Tensión
01 feb, 2013
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PDFEn un líquido
PRESENTACIÓN: Las moléculas en un líquido ejercen fuerzas de atracción entre si, siendo la fuerza neta cero sobre una de ellas dentro del volumen del líquido, mientras que una molécula de la superficie es atraída hacia el volumen, de forma que el líquido tiende a minimizar su área superficial, tal como una membrana en tensión. La tensión superficial es la razón entre la fuerza de tensión superficial y la longitud a lo largo de la que actúa.
- It’s all on the surface, Renate J. Ondris-Crawford and Lisa Hilliard, Phys. Teach. 35, 100 (1997)
- Surface tension, R. D. Edge, Phys. Teach. 26, 586 (1988)
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La tensión superficial provoca que en la superficie del fluido se cree una membrana, esto permite explicar el hecho de que algunos insectos, como el zapatero, pueden andar sobre el agua sin hundirse.
Otro fenómeno que depende de la tensión superficial es la capilaridad. El agua asciende sobre un tubo capilar en contra de la fuerza de la gravedad.
Este mismo principio es el que tienen en cuenta los jabones. Para que un jabón sea eficaz y lave, tiene que ser capaz de romper la tensión superficial del agua para que esta pueda llevarse la suciedad. En esta web aparece una muy buena explicación. En el vídeo podemos ver qué efecto producen los jabones en la tensión superficial.
Además de utilizar clips, yo probaría esparciendo polvos de talco o por ejemplo pimienta molida. El efecto que se produce cuando se añade detergente al agua es un desplazamiento sobre la superficie en vez de irse al fondo como les pasa a los clips. Además, animaría a sustituir el agua por otros líquidos como pueden ser el aceite o el etanol ya que al tener una tensión superficial más baja y por tanto el efecto que se produce es distinto. Ya por último comentaría alguna aplicación de este fenómeno de la tensión superficial como por ejemplo que es la razón de lavar la ropa/platos con agua caliente. Las temperaturas altas hacen que la tensión superficial disminuya y por tanto que sea más difícil la formación de esa «membrana superficial».
También se puede ver este fenómeno en la naturaleza por ejemplo los llamados insectos «zapatero» se sirven de la tensión superficial para permanecer en la superficie del agua, o por ejemplo las gotas de agua o pompas de jabón tienen forma esférica por este mismo fenómeno
Sobre as bolhas de xabom («pompas de jabón») que comenta Eva. A «membrana» que as envolve sen xabom é inestável a causa da elevada tensom superficial do H2O, em cujo caso tende a fragmentar-se em pequenas gotas esféricas. O detergente dissolto diminui a atracçom das moléculas, e conseqüentemente a tensom superficial, permitindo a existencia da fina película de água que envolve as bolhas de xabom.
Como complemento a este experimento y para evidenciar que, tal y como ha dicho Eva, el efecto provocado por el jabón es un desplazamiento del agua a nivel superficial, se propone el visionado del siguiente vídeo.
Otro experimento relacionado con la tensión superficial consiste en colocar un naipe en el borde de un vaso sin que se caiga. Colocando una moneda sobre el naipe, en la mitad que queda fuera del vaso, se rompe el equilibrio y el naipe cae. Si repetimos el experimento pero con un vaso lleno de agua hasta el mismo borde podemos colocar varias monedas y el naipe no cae. Esto se debe a que el naipe se queda firmemente pegado a la superficie del líquido por adhesión (atracción entre una sustancia y una superficie por las fuerzas intermoleculares). Si tiramos hacia arriba del naipe vemos que sube arrastrando una delgada capa de agua por cohesión (fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de una misma sustancia). Además, la superficie del líquido actúa como una membrana elástica por la acción de la tensión superficial. Finalmente, si colocamos el número suficiente de monedas, la capa de agua se rompe y el naipe cae.
Además de lo ya comentado sobre la tensión superficial, la capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.
Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.
Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.
La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad.
He encontrado otro experimento que no es sobre la tensión superficial sino que es sobre capilaridad pero me pareció muy sencillo y adecuado para su uso en niveles bajos de Biología para aprender la nutrición de las plantas.
Hay más ejemplos a parte de los ya mencionados donde se pueden observar los ejemplos de la tensión superficial. Por ejemplo existen toldos fabricados de materiales porosos, que debido a la tensión superficial del agua esta no los atraviesa, pero en el momento que se toca el toldo por debajo esta fuerza se rompe y el agua pasa a través del tejido.
La tensión superficial también se utiliza para la prueba de la Ictericia, la orina de una persona con esta enfermedad tiene una tensión superficial menor a la de una personal normal, al esparcir polvo de azufre por la superficie de la orina, ésta solo se hunde en la orina de la persona que tenga Ictericia.
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Existe un tipo de aves costeras, los falaropos, que depende de la tensión superficial del agua para alimentarse. Con sus largos picos capturan gotas de agua que contienen los organismos de los que se alimentan y, para hacerlas llegar hasta sus bocas, utilizan las interacciones superficiales que se producen entre ellas y su pico.
Esta forma de alimentarse hace que estas aves sean extremadamente sensibles a la contaminación. La presencia de determinadas sustancias en el agua puede variar la tensión superficial de la misma y esto dificultaría su alimentación.
El proceso mediante el cual estas aves se alimentan fue descubierto en 2008 por investigadores dependientes del MIT, que construyeron un pico mecánico para estudiar la dinámica de las gotas en su interior.
En el siguiente vídeo se puede ver una pequeña explicación del proceso e imágenes del experimento llevado a cabo con el pico mecánico.
Con el concepto de tensión superficial, también se puede explicar por qué se recomienda limpiar cualquier objeto con agua caliente en vez de utilizar agua fría; la causa de tal efecto radica en la naturaleza polar de las moléculas de agua. El agua posee 72 dinas/cm a 25°C de tensión superficial, esto es, sería necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una película de agua de 1 cm de larga. La tensión superficial en el agua disminuye significativamente con la temperatura. Y así se puede concluir cómo el agua caliente es un agente de limpieza más efectivo, porque la menor tensión superficial, la hace mejorar como «agente de mojado», penetrando con más facilidad en los poros y fisuras, y por consiguiente los detergentes y jabones bajan aún más su tensión superficial.
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Otra forma muy sencilla de «ver» la tensión superficial consiste en ir echando poco a poco agua con un cuentagotas sobre una moneda. Cuando parece que va a desbordar todavía se pueden echar más y más gotas!
La gran tensión superficial del agua, a parte de ser responsable del dolor de tirarnos mal al agua, está detras de la formación de aerosoles (microgotitas) que aprovechan distintos patógenos como los virus de la gripe o el catarro para propagarse.
Como curiosidad y volviendo al zapatero citado en posts anteriores, se ha descubierto recientemente que las patas del bichito (Gerris) tienen unas micro setas que penetran sobre la lámina de agua formando una cuña de 167º que es el ángulo de penetración con el que se produce el mayor efecto hidrofóbico de una estructura (la lámina de agua solo desciende 0.02 mm debajo de cada seda y es capaz de soportar un peso 300 veces superior al de la propia pata). Antes se pensaba que era la cera de los pelos la que ayudaba a esto, pero parece ser que la cera sólo ayuda a que no se humedezca. El artículo entero con fotos.
Podemos facer un experimento moi sinxelo para demostrar a tensión superficial da auga e a súa aplicación na fabricación de toldos que mencionaba Miguel. Collemos un vaso de plástico e cubrímoslle a boca cun anaco dunha tea porosa, pegándoa aos bordes do vaso e recortando a tea sobrante. Enchemos o vaso con auga e tapámolo cunha cartolina, dámoslle a volta e comprobamos que non cae a cartolina, sírvenos tamén para explicar o concepto de presión atmosférica, con coidado sacamos a cartolina e podemos observar que a auga non cae. Exercemos presión sobre as paredes do vaso e a auga cae.
La tensión superficial es una propiedad complicada de explicar a ciertos niveles, pero que permite entender multitud de procesos que ocurren en la naturaleza: adaptaciones de organismos planctónicos o que desarrollan sus actividades en la superficie del agua (el zapatero citado anteriormente p.e.), el comportamiento de algunas sustancias (mercurio frente al agua), las gotas casi redondas del agua de lluvia, que un líquido moje o no, la capilaridad y ascenso de la savia bruta por los vasos conductores de las plantas, las técnicas de cromatografía y electroforesis etc. Por ello incluyo aquí este video que contiene una serie de experiencias sencillas que permiten comprender con facilidad el concepto.
