el conocimiento acerca la ley de los gases os dejo un experimento que permite demostrar la Ley de Boyle-Mariotte, que establece que a temperatura constate la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen. Asimismo, os dejo una actividad manipulativa que permite demostrar la Ley de Gay-Lussac, que establece que a volumen contante la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura.
Con todo esto ya hemos logrado demostrar las tres leyes de los gases. Espero que os sea de utilidad.
Este experimento resulta muy útil para entender de forma efectiva todas las leyes agrupadas en torno a la ley de gases ideales que se trabaja en el bloque 2 (aspectos cuantitativos de la química) de física y química de 1º de bachiller. Si bien el experimento pone de manifiesto la ley de Boyle-Mariotte, este da pie a explicar también la ley de Charles y la ley de Avogadro pues todas estas están relacionadas con la ley de gases ideales. La ley de Boyle-Mariotte determina que una cantidad dada de un gas (n) a temperatura constante (T) cambiará su volumen inversamente proporcional a su presión (P). Por lo tanto PV=k. Esta expresión deriva de la expresión de la ley de gases ideales tomando los moles y la temperatura como constantes: PV=nRT. Para explicar la ley de Charles puede emplearse el mismo experimento manteniendo constante la presión (P) y el número de moles (n) y variando la temperatura (T), Así la expresión de la ley de Charles será: V/T= k.
Dicha experiencia resulta de muy fácil aplicación. Esta se puede aplicar en varias asignaturas de todos los cursos de la ESO y en Bachillerato. Dicha experiencia permitiría también, la introducción de contenidos que permitan a los alumnos establecer relaciones entre conceptos de varias asignaturas, como física y química y biología, ya que los gases también se encuentran dentro de nuestro cuerpo, y nos podemos ver afectados por la presión, ya que no es lo mismo estar en un avión a 10.000 metros de altura que buceando a 30 metros de profundidad. Con esta experiencia los alumnos podrían comprender de una forma más práctica las relaciones que se dan entre el estado de un gas, las presiones, etc., lo que les permitiría comprender de una mejor forma el comportamiento de los gases y las leyes que derivan de estos, ya que muchas veces estos contenidos pueden resultar de difícil comprensión al tratarse de conceptos bastante abstractos. En estos enlaces, se muestran dos experiencias relacionadas con la presión de fácil aplicación para con los alumnos.
En el vídeo se ve que la espuma recubre por completo el volumen interno de la campana de cristal, y eso me ha hecho preguntarme: ¿alguien sabe explicar cuánto más se expandiría la espuma de utilizar una campana de cristal con un volumen mucho mayor?
Este experimento es muy ilustrativo y permite apreciar la ley de Boyle-Mariotte con claridad. Creo que además de explicar esta ley sería interesante incorporar la de Charles y la de Gay-Lussac, ya que cuando se explica este tema se trabaja con las 3 leyes. Os dejo vídeo en el que se ejemplifican las 3 leyes de forma muy simple.
Perfecto ensayo, asequible y muy visual para que los alumnos de secundaria puedan conocer de un modo más práctico la Ley de Boyle que establece que en un recipiente cerrado y a temperatura constante la presión de un gas encerrado en el recipiente es inversamente proporcional al volumen de tal forma que si la presión aumenta disminuye el volumen y viceversa. Por otro lado, es posible trabajar con la Ley de Gay-Lussac establece que en un recipiente cerrado a volumen constante la presión del gas atrapado en el recipiente es directamente proporcional a la temperatura. Ambas Leyes pueden verse en la práctica a través de este vídeo.
Este experimento ejemplifica la ley de Boyle-Mariotte, que explica que, a temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a su presión. En el ejemplo, al crear el vacío dentro de la campana, la presión disminuye y el gas dentro de la espuma de afeitar se expande hasta ocupar todo su interior. El hecho de utilizar espuma de afeitar genera un efecto muy visual en el que se observa perfectamente la magnitud de esta expansión. La ley de Boyle-Mariotte es una de las leyes que explican el comportamiento de los gases ideales, y que se dan en procesos tan cotidianos como la respiración.
