Presión
12 dic, 2011
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PDFNo cae
PRESENTACIÓN: Sobre un vaso lleno de agua se sitúa un cartón de un tamaño similar a su sección. Al voltear el vaso la presión atmosférica y la adhesión mantiene el cartón y la masa de agua del vaso.
- Determining Atmospheric Pressure Using a Water Barometer, C. Frederick Lohrengel and Paul R. Larson, Phys. Teach. 50, 563 (2012)
- Simple Experiments for Teaching Air Pressure, Gholamreza Shamsipour, Phys. Teach. 44, 576 (2006)
- The Jar Magic — Instructional Activities for Teaching Air Pressure, Bing-Hong Ku and Chyong-Sun Chen, Physics Teacher 51, 557
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Es necesario aclarar que el vaso no tiene que estar completamente lleno. Así queda más llamativo, pero no es necesario. Lo realmente necesario es que el borde del vaso esté mojado para que se forme una película de agua que “pegue” el vaso al papel. Y la presión atmosférica no es el único fenómeno en acción. Lo que ocurre es que el papel baja un pelín (la película de agua lo retiene) y ahora como el volumen dentro es mayor, la presión ha bajado. De esta forma el poquito de presión de más que hay fuera mantiene el cartón en su sitio. Por eso tampoco es difícil quitarlo, no estamos luchando contra toda la presión atmosférica.
Otro experimento muy sencillo que responde a los mismos principios consiste en llenar una botella de agua, colocarle el tapón y realizar agujeros en ella con la ayuda de una chincheta o algo similar (la botella debe ser de plástico). A pesar de los agujeros, el agua no saldrá de la botella a no ser que la apretemos o quitemos el tapón. Esto ocurre gracias a la tensión superficial del agua y a la presión existente dentro y fuera de la botella, cuando retiramos el tapón, la presión del aire que entra a través de la boca y la gravedad harán que el agua salga. Lo mismo ocurrirá si apretamos la botella, la presión ejercida forzará al agua a salir. Se puede ver un vídeo del experimento en este enlace.
Hay muchísimos experimentos sencillos que se pueden realizar en los que actúa la presión atmosférica. En este documento aparecen 10 experimentos habituales y sencillos, entre los que se encuentra este y el del huevo que aparece en otra entrada. También se explica el de los desatascadores que realizamos en clase. Aunque yo destacaría el experimento “Ping pong funnel”, que aplica el principio de Bernoulli de una manera muy sencilla (únicamente con un embudo y una pelota de ping-pong.
Este experimento tan coñecido e sinxelo que a súa vez impresiona os alumnos e pode servir para explicar a: Presión atmosférica, as Forzas de Cohesión e de Adhesión do auga así como a tensión superficial.
Tamén paréceme interesante que se pode comprobar que as diferenzas de presións entre o aire que esta dentro do vaso e o de fora son importantes. Collemos un vaso de plástico duro e facémoslle un burato no lateral próximo a base. O repetir o experimento podemos observar que cando a presión de dentro e igual a da fora se derramara o auga pero si tapamos o burato volvera a manterse sen derramarse.
La presión atmosférica es un factor clave que, además de estar presente en múltiples fenómenos como los que enumera Iria, es la responsable del conocido como mal de altura en los escaladores de montaña. El nivel del mar es el más idóneo para la vida humana puesto que la presión parcial de oxígeno en la atmósfera es la adecuada para que se sature la hemoglobina, la molécula encargada de captar el oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre y transportarla en el cuerpo. La presión atmosférica decrece con la altitud, y también la presión parcial de oxígeno en el aire que respiramos, lo que nos acarrea problemas a partir de los 2.500 m de altitud. Por ello es fundamental el proceso de aclimatación en ascenso a cumbres elevadas. El organismo pone en marcha mecanismos destinados a aportar mayor cantidad de oxígeno a las células: aumenta la respiración y el pulso, y también la eficiencia de bombeo en el corazón y número de glóbulos rojos. El comentar éste y otros aspectos de cómo nos afecta la presión a los humanos, también cuando se hace submarinismo, por ejemplo, creo que da una visión más cercana del concepto a los alumnos.