Estoy muy de acuerdo contigo Mercedes, la tensión superficial es una propiedad que muchas veces la confunden con la densidad, sobre cuando los objetos muy poco densos flotan.
A tensión superficial ten moita importancia nos pulmóns.
Para empezar permítenos inspirar. Os pulmóns están rodeados de dúas membranas, as pleuras. A exterior está pegada ás costelas e a interior aos pulmóns e entre as dúas hai un líquido cunha tensión superficial moi alta que fai que estas dúas membranas estean sempre pegadas. Durante a inspiración as costelas proxéctanse cara fóra, tirando da pleura exterior. Esta á súa vez, tira da interior porque o líquido que hai entre ambas impide que se despeguen, e a interior tira dos pulmóns cara fóra, provocando un incremento de volume e unha presión negativa que se resolve introducindo aire nos pulmóns.
Podemos simular o efecto deste líquido nas pleuras con dous cubreobxetos. Se poñemos un enriba doutro, resultaranos moi fácil separalos, pero se entre os dous poñemos un pouco de auga non haberá forma de sepraralos debido á tensión superficial.
Por outro lado, os alveolos pulmonares teñen un diámetro moi pequeno e unhas paredes moi finas e húmidas. Debido a isto, sería moi fácil que estas paredes se pegasen impendindo a entrada de aire.
Para evitalo, no interior dos alveolos hai unha substancia que baixa a tensión superficial da auga, é dicir, fai un efecto semellante ao do xabón do vídeo. Deste xeito as paredes dos alveolos non se pegan.
La tensión superficial del agua aparece en nuestras vidas cuando al tirarnos en una piscina de manera inadecuada nos damos un fuerte golpe al tocar el agua, debido a las fuerzas que existen entre las moléculas del agua.
Cito aquí o controvertido papel das ecobolas para a lavadora. Dito produto actúa, supostamente, reducindo dun modo físico a tensión superficial da auga. Este efecto produciríase fundamentalmente pola emisión de infravermellos e pola alcalinización da auga. Se ben é certo que o rozamento das perlas cerámicas producirían calor e emisión de infravermellos, o aumento de temperatura da auga, e consecuentemente redución da tensión superficial, é despreciable. No caso da alcalinización tampouco se demostrou que o pH variase co seu uso.
A marabillosa serie Life da BBC, amósanos toda unha serie de estratexias dos seres vivos para vencer a tensión superficial. Un exemplo é o do gecko pigmeo de Madagascar. O seu pequeno tamaño, apenas dous centímetros e a súa pel hidrófuga lle permite flotar e andar literalmente sobre as augas. O video pódese mercar en español, botárono este verano pola tele. En Youtube está, con bastante mala calidade, o fragmento do documental das andanzas do gecko pigmeo.
Como se ha comentado anteriormente, la tensión superficial es un fenómeno que a veces es complicado de entender, sin embargo, en este vídeo aparece representada de forma sencilla. En un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Las fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido. La interacción de las partículas en la superficie del agua, hace que ésta se presente como una verdadera cama elástica.
Que el mercurio no se disperse y siempre quede como esferas cuando se derrama, que se forman las burbujas de jabón con las que juegan los niños, hechos que ser observan en la vida diaria como los que se presentan durante los procesos de producción por ejemplo la formación de espumas(cerveza, jabón, etc.) y en el desplazamiento de ciertas aves y otros animales en el agua, se deben a esta propiedad de los líquidos.
En este enlace podemos ver un vídeo con varios experimentos divertidos que explican como funciona el fenómeno de la «Tensión superficial».
La tensión superficial es algo que observamos a diario en la naturaleza. Como ya han señalado algunos de mis compañeros, es el efecto que posibilita que algunos insectos puedan desplazarse sobre el agua sin hundirse. Pero existe un animal que se sirve de esta tensión superficial de manera aún más llamativa. La «Argyroneta aquatica» es una de las pocas arañas que viven en terrenos acuáticos, vive bajo el agua casi de forma permanente. La tensión superficial del agua permite que este arácnido cree una campana de buceo que le permite respirar bajo el agua. Dejo el enlace para que conozcáis este curioso caso.
La tensión superficial entre otras presenta una importante aplicación en la industria farmacéutica y en la farmacia galénica en general. Cuando un médico prescribe una crema lo que prescribe es una emulsión es decir una mezcla de dos sustancias una hidrófila y otra lipófila en principio inmiscibles entre sí. Con esto lo que conseguimos es que puedan traspasar la piel (que es de naturaleza lipídica) medicamentos que al ser hidrosolubles en principio serían incapaces de atravesar esta barrera y ejercer su efecto. Es muy común a la hora de elaborar emulsiones el uso de tensoactivos, que favorecen la dispersión de ambas sustancias e incrementan la estabilidad de estas emulsiones disminuyendo la tensión superficial que existe entre las dos fases de dicha emulsión. En esta web se puede encontrar más información sobre este tema así como un vídeo que describe el procedimiento general de elaboración de emulsiones en la industria farmacéutica.
De modo general se podría decir que la tensión superficial es una propiedad del agua que permite que ciertos objetos floten en su superficie, a pesar de tener mayor densidad que el agua. Por ejemplo, todos hemos visto alguna vez cómo ciertos insectos flotan en el agua y no se hunden. Los responsables de romper o debilitar esa fina capa superficial del agua son los jabones o detergentes. Otro ejemplo muy interesante que explica la tensión superficial en un líquido se encuentra en el siguiente enlace.
Como ya se ha indicado en otros comentarios romper o disminuir la tensión superficial del agua es uno de los principales objetivos de los jabones. Para ello muchos de estos, así como detergentes, lavavajillas u otros productos de limpieza contienen en sus formulaciones los conocidos como “tensoactivos”, sustancias con una naturaleza o estructura polar-no polar, con tendencia a localizarse en la interfase formando una capa monomolecular adsorbida en la interfase, con lo que cambia el valor de la tensión superficial. Las elevadas concentraciones de estas sustancias, acaban generando espumas en la superficie del agua, las cuales dificultan el intercambio gaseoso y la entrada luz solar en los ecosistemas acuáticos. Estas espumas pueden generar también problemas en las plantas de tratamiento de aguas residuales, dificultando los procesos de depuración.
Como ya comentó con anterioridad un colega farmacéutico, la tensión superficial es un parámetro muy presente en la farmacia galénica. Otro ejemplo son las formulaciones de gotas oculares; este medio es muy delicado y la tensión es una de las muchas variables a controlar. Una de las formas de medirla es el método de la «lámina de Wilhelmy», que permite medir la tensión superficial en una interfaz gas-líquido o líquido-líquido. Una placa muy fina, de unos pocos centímetros cuadrados de área se suspende por un cable unido a una balanza. Cuando la placa es mojada por el líquido a medir la fuerza detectada por la balanza es usada por un ordenador para, junto con los valores del ángulo de contacto y superficie de la placa, calcular la tensión superficial mediante la ecuación de Wilhelmy.
Para más información, ver este enlace de wikipedia.
Un experimento para realizar de un modo fácil es el siguiente vídeo donde con dos vasos y unas monedas podemos ver de modo gráfico como la tensión superficial del agua hace que aunque separemos los vasos con monedas el agua no se escapa del vaso, aunque si dejamos caer una gota de jabón este cambiará el valor de la tensión superficial (como se explica en comentarios anteriores) y se escapará el agua.
Un experimento muy fácil de realizar para entender la tensión superficial del agua es el siguiente.
Podría ser interesante comparar la tensión superficial de distintos líquidos, es muy impresionante por ejemplo la del mercurio.
La tensión superficial se da de manera muy clara en la naturaleza en el fenómeno de capilaridad en las plantas. La capilaridad es un fenómeno físico que permite a un líquido ascender por un tubito muy fino hasta una cierta altura. Cuando el líquido sube por el tubito es debido a que las fuerzas de adhesión de las moléculas del líquido con las paredes del tubito son superiores a las fuerzas intermoleculares de cohesión del líquido. La altura que puede lograr el líquido en un capilar está limitada por el propio peso del líquido. Las plantas absorben agua y otras sustancias del suelo a través de la raíz. Dichas sustancias son transportadas hasta las hojas por unos vasos conductores por capilaridad. De esta manera, consiguen realizar el transporte de líquidos sin gasto de energía. Sin embargo, la capilaridad no es el único mecanismo responsable del transporte de agua en las plantas. La transpiración vegetal en la superficie de las hojas ayuda a desplazar el agua y otras sustancias por las plantas.