En este vídeo se explica la relación entre los cambios de presión dentro de la caja torácica y su efecto en el aire que respiramos. Durante la inspiración, el diafragma y los músculos intercostales se contraen, expandiendo la caja torácica. Esto hace que aumente el volumen pulmonar y por tanto disminuya la presión. Esta disminución de la presión hace que el aire se mueva a favor de los pulmones, fluyendo hacia su interior. Durante la espiración, por el contrario, estos músculos se relajan y el espacio dentro de la caja torácica disminuye contrayendo los pulmones. Esto genera un aumento de presión que hace que el aire sea expulsado fuera.
Otro ejemplo de aplicación de la Ley de Boyle-Mariotte en nuestro día a día la encontramos en los airbags de los coches. Este dispositivo está formado por una bolsa que se infla rápidamente en el momento de un golpe. Cuando se produce un impacto de, como mínimo, 15 kilómetros/hora, se activa un sensor, que genera una chispa. Esto provoca la descomposición de un compuesto químico de acida sódica que vuelve a su forma más estable, que es el nitrógeno en forma de gas. Este gas inerte hincha la bolsa, la cual tarda 25 milésimas de segundo en inflarse por completo. La razón consiste en la diferencia de presión. En el interior de la bolsa, la presión es mucho más elevada que la presión del coche. La presión tiende a igualarse, de esta manera, al salir disparado el gas, la presión de la bolsa disminuye así aumentando el volumen de dicha bolsa y la presión del coche. Un segundo después, el gas que ha rellenado el airbag se va escapando, gracias a un montón de agujeros minúsculos que hay en la bolsa. Más info.
Al respecto de la ley de Charles mencionada también en varios de los comentarios anteriores, dejo aquí el enlace de un sencillo experimento para demostrarla. Se detalla como abrir una lata de refresco sin usar la argolla, simplemente frotando un palillo chino contra el borde de la abertura.
Este vídeo me parece muy práctico para mostrarle a los alumnos de eso la Ley de Boyle-Mariotte, pero incluso me parece mejor el vídeo de las golosinas que proponen Susana y Adrián porque van a atraer más la atención de los alumnos.
Otro experimento que podemos llevar a cabo en el aula es la práctica titulada «Demostración práctica de la ley de Boyle-Mariotte» que proponen en la revista de la Universidad Nacional Autónoma de México. Aquí os dejo el enlace.
Experimento sinxelo que demostra o efecto da presión. Recórdame o que acontece na atmosfera cando unha masa de aire ascende. A medida que ascendemos na atmosfera a presión disminúe, polo tanto a masa de aire, de forma similar ó que sucede no experimento ca escuma, expándese. Por outra banda, outro parámetro clave na atmosfera é a temperatura que disminúe a medida que ascendemos. Desta forma, o vapor de auga que contén a masa de aire condensa (o aire frío admite menos vapor de auga que o aire cálido) e forma unha nube.
Aquí dejo varios experimentos con una bomba de vacío casera. La llama de la vela se apaga por la falta de oxígeno.
Como forofo do pádel penso que coa realización deste experimento quedaría moi ben facer referencia á conservación das pelotas de tenis e pádel. Estas véndense en botes herméticos cunha presión elevada para evitar o fenómeno que se amosa no vídeo, pois en certa forma iso é o que pasa unha vez se abre o bote. Como a presión atmosférica é inferior á presión do interior de cada pelota, tenden a expanderse e ablandarse.
Quizáis sexa un tanto máis tétrico, pero este exemplo con sangue é sin duda moi visual para explicar o efecto da presión no baleiro.