El video nos muestra una práctica sencilla para alumnos de 14-15 años, de coste reducido y que fácilmente se puede realizar a lo largo de una clase. Los objetivos de la actividad serían facilitar la comprensión del concepto de presión atmosférica y practicar cambios de unidades entre mm Hg, Pa, mbar y atm.
En el laboratorio dividiríamos la clase en grupos. Cada grupo llenaría un tubo de agua hasta arriba y colocaría encima un papel tapando la boca del tubo. Al invertir el tubo verían lo que ocurre (como en el video) y tendrían que explicar por qué no cae el agua.
Una vez hubiesen comprobado que el agua no cae, meterían el tubo invertido dentro de un vaso de agua. Verían como se desprendería el papel y como el tubo seguiría lleno.
Una vez realizado el experimento tendrían que calcular que altura debe tener una columna de agua para ejercer sobre su base una presión de 1 atmosfera.
Como la presión atmosférica es de 101300Pa y 1 atm=101300Pa = 101300N/m2
Y la densidad del agua es 1000 kg/m3
Despejando h en la fórmula: p= d*g*h obtendrían h= 10,33 m
Estamos rodeados de aplicaciones y dispositivos inteligentes que pueden emplearse como recursos en la educación, tanto en institutos como a nivel universitario. Entre todas las posibles aplicaciones, me ha llamado mucho la atención el uso de smartphones como barómetros para experimentos de física. Salinas, I., Giménez, M.H. y Monsoriu, J.A. lo explican en detalle en un artículo publicado en la revista Modelling in Science Education and Learning.
¿Magia? No, ciencia. A lo mejor es una forma de motivar a los alumnos usar la «magia» para explicar la ciencia. Un recurso divertido y funcional.
Un experimento similar se puede ver en el siguiente vídeo de YouTube. Procedimiento: se llena un globo de aire, se enciende una vela y se coloca un vaso de cristal boca abajo sobre la llama de la vela. Pasado un minuto se aparta el vaso de la vela, se le da la vuelta y se coloca el globo encima, apretándolo ligeramente sobre el vaso. A continuación, se mete el vaso en un recipiente con agua. Al soltar el vaso y levantar el globo se observa que el globo se queda pegado al vaso.
Explicación: la llama de la vela calienta el aire atrapado en el interior del vaso (y el propio vaso). Al colocar el globo sobre el vaso y empujar ligeramente, se impide que al aire salga o entre del vaso. Sin embargo, al meter el vaso en el recipiente con agua, el aire atrapado en el vaso se enfría y disminuye la presión. Por último, el globo se introduce ligeramente en el interior del vaso, empujado por la diferencia de presión, quedando firmemente unido al vaso.
Estos sencillos experimentos pueden resultar bastante llamativos para el alumnado.
Este experimento es idóneo para mostrarle al alumnado, dado que resulta muy llamativo y permite captar su atención. Con él se pueden explicar fenómenos como el peso, la presión o la tensión superficial. Aquí dejo un vídeo similar en el que también se muestra el mismo concepto, pero dándole un pequeña vuelta más a la experiencia usando dos vasos y monedas.
Un experimento llamativo para el alumnado ya que parece magia. Estos experimentos son los que más impresionan a los estudiantes y existen varios, dejo aquí un vídeo donde poder visualizar experimentos que parecen mágicos!
El siguiente enlace muestra un experimento dónde explica el fenómeno de la presión atmosférica con una propuesta diferente a los anteriores. Es un fenómeno fascinante y tiene varias curiosidades interesantes asociadas, como puede ser que la presión atmosférica disminuye con la altitud y que a mayor altitud esta disminuye, lo que afecta el punto de ebullición del agua. Esto significa que el agua hierve a temperaturas más bajas, lo que puede afectar los tiempos de cocción y preparación de alimentos.
Desde luego es ciencia, pero parece magia. Otro experimento muy fácil de hacer en casa (o en el aula), yo lo he hecho y el resultado siempre sorprende.