La tensión superficial de los fluidos, en concreto la del agua, permite explicar casos como el de los zapateros («Gerris lacustris»), insectos que habitan aguas dulces. Las patas mediante las que se apoya en el agua, presentan unas almohadillas compuestas por pelos hidrófobos que permiten la formación de una pequeñísima bolsa de aire sobre la superficie, lo que, unido a la tensión superficial, les permite deslizarse sobre el agua sin hundirse.
En Bioloxía a tensión superficial é fundamental en moitos ámbitos. Como xa se mecionou, na nutrición vexetal axudada pola transpiración nas follas, permite conducir auga con sales minerais dende as raíces en contra da forza da gravidade, nas árbores ata alturas de varios metros. Isto pode visualizarse no laboratorio utilizando tubos de vidro de diferente diámetro sobre un recipiente con auga (enlace imaxe)
En niveis educativos iniciais, pódese facer dunha forma máis vistosa un experimento de capilaridade como indican na seguinte páxina. Un efecto semellante ó presentado da auga con xabón ocurre no interior dos nosos alvéolos pulmonares, nos que o surfactante é un fosfolípido que reduce a tensión superficial da capa de auga que tapiza os alvéolos, disminuíndo así tamén o esforzo respiratorio e evitando o colapso pulmonar (enlace imaxe)
A tensión superficial tamén é o que permite tomar volúmenes coñecidos, enrasando, utilizando o material de vidro de laboratorio (pipetas, probetas..), grazas a aparición do menisco (enlace imaxe)
No solo, a capilaridade é fundamental para que a auga quede retida e non se perda para as plantas no subsuelo e depende da proporción area, arxila e limo (enlace imaxe)
La tensión superficial es un concepto difícil de entender. el ejemplo de los clips y el detergente me parece muy sencillo e ilustrativo.Es fácil así entender lo que es. Además, el hecho de usar el ejemplo del detergente, hace que no confundan este concepto con el de densidad.
Ola!
Como noutros casos tratarei de relaciona-lo fenómeno físico tratado coa actividade dun animal, neste caso imos coñecer a unha araña que respira aire, como todalas arañas, pero vive e constrúe o niño baixo a auga suxeito a unha planta.
A araña acuática, un invertebrado que habita certas zonas da península e vive nunha cúpula subacuática chea de aire que retén nunha tea de araña tecida por ela mesma.
A araña en cuestión posúe o abdome recuberto duns pelos que lle permiten atrapa–lo aire da superficie ao non romper a tensión superficial da auga.
Xa capturado o aire co seu corpo o deposita nesas estructuras de tearaña e así pode habitalo e respirar nel. Neste enlace podes visitar un niño de Argyroneta aquatica
Resulta moi doado explicar as caracteristicas da tensión superficial, convidando á realización de experiencias moi sinxelas que mesmo non precisan de laboratorio para ser realizadas. Para o meu alumnado eu sempre propoño a experiencia, coas variacións que se queiran, deste video que enlazo. Eu realízoa primeiro na aula, baixo dunha cámara e con varios obxectos, e logo cada quen ten que realizar unha experiencia semellante na casa e traer un video.
A tensión superficial como propiedade, permite a realización de experiencias ben sinxelas que permiten o debate doutras cuestións que se poden pór en relación con ela. Gosto moito nos temas de hidrostatica da posta a dsiposición do alumnado de experiencias sólida que poden realizar na casa contando con materiais de uso común e exentas de risco. Ditas actividades ou se queredes «deberes» que teñen que realizar e logo explicar por medio dun documento escrito con fotos, permiten outro tipo de tarefas alonxadas da sinxela ( e as veces repetitiva) «resolución de «problemas. A actividade que amosa o seguinte video, é facilmente reproducibel na casa polo alumnado e moi interesante para solicitarlle explicaión do fenómeno.
Tamén se podería usar neste experimento unha agulla de coser imantada que, logo de ser colocada sobre a auga, oriéntase segundo o campo magnético terrestre actuando coma compás.
En esta página aparece una práctica y curiosidades sobre la tensión superficial.
Cuando se diseñan las pinturas que utilizamos para pintar paredes y superficies verticales, se tiene en cuenta la tensión superficial del agua para su fabricación. La tensión superficial es el parámetro más importante a controlar para lograr una correcta unión de una pintura a un sustrato determinado. La tensión superficial de la superficie a pintar debe ser mayor que la de la pintura que se aplica.
No es lo mismo pintar hormigón, maderas, metales o plásticos. Los plásticos tienen tensiones superficiales muy bajas, de ahí la dificultad de pintarlo con pinturas que tengan una base de agua. Es más fácil pintar los plásticos con una pintura con disolventes que tengan una menor tensión superficial. En esta página se aclara un poco el concepto de ángulo de contacto y su importancia durante el pintado.
La tensión superficial es la culpable de ciertos fenómenos como son el hecho de hacernos daño al lanzarnos en plancha a la piscina o que el insecto zapatero pueda “caminar” por el agua. De la misma manera, es la tensión superficial responsable de las llamadas “lágrimas del vino” descritas en 1855 y generadas por el denominado efecto Gibbs-Marangoni; su mecanismo se basa en la composición del vino, formado por agua y alcohol, y la diferencia de tensión superficial existente entre ambos líquidos. Este efecto fue descrito inicialmente por el ingeniero James Thomson, sin embargo, su nombre (efecto Gibbs-Marangoni) se debe al italiano Carlo Marangoni, que realizó diez años más tarde su tesis doctoral sobre este curioso efecto.
Ola Adrían, si me permites, engado un enlace para complementar o que son as lágrimas do viño.
Otro proceso biológico en el que nos encontramos con la tensión superficial es en la digestión de los lípidos. Sin la participación de los fosfolípidos (los cuales la reducen y están presentes en la bilis), la tensión superficial de los lípidos imposibilitaría que las enzimas digestivas pudieran llevar a cabo su función y, en consecuencia, no se pudiera producir la degradación de los lípidos. A causa de esto, cuando se produce una disminución en la producción de los fosfolípidos y de su secreción a la bilis se provoca la formación de cálculos biliares.
Existe la creencia popular de que el transporte de agua (componente fundamental de la «savia bruta») en las plantas, en sentido raíz – hojas es debida a la tensión superficial y consecuente capilaridad posible gracias al reducido espesor del xilema. Pero sólo es una verdad a medias, de por sí no sería suficiente, intervienen otros fenómenos que son: ósmosis, presión negativa y transpiración. En este documento de la Universidad de Granada, se habla de todos ellos e incluso se presentan cálculos demostrando que la capilaridad sería insuficiente.
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Este experimento me parece muy interesante para que los estudiantes comprendan el concepto de tensión superficial. Es una actividad manipulativa que puede realizarse en el aula de cualquier centro docente, ya que no requiere un laboratorio ni materiales específicos. Como sugerencia, el vaso de precipitados puede ser sustituido por un vaso normal de cristal. Además, es un experimento barato, ya que se puede realizarse con materiales caseros.
Resultaría también interesante realizar este experimento con otros tipos de materiales. Por ejemplo, en lugar de utilizar clips puede utilizarse aceite. Así los estudiantes pueden ver como es el comportamiento de un líquido que presenta una menor densidad que el agua. De esta manera, realizando el experimento con clips y con aceite podría trabajarse también el concepto de densidad. Aquí dejo el link del experimento con aceite.
También es muy visual el siguiente experimento que permite trabajar el concepto de tensión superficial con una moneda.
Relacionado con este tema es un vídeo que he encontrado en Youtube donde comprueban la tensión superficial en substancias con distinta proporción lipídica (leche entera, desnatada y yogurt). Es un experimento muy vistoso para aplicar en una clase de secundaria. Otra forma de tratar el tema sería, por ejemplo, preguntar a los alumnos por que no se hunde una piedra cunado la lanzas al agua para que rebote. O comentar el ejemplo clásico de los zapateros en los ríos.
Las fuerzas de cohesión entre las moléculas de un líquido son las responsables de la tensión superficial, fenómeno que se ve ilustrado en el vídeo. Además, un ejemplo común en la naturaleza que encontramos en la naturaleza cuando vemos a los zapateros sobre el agua. Aquí dejo otra experiencia manipulativa tratando el tema de la tensión superficial.