Un experimento similar es el de la construcción de un modelo de caja torácica con una botella de plástico. Para ello se utiliza la mitad superior de una botella grande. Posteriormente se conectan dos pajitas a dos globos rojos a los que se les ha cortado el extremo previamente. Los extremos libres de estas dos pajitas se fusionan con una tercera pajita que se comunica con el exterior a través de un orificio realizado en la tapa de la botella. Además, la parte inferior de la botella se tapará con un globo azul, de manera que quede sellada herméticamente por ambos lados (tapa y base cortada). Este modelo representa a la perfección la ventilación pulmonar. Cuando tiramos del globo azul (diafragma) hacia abajo, aumenta el volumen de aire en el interior de la botella reduciendo la presión. Esto permite que el aire atmosférico entre en la botella a través de la pajita (tráquea) e infle los dos globos rojos (pulmones). Cuando empujamos hacia arriba el globo azul, el volumen de la botella se reduce, provocando un incremento de presión que hace que el aire vuelva a salir al exterior.
Un experimento también muy visual y sencillo para hacer en educación secundaria es el de las «golosinas que cambian de tamaño». Su descripción en este blog de experimentos caseros de física y química. Para hacerlo sólo necesitamos una jeringa, unas nubes( también llamados malaviscos) y un poco de cinta aislante.
Podemos concluir con esta experiencia que un fluido siempre tiende al punto de menor energía, concepto útil para comprender el desplazamiento de fluidos de un punto de mayor presión a un punto de menor presión. En el interior de estos materiales expandibles hay un equilibrio de fuerzas entre la presión interior del aire y la presión exterior. Al reducir la presión exterior al globo, que es lo que sucede al generar vacío, la presión interior se ve cada vez menos compensada por la exterior, con lo cual el volumen del globo aumenta con la posibilidad de llegar a explotar. En este vídeo puede verse la misma experiencia con distintos cuerpos expandibles.
Las diferencias de presión son muy importantes cuando trabajas con células. Yo por ejemplo, cuando trabajaba con células CHO en cultivo, y para que las células no sufriese tanto, usaba la presión de una bomba de mano a un frasco vacío conectado al biorreactor para vaciarlo (en un sistema abierto no estéril sería algo así como el sifón de los acuarios, para que nos entendamos). Usar una bomba puede «estrujar» las células y no sería beneficioso, pues puede dar lugar a cometer errores en los estudios que hagamos con ellas posteriormente. Sencillo pero muy útil!!!
Interesante vídeo para comprender la ley de Boyle-Mariotte, la cual establece que a temperatura constante, la presión y volumen son inversamente proporcionales. De modo que si disminuimos la presión, el volumen de la espuma de afeitar aumentará. Aunque creo que con el experimento de las nubes de gominola y la jeringa es quizás más visual incluso esta ley, dejo un a enlace a la explicación de este experimento.
En este vídeo se muestra el efecto de la presión sobre la espuma de afeitar. Al extraer aire del recipiente, la espuma se expande debido a que la presión en su interior es mayor que la que hay a su alrededor (dentro del recipiente). Como comentaron varios compañeros (y como iba a hacer yo), este mismo proceso es el encargado de llenar y vaciar nuestros pulmones durante la respiración (ventilación pulmonar), siendo el diafragma y los músculos intercostales los encargados de variar la presión en el interior del tórax. Sin embargo, se me ocurre que para los alumnos puede ser útil el ejemplo de cuando se “taponan los oídos”. Poniendo el ejemplo de bucear, cuando nos sumergimos en profundidad el agua realiza una presión mayor sobre nuestros tímpanos, curvándolos hacia dentro (lo que produce molestia, dolor e incluso la rotura de los mimos). En este caso, lo que debemos realizar (lo que realizan los buzos) es la maniobra de “compensar” (Valsalva). Se trata de tapar la nariz con la mano y (con la boca también cerrada) hacer el gesto de echar aire. De esta forma, estaremos enviando ese aire a la parte interna del tímpano, haciendo que la presión interna se iguale a la externa creada por el agua y que el tímpano vuelva a su posición inicial. Algo que nunca se debe hacer en buceo es sumergirse con tapones auditivos (ya sean naturales creados por el cerumen o sintéticos), ya que generamos cámaras de aire incomunicadas que serán imposibles de compensar. Dejo por aquí un vídeo donde se explica de forma sencilla la maniobra y su fundamentación. Otros casos similares son cuando bajamos de una montaña o una zona elevada en el coche, en el despegue de un avión, etc. Si la presión externa es mayor que la interna, el tímpano se curvará hacia dentro y, si es menor, hacia fuera. En estos casos, puede que con hacer el gesto de “tragar” ya consigamos compensar las presiones.