Las moléculas de los líquidos, ejercen fuerzas de atracción intermolecular entre ellas. Una molécula de H2O situada en el interior de un vaso, sufrirá atracciones de todas las moléculas que la rodean, de forma que estas fuerzas de atracción se cancelan las unas con las otras. Siendo la suma de todas las fuerzas 0, pudiéndose así desplazar las moléculas de agua libremente en el interior del vaso. Sin embargo, si tomamos como referencia una molécula de H2O de la superficie, sobre tendrá fuerzas de atracción en los laterales y arte inferior, por lo que se produce una tensión en la superficie del agua. Este principio de tensión superficial explica que ciertos insectos se puedan desplazar por la superficie de los lagos (como las arañas de agua) sin que se hundan. Una vez apoyados en la superficie, ésta se hundirá un poco, pero las moléculas que se encuentran en la parte superior estirarán de las que se encuentran por debajo del objeto flotante y mantendrán la tensión.
Diversos factores pueden producir una disminución de la tensión superficial, como es la temperatura. Además, sustancia liófobas, pueden también disminuir la tensión superficial del líquido. Esto se puede observar si colocamos un alfiler sobre una trozo de servilleta o pañuelo de papel flotando en la superficie del agua, esperamos que se hunda el trozo de papel. El alfiler flotará, y ahora añadimos con cuidado una pequeña gota de jabón líquido y veremos cómo en pocos instantes el alfiler se hunde.
Este experimento resulta muy útil para explicar las propiedades del agua así como revisar conceptos de interacciones y fuerzas intermoleculares. Además del experimento con los clips, es muy visual realizar la misma actividad empleando pimienta negra como se explica en este vídeo. La pimienta negra se mantiene en la superficie del agua debido a su tensión superficial pero en cuanto agregamos un poco de jabón esta disminuye, por lo que la pimienta se retrae a las zonas a las que no llegó el jabón y todavía se mantiene esta tensión superficial.
Experimento muy simple y visual para explicar qué es la tensión superficial, con materiales que podemos encontrar muy fácilmente. Este experimento se podría enmarcar en el bloque B2.13 «La hidrosfera. Propiedades del agua. Importancia del agua para los seres vivos» de la asignatura de Biología y Geología de 1ºESO, concretamente para explicar las propiedades del agua, en este caso la tensión superficial. Tal y como se comentan en muchos de los comentarios anteriores, esta propiedad del agua está directamente relacionada con la vida y los seres vivos (flotabilidad de insectos, respiración, etc). A continuación dejo un enlace donde se explica qué es la tensión superficial de forma simple. Espero que os sea de utilidad!
Como ya se ha comentado, la tensión superficial es un fenómeno muy importante en la naturaleza, sobre todo para los animales de pequeño tamaño, a los que afecta de forma muy directa.
La tensión superficial permite la formación de burbujas y muchos insectos acuáticos consiguen respirar bajo el agua gracias a ello. Acumulan burbujas de aire bajo sus élitros, como en el caso de los Dytiscus; o encerradas entre una maraña de finísimos pelillos que cubren sus cuerpos, generando una burbuja de aire conocida como plastrón, que los rodea y les da un característico brillo.
Esto se puede ver explicado claramente en el siguiente vídeo.
El video muestra un sencillo experimento fácilmente reproducible en el aula (con un vaso de agua, jabón y unos clips) para mostrarles a los alumnos el fenómeno físico de la tensión superficial.
Como se ha señalado en muchos comentarios anteriores a la hora de lavar la ropa se juega con dos factores para conseguir una mejor eficiencia en el proceso de lavado: se aumenta la temperatura del agua y se añade jabón y otras sustancias para disminuir la tensión superficial del agua.
Si esto es así, entonces ¿cuál es el mejor detergente para lavar la ropa? Muchas marcas comerciales nos ofrecen formulas milagrosas con agentes superlimpiantes y otras maravillas. Desde mi punto de vista todo se trata de lo que se suele expresar coloquialmente como vendernos la moto, ya que cualquier detergente tiene prácticamente la misma composición y va a conseguir los mismos resultados a la hora de lavar la ropa. Así pues, no deberíamos dejarnos engañar y pagar más por algo que no da más.
Creo que todavía no se ha comentado… La unidad de medida de la tensión superficial es el N.m-1, o lo que es lo mismo, J.m-2, que es una unidad de energía de superficie.
El valor de la tensión superficial de un líquido se puede obtener mediante varios métodos; algunos comentarios pasados mencionaban el método Wilhelmy, pero también está el método de Du Nouy que emplea un anillo. Si lo buscáis en Google aparecen muchas explicaciones sobre cómo realizarlo.
Al respecto de los comentarios sobre que la tensión superficial es lo que hace que nos duela una caída al agua cuando nos damos un planchazo, me hizo pensar en los campeonatos de salto desde acantilados donde siempre hay unos chorros de agua a presión orientados hacia la zona de caída de los deportistas. Siempre entendí que son para romper la tensión superficial y proteger a los deportistas, que creo que sigue siendo cierto. Lo que veo difícil, es que una mala caída sea inócua a esa altura, ya que lo más importante no es la tensión superficial, sino la diferencia de aceleración entre el momento anterior al contacto y el posterior, como vimos en clase con el huevo y la sábana.
Me ha gustado mucho el vídeo porqué es muy sencillo pero fácil de entender. Con los más pequeños yo he usado muchas veces otro experimento similar para explicar el concepto de la tensión superficial: usar leche entera (con el máximo de nata posible), colorantes alimentarios, detergente y un bastoncillo como vemos en este vídeo. Después de hacerlo es interesante repetirlo usando leche semidesnatada o desnatada y también agua. Las diferencias son claras y ayudan a entender el concepto de tención superficial y el efecto del jabón en la leche entera.
Actividad fácil y muy útil para explicar al alumnado de secundaria y bachillerato el concepto de tensión superficial en las materias de ciencias. Este concepto se aplica sobre las superficies de los líquidos y depende de la naturaleza de cada líquido así como del entorno que lo rodea y de la temperatura. El agua es uno de los líquidos con mayor tensión superficial (0,073 N/m) mientras que por ejemplo el alcohol etílico tiene un valor mucho más bajo (0,033 N/m). En el reino Animal, esta propiedad del agua permite a insectos caminar sobre ella o depositar sus huevos bajo la superficie lo cual es fundamental para el ciclo vital de muchos ellos. Incluso en los laboratorios se aprovecha esta condición para el pipeteo, entre otras técnicas. Otro ejemplo de actividad para trabajar este concepto se muestra en el siguiente vídeo.
Me parece un experimento muy fácil y sencillo para enseñar el concepto de tensión superficial. En este blog se explican más experimentos para mostrar la tensión superficial, además de una tabla con los valores de tensión superficial de diferentes líquidos. Uno de los experimentos que muestra es el del pez de papel propulsado por una gota de jabón o aceite: se recorta un pez de papel con un agujero y surco en el centro, se coloca en la superficie de un recipiente con agua y se le añade una gota de jabón o aceite en el agujero. El pez se desplazará por el agua propulsado porque el jabón o aceite reducen la tensión superficial del agua con la que entran en contacto. Este experimento se puede ver en el siguiente vídeo.
Experimento muy sencillo para explicar el concepto de tensión superficial. Esta tensión superficial afecta también a un proceso costero muy común como es el oleaje. Las olas son ondas que se desplazan sobre la superficie de mares, océanos, ríos, etc. Este tipo de ondas son generadas, fundamentalmente, cuando el viento sopla sobre la superficie del agua. Una vez que se generan, la tensión superficial del agua, junto con la gravead y Coriolis, son las fuerzas que actúan para regresar a las partículas de agua a su posición promedio en la columna.
O vídeo amosa o efecto que produce o xabón na tensión superficial da auga e sobre os clips que están flotando. Este efecto, ente outros como a contaminación, tamén o producen certos contaminantes cando chegan ós ríos. É curioso como fauna invertebrada que vive na superficie da auga como «Gerris lacustris» vese afectada doblemente tras un verquido porque a auga presenta sustancias contaminantes e porque non pode flotar na superficie.
Como se puede ver en el vídeo, se puede tratar el concepto de la tensión superficial de forma sencilla y muy visual. Existen numerosas versiones en la red para tratar este fenómeno, sin embargo, es curioso que en las aulas se siga viendo de forma puramente teórica. Ahora hay ideas, recurso….¿cual es la excusa ahora?
A tensión superficial da auga é chave en moitos procesos biolóxicos. Como xa recollen outros comentarios, está relacionado coa capacidade de varios animais de manterse a frote sobre a superficie da auga (zapateiros, araña balsa, etc.) ou co transporte de nutrientes nas plantas a través da capilaridade, derivada da tensión superficial e da elevada cohesión das moléculas de auga. Non obstante, na bioloxía tamén ten unha vital importancia o concepto de surfactante ou tensoactivo, que non é máis que calquera axente químico capaz de diminuír a tensión superficial dun líquido. Isto pode observarse no surfactante pulmonar, que evita o colapso dos alveolos durante o proceso respiratorio ao diminuír a tensión superficial alveolar. Na vida diaria empregamos os surfactantes continuamente, xa sexa no lavado na roupa, na hixiene persoal (champús, xeles de baño, etc.) ou na alimentación (os emulsionantes, espumantes e lubricantes son diferentes tipos de axentes tensoactivos).
Para completar los comentarios anteriores, me gustaría aportar datos sobre el origen de la tensión superficial. Esta fue descubierta por la científica Agnes Pockels (Venecia 1862 – Brunswick 1935) en el momento en el que se encontraba lavando platos en su cocina. Fue en ese momento cuando descubrió la influencia de las impurezas en la tensión superficial de los líquidos y construyó su propio útil para medir el tamaño de las moléculas y la tensión superficial de monocapas de aceites y jabones con gran precisión. Este instrumento es conocido como cubeta de Pockels y consistía en un recipiente de hojalata con varias inserciones y una balanza. La inserción móvil comprimía la capa de jabón de modo que la presión cambiaba suavemente hasta un punto en el que lo hacía bruscamente (el punto de Pockels) en cuyo momento las moléculas estaban en el máximo de compresión. El área que ocupaba una molécula se obtenía a partir de la superficie y el numero de moléculas de jabón depositadas. Al determinar la fuerza necesaria para que el disco atravesase la monocapa, se obtenía una medida de la tensión superficial.
Un aporte curioso y en parte relacionado con la tensión superficial: el insecto hemíptero Notonecta glauca, también llamado «nadador de espaldas» se sirve de este fenómeno, de forma similar al zapatero, aunque en este caso, no flota sobre el agua sino que se mueve justo bajo la superficie, utilizando la tensión superficial para evitar hundirse.
Aunque estos insectos son acuáticos, respiran el aire de la atmósfera y por tanto no poseen branquias. Cuando descansan bajo la superficie del agua, crean una película de aire que rodea su cuerpo: un recubrimiento o superficie superhidrofóbica, que evita que el insecto se moje. Esta superficie reduce también la resistencia del agua al bucear. Para poder crear esta película de aire a su alrededor, el cuerpo de estos animales está cubierto de estructuras peludas. A mayor densidad de pelos, más tiempo permanece la película de aire alrededor del cuerpo del animal. En el caso de Notonecta glauca, ésta se mantiene hasta 120 días. Este animal se usa como modelo para el desarrollo de superficies ultrahidrofóbicas.
Esta práctica nos permite comprobar la importancia de la tensión superficial del agua, que se explica por la tendencia de las moléculas de agua a interaccionar entre sí. Dentro de la masa de agua, las moléculas vecinas serán iguales y las interacciones entre ellas de igual magnitud, haciendo la resultante de estas interacciones sea nulo. En la superficie, sin embargo, la presencia de moléculas de aire por encima de ellas hace que la unión entre moléculas de agua sea más fuerte, haciendo que la fuerza sea dirigida hacia el interior y que estas moléculas sean más resistentes a alteraciones en la superficie. Es decir, la superficie está bajo tensión (tensión superficial), y es esta tensión la que permite al clip del vídeo, o al insecto zapatero que mencionaron varios compañeros, flotar sobre el agua.
La tensión superficial determina la cantidad de energía que es necesaria para que un líquido aumente su superficie por unidad de área. Por naturaleza, la tendencia de cualquier líquido es a reducir esta energía lo máximo posible. Es por esto que las gotas tienden a tener forma esférica, pues el cuerpo geométrico que menor superficie tiene para un mismo volumen es la esfera. Este fenómeno se puede apreciar fácilmente si observamos la formación de gotas de rocío sobre la superficie de las hojas o si vemos como se forman las gotas en un grifo que está goteando.
La tensión Superficial se puede definir sencillamente como la fuerza que ejerce un líquido para resistirse a ser roto en su superficie. Estas fuerzas pueden ser la cohesión y adhesión. La Tensión Superficial es medida en Newton partido metro (N/m), y para cada sustancia disminuye al aumentar la temperatura. La del agua es mayor que en la mayoría de los líquidos, y es debida también a que es uno de los líquidos más densos, con 1 g/cm3 de densidad. En este vídeo se muestra otro ejemplo de tensión superficial donde está muy bien explicado y es sencillo de entender. En este otro vídeo se hace con colores por lo que puede ser incluso más llamativo para el alumnado.
En relación a todos los comentarios que hacen referencia a los organismos que habitan asociados a la superficie del agua, me parece interesante definir el concepto de neuston: conjunto de organismos que habitan en la interfase agua-atmósfera en los mares, ríos, lagos, charcos, etc. Estos organismos incluyen insectos, arácnidos, bacterias, protozoos, etc. En general implica los organismos que están suspendidos en el agua o que dependen de la tensión superficial de la misma (Ringuelet, 1962 y Cole, 1988). Muchos insectos pasan por lo menos una parte de su vida en esta capa y otros seres la habitan permanentemente; los organismos del neuston forman una parte muy importante de la cadena alimentaria de los ecosistemas acuáticos. Más información en el siguiente enlace.
Un concepto un tanto complicado de explicar se convierte en una experiencia muy fácil de entender. Fantástico.
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Como xa se comentou noutros comentarios a tensión superficial é responsable da forma esférica das gotas de auga. A tensión está moi presente cando observamos unha xanela un día de chuvia. Observamos pequenas gotas de auga no cristal da xanela que colisionan entre elas formando gotas de maior tamaño. Inicialmente é un proceso lento, que se acelera a medida que se van formando gotas de maior tamaño ata que caen polo seu propio peso tras vencer a forza de sustentación. Como curiosidade, o diámetro dunha gota típica de chuvia é de 2 mm (existindo un diámetro límite de gota imposto pola tensión superficial da auga que se sitúa en aprox. 6 mm). Os líquidos tenden de forma natural a minimizar a súa superficie, razón pola cal as gotas teñen unha forma esférica en ausencia de gravidade ou son «aproximadamente» esféricas cando precipitan desde unha nube.
A tensión superficial é un tipo de forza cuxo efecto é insignificante nas persoas pero que para seres vivos moito máis pequenos é extremadamente prexudicial. Por exemplo nunha persoa mollada en torno a 1% do seu peso corporal é auga adherida, sen embargo nun rato mollado máis dun 10% do seu peso é auga. Na escala dun insecto a tensión superficial é tan forte que se o insecto tocara a auga sería engulido e non sería capaz de romper a súa superficie, afogando no interior. Por esta razón os insectos han evolucionado con certos mecanismos para repeler a auga.
Para empezar, el experimento planteado me parece muy ilustrativo y fácil de realizar con el alumnado, incluso como dicen en algunos comentarios es tan viable que se puede indicar a los alumnos par que lo realicen en sus casas con variaciones y que lo graben. Es verdad que me parece más espectacular el experimento sobre la tensión superficial, realizado con pimienta en la superficie del agua y como esta se repele al introducir un objeto/dedo con jabón, el mencionado experimento está en varios comentarios anteriores y también se encuentra en esta guía de Oxford Educacion, ¡Oh! El agua, en ella podemos encontrar numerosos y fáciles experimentos sobre este elemento, tan importante para la vida, el agua.
Igual que a muchos compañeros, al leer tensión superficial, a mi mente ha venido la imagen de los zapateros (especies de la familia Gerridae) andando-bailando por el agua, fenómeno explicado en comentarios anteriores… Y bueno me ha llevado a pensar en los humanos, no podemos andar por en cima del agua, pero… si que nos aprovechamos de este fenómeno de la tensión superficial por ejemplo en nuestro paseos por la playa. Piénsalo, ¿por donde andas más fácilmente en la playa? Por la arena muy mojada, muy seca o por la que está húmeda (no encharcada). Cuando la arena está muy seca, los granos se deslizan entre sí, produciendo una profunda huella, a pesar del rozamiento. Si la arena contiene agua suficiente como para que los granos estén rodeados de sus moléculas, pero manteniendo poca separación entre ellos, la tensión superficial crea fuerzas, de mayor intensidad que las de fricción y que aproximan entre sí los granos, creando una superficie casi impenetrable. Sin embargo cuanto arena contiene agua en abundancia, los granos están demasiado separados entre sí y esas fuerzas debidas a la tensión superficial no son capaces de aproximarlos. En este blog se habla más detenidamente sobre esto.