Dentro del tema de la presión atmosférica, comento otras experiencias. Cuando se viaja en coche posiblemente han notado que una botella de plástico con agua «cruje» y se comprime (una experiencia es cuando empleando nuestra boca, extraemos el aire de la botella, produciéndose paulatinamente el aplastamiento de la botella por la diferencia de presiones) o bien una bolsa aún sellada de patatas o similar se haya expandido. Otro experimento similar es empleando una botella de plástico y agua caliente; pero más espectacular, es empleando un barril, tal como se muestra en el siguiente vídeo demostrativo. Relacionado esta otro tópico clásico sobre presión y nuestro cuerpo, en el caso de los astronautas (o también los submarinistas). Muchos mitos ruedan, así que aquí hay un artículo que aclara sobre el tema.
La ley de Boyle establece que el volumen de una cantidad fija de un gas mantenido a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión del gas (Hierrezuelo et al, 2006, pp. 9; García y Manteca, 2013, pp. 155; Socrática, 2015); es decir, al aumentar la presión sobre un gas éste se comprime, reduciendo su volumen. Al disminuir la presión sobre un gas, éste se expande, aumentando su volumen (P_1 V_1= P_2 V_2). Esto es lo que se puede observar en el video subido. Ejemplos más visuales de esta ley se consiguen empleando globos como The Sci Guys (2014). Por otra parte, es interesante emplear la ley de Boyle para explicar realidades cercanas, como sucede con los refrescos y su salida de la lata (Science Buddies, 2019).
Refs.: Hierrezuelo, J., Molina, E., Sampedro, C. y del Valle, V. (2008). 1º Bachillerato, Física y Química. Elzevier; García, F. y Manteca, F. (2013). Física y Química, 1º Bachillerato a distancia. Centro de publicaciones (Ministerio de Educación, Cultura y Deporte).
Este experimento pasa con los globos de las ferias que contienen helio (flota porque tiene una menor densidad que el aire). Cuando un niño lo pierde este globo ascenderá y aumentará su volumen (para igualar presiones) ya que a cuanta mayor altitud menor presión, por lo que el desenlace más seguro es que reviente el recipiente de helio (se calcula que esto pasa entre los 9 10 km de altitud).
La presión atmosférica está presente en la vida cotidiana pero no siempre somos consciente de ella. Incide desde el clima hasta en el dolor de oídos que sufrimos al bajar un puerto de montaña en un vehículo. Un experimento sencillo que podemos hacer, para demostrar que vivimos bajo el efecto de la presión atmosférica, es llenar una botella de plástico con agua caliente y después cerrarla. Observaremos que al enfriar el agua dentro de la botella, y por tanto disminuir la presión en su interior, la botella se aplastará por efecto de la presión atmosférica, que será mayor a la presión en el interior de la botella.
En este experimento podemos observar un ejemplo interesante de la ley de Boyle-Mariotte. Dicha ley recoge que en un gas a temperatura ambiente constante, el volumen es inversamente proporcional a la presión sobre este. Por ese motivo, al aumentar la presión, la espuma se contrae y al disminuirla, se expande. Existen otros modos de demostrar esta ley, que también resultan curiosos, como el que se muestra en este vídeo.