Para terminar, volveré a mencionar la importancia de los jabones y detergentes para romper la tensión superficial como han mencionado comentarios anteriores, y respecto a esto dejo por aquí este artículo de la revista QUO donde nos muestran una forma para aprovechar al máximo esas últimas gotas del champú que se nos resisten, para no desperdiciar nada! Tenemos que recurrir nada más ni nada menos que a la nanotecnología y su secreto es la tensión superficial.
El video es muy ilustrativo para el concepto de tensión superficial. Otro ejemplo podría ser el vídeo que muestra como la tensión superficial depende de diferentes variables, como puede ser la naturaleza del líquido (composición, estructura molecular), temperatura, fuerzas intermoleculares (adherencia, cohesión, fuerzas de Van der Walls, …) así como de la fuerza de la gravedad, entre otras.
Al igual que algunos de los comentarios anteriores, cada vez que leo el concepto de «tensión superficial» lo primero que me viene a la cabeza es el ejemplo de los zapateros/zancudos caminando libremente por la superficie del agua. Sin embargo, si nos paramos a pensar en este fenómeno, lo podemos encontrar a diario en nuestras vidas y no nos damos cuenta de su relevancia y utilidad. Algunos ejemplos pueden ser: las pompas de jabón, que tienen forma esférica gracias a la tensión superficial que la mantiene cohesionada; las partículas de arena o polvo que se quedan suspendidas en la superficie del agua; cuando la corriente del río lleva hojas en su superficie; o esas pequeñas gotas de agua de lluvia que se quedan adheridas a la cuerda de la ropa.
En este vídeo se observan otros experimentos en los que la acción de la tensión superficial determina el comportamiento del sistema, siendo esta diferente según el líquido que se utiliza o si se le añade un detergente que la haga disminuir. Aunque a nuestro parecer pueda resultar algo poco interesante, este principio es básico para algo tan esencial como la alimentación de las plantas, donde el agua sube desde las raíces por capilaridad, sin necesidad de gastar energía para vencer la fuerza de la gravedad.
La tensión superficial es imprescindible comprenderla para perfeccionar la entrada al agua si eres nadador.
Unha forma moi sinxela de observar a tensión superficial da auga no medio natural é ir ao río e ver aos comunmente coñecidos como «zapateiros«. O nome científico desta especie é Gerris lacustris e soen atoparse nos ríos de Galicia. Apoianse sobre a auga sen afundir debido a tensión superficial desta.
Una explicación gráfica sobre las fuerzas moleculares que provocan la tensión superficial con una demostración con agua y aceite.
Experimento sencillo para dar paso a la explicación de las fuerzas intermoleculares a estudiantes de secundaria. En enlace se puede observar a cámara lenta como las gotas de agua botan.
O vídeo é moi ilustrativo sobre o efecto da tensión superficial aínda que estou moi de acordo cos comentarios dos compañeiros en que se podería complementar con outro tipo de elementos a utilizar na solución acuosa. No seguinte enlace podemos encontrar algunha aplicación xa mencionada con anterioridade (insectos sobre a auga) e un caso biolóxico como é o funcionamento dos alveolos pulmonares dos mamíferos. Esta parte é realmente interesante xa que explica de forma matemática as relacións de presión necesaria para que o aire quere adherido ós alveolos e se produza a respiración. Finalmente tamén me parece moi interesante para introducir outro concepto físico relacionado ca tensión superficial entre elementos: o fenómeno de capilaridade e importancia do ángulo de contacto no mesmo. A resaltar tamén certos casos onde se produce na natureza (ascenso da savia en árbores) e a relación de como as árbores foron capaces ó longo da evolución de atopar un equilibrio entre o fenómeno da capilaridade e o diámetro dos conductos polos que flúe, xa que a viscosidade nese caso podería ser un factor limitante moi importante.
Visto que xa hai comentarios de todo tipo en canto a variacións do experimento e tamén as aplicacións deste fenómeno na vida cotiá. Desde a miña parte gustaríame aportar que sería interesante amosar as diversas maneiras que existen para calcular a tensión superficial. Por exemplo ensinando como se emprega o dinamómetro de Du Nouy e vídeo.
Durante a cuarentena de marzo de 2020, fíxose viral un vídeo no que se demostraba a importancia de lavar as mans. No experimento, ponse pementa sobre un prato de auga. Ao introducir un dedo vemos que se enche de pementa. Sen embargo, ao votar xabón nas mans, observamos que ao meter o dedo con xabón rómpese esa tensión superficial.
Aquí un exemplo de El Pais.
Buen ejemplo de cómo un experimento muy sencillo y fácil de llevar a cabo en cualquier sitio puede ser un buen punto de comienzo para una clase. Aprendemos haciendo y como ya se ha comentado por aquí con anterioridad, la tensión superficial está detrás de muchos fenómenos, algunos más cotidianos que otros, por ello es tan importante que estos conceptos se entiendan de manera completa. Recuerdo cuando me explicaron la tensión superficial pulmonar en la carrera, que casi nadie era capaz de explicar bien qué era la tensión superficial. Pues sin ella y los surfactantes, una sustancia tensioactiva que reduce esta tensión superficial previniendo el colapso de los pulmones, ¡no podríamos respirar adecuadamente!
Todos sabemos que algunos insectos como los zapateros son capaces de caminar sobre el agua pero ¿Por qué?. Esto se debe a que el agua, al igual que todos los líquidos, presenta tensión superficial. Por otra parte, las patas de los zapateros están cubiertas de pelillos que las impermeabilizan. Las moléculas del agua están unidas por fuerzas de atracción. En la superficie del fluido, la intensidad de estas uniones es mayor, lo que permite la formación de una película elástica capaz de sostener cuerpos ligeros como los de los zapateros. De esta manera, la lámina superficial se curva bajo sus patas hidrófobas. La tensión superficial también También explica que se pueda llenar un vaso de agua ligeramente por encima del borde sin que se derrame y que las gotas tengan una forma redondeada característica.
Esta experiencia es ideal para explicar en el aula la tensión superficial y poder comprobar como un objeto que tenga mayor densidad que el agua no tiene por qué hundirse. El agua no deja de sorprendernos, es la vida misma. Hace unos días conocí que es el Efecto Mpemba en el agua…
La tensión superficial es uno de los conceptos más sencillos de explicar de forma experimental porque hay una gran variedad de actividades que se pueden realizar como desplazar un barco hecho de cartulina por ejemplo en una superficie de pequeña de agua (muy entretenido para los más pequeños de la casa). Ése y algunos ejemplos más se muestran en este vídeo.
En los márgenes de los ríos viven unos insectos, que caminan con sus largas patas por la superficie del agua sin hundirse. Este hecho se puede explicar mediante el fenómeno de tensión superficial, tal y como se explica en este artículo publicado en la revista «Muy Interesante«. Además, es un concepto muy fácil de llevar a la práctica, tal y como se muestra en el siguiente vídeo.
La sencillez de este experimento lo hace idóneo para trasladarlo al aula. Si se desea profundizar más sobre este concepto, existen varias formas de medir la tensión superficial del líquido a través de diversos métodos, los cuales se especifican en el siguiente enlace, como puede ser el método de la placa (Whilhelmy 1863). Empleando una placa de geometría conocida y suspendida a una balanza de precisión, el lado inferior se pone en contacto horizontalmente con la superficie del fluido. Posteriormente, se ejerce una fuerza vertical sobre la placa para poco a poco levantarla, formando una interfase curva donde se puede calcular el equilibrio de fuerzas.
La disminución de la tensión superficial es el motivo por el que los detergentes o jabones pueden limpiar las manchas de la ropa. Un fenómeno físico interesante asociado a la tensión superficial es la capilaridad. Cuando un líquido sube por un tubo capilar (un tubo de poco diámetro, del orden de milímetros), es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. La capilaridad es el fenómeno por el cual el agua que absorben las plantas por las raíces permite alcanzar la copa de los árboles.
Un experimento quizá menos visto para ver la Tensión superficial del agua sería este.
Estaría bien hacerlo con los alumnos en clase. Y se puede añadir una parte en la que con Fairy rompes la tensión superficial del agua!