Se puede poner de manifiesto la importancia de los efectos de la presión de muchas maneras. El ejemplo del video es muy visual y me ha gustado mucho. Cabe mencionar que la presión provocada por la formación del vacío también actúa sobre la botella utilizada para retener la espuma. Podría pasar que la presión fuese tan grande que la botella no pudiera resistirlo y colapsara mediante una implosión. Es muy importante por lo tanto tener esta propiedad en la ingeniería por ejemplo. Un ejemplo de los límites de soporte a la presión ha sucedido desgraciadamente hace unos años con un submarino argentino llamado ARA San Juan, que tuvo unos problemas técnicos con un incendio en sus baterías y nada más se supo de él. Posteriores investigaciones concluyen que terminó descendiendo a la deriva hacia el fondo del océano hasta que superó los límites de resistencia de presión para los que fue diseñado y colapsó con una salvaje implosión, liberando una energía equivalente a 5216 kg de TNT, que fue registrada y comunicada por los sensores colocados en los mares por la CTBTO (Organización del Tratado de Prohibición Completa de Ensayos Nucleares) a 7730 km de distancia.
La cavitación es un fenómeno en el que se producen burbujas de gas o vapor en un fluido a consecuencia de cambios en la presión o la temperatura. Cuando la presión interior de una tubería de agua disminuye por debajo de la presión atmosférica se produce un vacío. Cuanto mayor es el descenso de la presión, el vacío se incrementa, y
al incrementarse mucho el vacío, el agua cambia del estado líquido a vapor. De esta forma, se forman «burbujas de presión» que serán trasladadas junto con el líquido.
Esto provoca, por ejemplo en las tuberías de los edificios, un sonido como a «canicas contra el suelo». Y este es el fenómeno que está ocurriendo cuando escuchas a alguien decir: «Mucho le gusta a mi vecino jugar a las canicas»:)
La principal virtud de este experimento es el impacto visual que genera cómo una disminución en la presión atmosférica (algo a lo que estamos sometidos a diario) afecta de tal manera al volumen ocupado por la espuma. Considero que el siguiente experimento relacionado con cómo una disminución en la presión puede hacer que el agua ebulla a bajas temperaturas resultaría igualmente impactante para el alumnado.
Los dulceros tenemos un drama al ver que las golosinas encogen/expanden con la presión. Menos mal que el sabor el mismo.
A verdade que este fenómeno é bastante común cando viaxamos tanto en avión ou incluso no coche e temos cambios na altitude. Pero isto non podería ser un problema á hora de transportar viño espumoso en avión (cava ou champagne)? Non corren risco de descorcharse solas?
Un ejemplo muy claro de las variaciones de presión se da en nuestro día a día durante la respiración pulmonar. Durante la inspiración los pulmones aumentan su volumen y por tanto la presión de su interior disminuye, favoreciendo la entrada de aire. Lo opuesto ocurre durante la espiración, donde el volumen de los pulmones disminuye, y por tanto aumenta la presión en su interior favoreciendo la salida del aire.
Este es un experimento muy visual para comprender lo que sucede cuando hay una diferencia de presión entre el exterior y el interior. Hay multitud de experimentos con este fenómeno, lo que hace que pueda ser fácilmente asimilado por los alumnos.
Este es un experimento muy visual que permite ver lo que sucede cuando hay una diferencia de presión entre el exterior y el interior. Hay multitud de experimentos con este fenómeno, lo que hace que pueda ser fácilmente asimilado por los alumnos.