El conocimiento de la tensión superficial de los materiales y los fluidos es esencial para conseguir la fabricación de productos para tratamientos superficiales, como barnices, pinturas, lacas, impermeabilizantes…
Durante la cuarentena circuló un vídeo por las redes en el que, al echarte jabón en el dedo, conseguías “alejar” a los virus (representados con granos de pimienta). Este vídeo se usaba para concienciar a las/los niñas/os sobre la importancia de lavarse las manos con jabón. Sin embargo, en realidad el jabón no “aleja” a los virus como se muestra en el vídeo, lo que hace es destruirlos al romper su cubierta. En el famoso vídeo lo que ocurre es lo mismo que se muestra en el de aquí arriba con los clips. Si nos imaginamos la tensión superficial como una “película” que recubre la capa superficial del agua, al echar jabón en un punto conseguimos “romper” esa película, la cual se retrae hacia los bordes y se lleva consigo a los granos de pimienta. Se reduce la tensión en un punto produciéndose en “efecto en cadena” debido a la tendencia del agua a intentar mantener esa tensión. Dejo un link de una web donde se explica este fenómeno y se introducen algunos casos más donde podemos “ver” la tensión superficial: planchazos contra la piscina, rebotes de una piedra en un lago o construir un barco a propulsión…
Una demostración clave para que los alumnos vean como se pueden llegar a romper las fuerzas moleculares propias del agua con la adición de jabón, cuyas propiedades influyen dando lugar a la eliminación de esa tensión superficial, lo que también explica cómo el jabón quita la suciedad de vajillas, prendas de ropa e incluso de la piel.
Este mismo principio es empleado por algunos insectos como sistema de defensa ante posibles depredadores. Las especies de escarabajo del género Stenus tienen la capacidad de expulsar una sustancia que reduce la tensión superficial del agua. Cuando se ven en peligro al nadar, la expulsan a través de sus glándulas pigidiales, haciendo que puedan moverse más deprisa sobre la superficie del agua, como pasa con la pimienta en el famoso experimento del jabón y la tensión superficial. Como vemos, no somos los únicos que empleamos este tipo de fenómenos.
La tensión superficial es un proceso que da explicación a múltiples fenómenos de la naturaleza y de la vida cotidiana. Se encuentra detrás de afamados procesos como el mecanismo de acción de un detergente o la capacidad de los zapateros de “caminar” sobre el agua. Sin embargo, también fundamenta otros ejemplos menos intuitivos, como es el caso de no desinfectar o lavar las mascarillas quirúrgicas. Esto es debido a que la adicción de alcohol o jabones, disminuye la tensión superficial del agua hasta el punto de que esta es capaz de traspasar los filamentos que conforman la mascarilla. De este modo los aerosoles que emitimos al respirar tendrían también la capacidad de hacerlo. En el siguiente enlace se muestra un experimento que ilustra el proceso.
La tensión superficial es tan fuerte que puede permitir que ciertos animales como el zapatero o el lagarto basilisco se desplacen en la superficie del agua. Por este motivo los saltadores de altura tienen chorros de agua que rompen la tensión superficial, ya que sino sufrirían lesiones en el momento del impacto. Para romper la tensión superficial también se puede utilizar detergentes. Recomiendo ver el video de Beakman, que aunque tenga años lo explica de manera clara.
Sería interesante ir probando con objetos cada vez más grandes y pesados, estableciendo una relación entre la superficie del agua y la fuerza de desplazamiento sobre un objeto. Al igual que se podrían usar diferentes tipos de formas, como por ejemplo, tal y como unos compañeros mostraron con zapateros artificiales de alambre, hechos con diferentes tamaños.
Otro experimento relacionado es cuantas gotas de agua caben en una moneda.
Otra forma de ver este fenómeno y como la tensión varía con ciertos solutos, muy atractiva de cara al alumnado, es realizar lo que se conoce como el barco de propulsado por jabón. En este experimento, por efecto llamado Marangoni, se produce un movimiento del fluido de menor a mayor tensión superficial, lo que provoca el movimiento del «barco». Dejo el enlace a un vídeo que ilustra la actividad.
Como ejemplo de tensión superficial podemos nombrar los desinfectantes que están tan de moda en esta época que vivimos. Esto se debe a que los desinfectantes son generalmente soluciones de baja tensión superficial. Esto permite que se propaguen a traves de las paredes celulares de las bacterias y eliminen su desarrollo.
La tensión superficial del agua es un concepto que permite ser explicado en el aula con experimentos muy sencillos y de bajo coste pero muy ilustrativos; prueba de ello los numerosos enlaces aportados anteriormente. Como ya se ha comentado también, algunos insectos se valen de ésta para poder caminar por la superficie del agua; esto nos debería valer para hacer reflexionar a los alumnos sobre la relevancia de ciertos vertidos a las aguas de ríos, lagos y pantanos ya no solo para los peces sino también para los insectos que también «habitan» en esas aguas.
Se ha mencionado en varios comentarios el efecto que tiene la temperatura sobre la tensión superficial de los fluidos, y es que, al aumentar la temperatura, la agitación cinética de las moléculas y la tendencia de éstas a escapar hacia fuera aumentan, por lo tanto la tensión superficial disminuye. A medida que la temperatura se acerca a la temperatura crítica, disminuye la fuerza ejercida sobre las moléculas de la superficie y al llegar a la temperatura crítica, la tensión superficial se va desvaneciendo. Para medir la tensión superficial, se obtiene la cantidad de fuerza (N) que se ejerce sobre una unidad, como la longitud (m), o también se puede obtener la cantidad de energía de una área medida. La tensión superficial de un fluido se puede medir con un estalagmómetro. El Mercurio (Hg) es el elemento de la tabla periódica con mayor coeficiente de tensión superficial (465 dinas/cm^2), mientras que el Helio (He) es el que tiene el coeficiente menor (0.1 dinas/cm^2).
La capilaridad, propiedad que depende de los fluidos, es un fenómeno a tener muy en cuenta al “cacharrear” en un laboratorio. Es la responsable de la formación de meniscos en recipientes estrechos de vidrio, complicando la medida de líquidos en personas inexpertas. En este vídeo se ejemplifica lo pronunciado que puede ser uno de estos meniscos y cómo corregir la medida de un líquido en probetas, y sería interesante explicarlo siempre que se vaya a experimentar por primera vez en un laboratorio.
Este experimento ayuda a entender el peligro que podría suponer para insectos como los zapateros verter determinados productos en los ríos. Si por causa de estos la tensión superficial disminuye, dichos insectos podrían tener problemas para mantenerse a flote.
Debido la tensión superficial, la tendencia de las superficies líquidas es hacerse lo más reducida posible, y esto provoca una tendencia a que se formen en un volumen esférico. Esto se observa muy bien con el mercurio, que tiene una tensión superficial muy fuerte. Este forma una bola casi redonda al depositarlo en una superficie horizontal, sus moléculas sienten fuerzas de cohesión, de tensión superficial, que cierra la gota y esta puede sostener su forma esférica contra la gravedad, que la impulsa a caer.
Quizás no sea el mejor vídeo pero en El Hormiguero, México, también comentaron el efecto …
Pensando en un experimento que hacer para la sesión de clase de «Lleva un experimento a clase», descubrí un vídeo fascinante sobre la tensión superficial, que intenté recrear sin ningún éxito en el fregadero de mi casa. Os lo comparto, porque de verdad que me dejó asombrada.
Este experimento se puede realizar también con un alfiler, utilizando un pequeño trozo de papel higiénico para soportar el alfiler en un principio. Una vez retiramos el papel con sumo cuidado, podemos constatar cómo la tensión superficial del agua evita que el alfiler se hunda. En el momento que echamos el jabón, rompemos la estructura molecular, y de esta manera el alfiler se hunde rápidamente. Este es el principio por el que funcionan los quitamanchas. Os dejo un enlace.
Otro experimento muy similar seria teniendo en la superficie un barco de papel o una paleta de madera, y si el lavavajillas o el detergente se añade en la cabeza de un hisopo y se toca la superficie, entonces ocurrirá una repulsión que lo desplazará hacia los bordes del vaso. El barco de papel y la paleta de madera se moverán alejándose del hisopo untado con detergente. Otro experimento más gráfico consiste en repetir la misma operación, pero en un balde de agua rociado con pimienta negra. Las partículas de pimienta negra se alejarán y la superficie pasará de estar cubierta de pimienta a ser cristalina, con la pimienta en los bordes.