Para completar esta experiencia se puede llevar a cabo un experimento para observar que ocurre con la presión del aire encerrado en globos, cuando dos globos (uno más inflado que el otro) se comunican. La idea general antes de realizar la experiencia suele ser que el globo más inflado va a enviar aire al menos inflado, puesto que se suele pensar que existe una tendencia a equilibrar el número de moléculas de aire en ambos globos. Sin embargo, ocurre totalmente lo contrario. Lo que se equilibra entre los dos globos son sus presiones internas, esta presión es mayor cuando menor es el volumen del globo. En consecuencia, el globo menos inflado (con mayor presión interna) es el que envía aire al globo más inflado, para conseguir el equilibrio de presiones. En este enlace se puede ver esta experiencia.
Es una sencilla forma de poder introducir la ley de Boyle con este ejemplo en el cual se muestra una relación indirecta entre la presión y el volumen. Dentro de la espuma de afeitar hay muchas burbujas de aire atrapadas, estas se expandirán en el vacío a medida que la presión disminuye gradualmente, el volumen de la espuma de afeitar se hace más grande y llena el frasco.
Esta ley fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte y no solo de Boyle como muchos de nosotros la conocemos.
En el artículo que citaré a continuación, los autores comienzan reflexionando sobre lo difícil que suele resultar para el alumnado de niveles elementales y, a veces, no tan elementales, el tema de los gases y la presión atmosférica; y hacen un repaso de cómo fue evolucionando el conocimiento científico en este sentido, desde Aristóteles y Galileo. Es lógico pensar que si el tema fue de difícil solución a lo largo de la historia también lo sea para l@s alumn@s cuando se enfrentan a esta cuestión por primera vez. También proponen una serie de experimentos sencillos para llevar a cabo con la intención de conseguir un aprendizaje más significativo. Algunos de ellos son muy similares a otros de esta web. El siguiente vídeo con experimentos sobre la presión en los fluidos pertenece a un canal de prácticas de ciencias donde todos los videos han sido elaborados por alumn@s. Este me parece reseñable porque en él se pueden observar claramente dos cosas muy importantes para los futuros docentes de Secundaria: Los experimentos no siempre salen bien pero no por ello se deja de aprender; – Los alumnos se están divirtiendo mientras aprenden.
Ref: Sánchez, M. T. M., Sánchez, M. M., & Ortega, J. G. M. (2005). Trabajos de tipo experimental relacionados con el tema Presión atmosférica para trabajar con alumnos de primaria y secundaria. In Anales de la Real Sociedad Española de Química (No. 1, pp. 69-72). Real Sociedad Española de Química.
El experimento es muy interesante para hacer en un instituto, incluso para que los propios alumnos intenten extraer conclusiones a partir de lo que ven. Os dejo un experimento similar, en el que las presiones también se equilibran. Consiste en tener plato llano con un poco de agua, una vela encendida (apoyada en el plato con agua) y un vaso boca abajo, tapando la vela. Cuando se acabe el oxígeno dentro del vaso, la vela se apagará. Como disminuye la presión interna, el agua sube para compensar las diferencias de presión entre el interior y el exterior. Aquí lo explican con mayor detalle.
Teño visto outros experimentos en relación coa aplicación de cámaras de vacío e este é moi bo para que os alumnos entendan como a diferencia de presión afecta na expansión ou compresión dun gas (neste caso, espuma de afeitado). Recórdame a un vídeo no que aplicaban a un globo nitróxeno líquido e ó descender a temperatura o globo desínflase porque a menor temperatura e igual presión, menor volume. Porén ó ir recuperando temperatura o globo volve ó seu estado orixinal… PV=nRT
Me gustó mucho, es una forma muy visual de enseñar la ley de Boyle. Un ejemplo que podríamos comentar a nuestro alumnado relacionado con su realidad más próxima es que cuando abrimos un refresco y el líquido sale disparado de la lata pasa porque se libera la presión acumulada en su interior, saliendo la mezcla de gas (CO2) y líquido.
Os comparto este simulador PhET (Universidad de Colorado Boulder) para tratar las leyes de los gases en clase, así como un link a diferentes actividades para tratar la ley de Boyle-Mariotte a través de dicho simulador.