Leyendo este post me acordé de las aves buceadoras (como los alcatraces o los cormoranes), que se introducen en el agua a altas velocidades para pescar, y que tienen que romper la tensión superficial del agua, sin ellas mismas “romperse el cuello”. Aquí os dejo un estudio sobre la técnica de los alcatraces para romper la tensión superficial al meterse en el agua en picado.
Me ha parecido muy ilustrativo el video. He leído algún comentario interesante, como el de Jacobo del 2022 en el que dice que insectos como los zapateros podrían verse afectados por vertidos en los ríos a la hora de mantenerse a flote debido a que bajaría la tensión superficial del agua. Muy interesante.
Buen experimento para introducir el concepto de tensión superficial. Adjunto este otro vídeo en el que se puede apreciar otra forma fácil y divertida de explicar el concepto de la tensión superficial.
Un experimento sencillo y demostrativo para explicar de una forma simple el tema de la tensión superficial. Comparto este link en el que se muestran varios experimentos con los que complementar vídeo el mostrado en el hilo.
Los experimentos de tensión superficial pueden utilizarse para explorar las propiedades de los líquidos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Uno de estos experimentos consiste en utilizar una aguja u otro objeto punzante para ver hasta dónde puede penetrar en la superficie de un líquido. Este experimento puede utilizarse para medir la tensión superficial de distintos líquidos.
Como se puede ver en este enlace hay numerosos experimentos sobre la tensión superficial. Se puede demostrar echando gota a gota agua sobre una moneda, cuando parece que esta va a desbordar, debido a la tensión superficial esto no ocurre. La tensión superficial es consecuencia de la gran cohesión que existe entre las moléculas del agua. Haciendo la misma prueba añadiendo detergente, se observa como en este caso las gotas se extienden mucho más ya que debido a la acción del detergente las fuerzas de cohesión disminuyen por lo que la tensión superficial baja. La tensión superficial del agua justifica que las gotas y las pompas tengan forma esférica o que determinados insectos puedan caminar sobre la superficie del agua. Además, en el mismo enlace (al final del todo de la página), se muestra otro curioso experimento relacionado con la tensión superficial. Como se puede observar en el vídeo la flecha se mueve gracias a que la gota de detergente tiene menor tensión superficial que el agua. Por este motivo, la gota de detergente que se deja caer en el canal cerca de la punta de la flecha se dirige hacia fuera del canal y, por el principio de acción y reacción, la flecha se pone en movimiento en sentido contrario.
La tensión superficial es esencial para entender muchos fenómenos naturales, como la formación de burbujas y la flotación de los objetos. Dependiendo de la composición del líquido, la tensión superficial puede ser mayor o menor. Por ejemplo, el aceite tiene una tensión superficial menor que el agua, lo que permite que las burbujas de aire se mantengan más tiempo en la superficie del aceite en comparación con el agua. Además, la adición de un tensioactivo, como el jabón, disminuye la tensión superficial, lo que permite la formación de burbujas más grandes y estables. El enlace es una noticia en europa press que justo habla de la tensión superficial en las pompas de jabón.
Me ha parecido un experimento muy interesante para introducir el tema de la tensión superficial. La tensión superficial es la fuerza responsable de que las gotas tengan esta forma esférica y no cualquier otra. La forma esférica es la que minimiza la tensión de la pared como se puede ver en el siguiente enlace. También es responsable de que algunos insectos puedan caminar sobre el agua sin hundirse, un ejemplo sería los zapateros y su relación con las estilográficas :). Otro experimento sobre la tensión superficial muy interesante sería el siguiente vídeo.
La tensión superficial es un fenómeno muy presente en la vida cotidiana. Con este experimento se puede profundizar en este tema y probar distintos líquidos y observar las diferencias entre ellos y comentar los resultados
Muy buen experimento para ilustrar el concepto de tensión superficial. Además de permitir que insectos como los zapateros caminen sobre el agua, como ya se mencionó en otros comentarios, la tensión superficial también permite la formación de las burbujas. Aquí hay más información muy interesante al respecto.
El experimento voluntario que llevé a clase era sobre la tensión superficial del agua, en mi caso utilicé una carta de una baraja y varias monedas, puestas en equilibrio encima de un vaso sin y con agua. Cuando el vaso no contenía agua, la carta (que estaba situada sobresaliendo por uno de los lados de la boca del vaso) estaba inmóvil hasta que se le situaban las monedas encima, que entonces se caía. Cuando se llena el vaso de agua, la tensión superficial de esta ayuda a la carta a «fijarse» al vaso y al colocar las monedas no se caen.
Experimento muy interesante para llevar al aula e introducir el fenómeno de tensión superficial y como esta disminuye al introducir un tensoactivo. Este fenómeno también está relacionado con multitud de aplicaciones industriales. También recomiendo este fragmento de la película «Passengers» en como se comporta el agua ante la falta de gravedad, la tensión superficial convierte el agua en gotas ya que no existe otra fuerza que se oponga a ella.
Un estudio científico sobre plásticos en los ríos publicado en la revista ‘Water Research’ evidencia por primera vez que la tensión superficial del agua desempeña «un papel clave en el transporte y cuantificación de plásticos” a la hora de combatir la contaminación fluvial.
Este trabajo analiza el transporte de los plásticos suspendidos dentro del agua, dominados por la turbulencia y la flotabilidad, además del de los plásticos superficiales, dominados por esos dos factores y también por la tensión superficial. Os dejo aquí una pista para poder contactar con uno de los investigadores.
La tensión superficial es un fenómeno que podemos llevar a clase fácilmente. Este fenómeno consiste en que líquido mantiene su estructura por las fuerzas que cohesionan sus moléculas. Cada molécula se mantiene unida a las de su alrededor. Sin embargo, las moléculas de la superficie del fluido no tienen moléculas encima de ellas, por lo que aparece una fuerza resultante en la superficie del fluido que cohesiona más fuertemente las moléculas de dicha superficie. Esta resultante hace necesario un cierto trabajo mínimo para modificar la superficie del fluido. La tensión superficial es importante en la industria por su influencia en diversos fenómenos: formación de gotas (p.e. en la administración de medicamentos), aplicación de recubrimientos en superficies (pinturas, barnices, tratamiento de lentes), diseño de tensioactivos pulmonares (para facilitar la formación de burbujas de oxígeno que absorben los pulmones) o la formación de emulsiones en la industria de los alimentos (mantequilla, preparados lácteos, salsas…). En el siguiente enlace tenéis un experimento para realizar en clase que propone la Facultad de Física de la Universidad de Valencia.
El concepto de tensión superficial es un concepto que en ocasiones provoca confusión entre los estudiantes, por ello gracias al presente video queda bien explicado en qué consiste. Aún así desde las aulas podemos hacer reflexionar a nuestro alumnado sobre cómo se manifiesta la tensión superficial en nuestra vida diaria, por ejemplo, cuando caen gotas de agua en una superficie, se forman gotas esféricas debido a la tensión superficial. Otros ejemplo, sería la flotación de objetos ligeros en la superficie de un líquido, cuando colocamos cuidadosamente una aguja o clip en la superficie de agua puede flotar debido a la capacidad de la tensión superficial para soportar objetos ligeros.
Este experimento sobre la tensión superficial es una demostración de cómo las fuerzas moleculares pueden tener efectos macroscópicos significativos. En un sentido más amplio, este experimento puede inspirar una reflexión sobre la interconexión de todas las cosas en el universo. Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua son las mismas que dictan la estructura y el comportamiento de la materia en todo el cosmos. Al estudiar fenómenos como la tensión superficial, nos damos cuenta de que incluso las acciones más pequeñas y cotidianas están influenciadas por principios universales que gobiernan todo, desde una gota de agua hasta galaxias enteras. Además, la tensión superficial del agua tiene implicaciones prácticas en nuestra vida diaria y en la tecnología. Desde el modo en que se forman las gotas de lluvia hasta las técnicas de limpieza y purificación del agua, este fenómeno juega un papel crucial. En el campo de la nanotecnología, por ejemplo, la manipulación de la tensión superficial permite innovaciones en la entrega de medicamentos y en la creación de materiales con propiedades hidrófobas o hidrófilas. En resumen, un simple experimento sobre la tensión superficial del agua puede ser una ventana hacia una comprensión más profunda de las leyes naturales y su impacto en nuestra vida diaria.
Me parece un experimento muy visual e interesante. Creo que puede sorprender a los alumnos y asimilar un concepto que seguramente hayan visto antes, ya que, nos lo encontramos en el día a día de la vida cotidiana pero seguramente no hayan entendido. Además pueden experimentarlo ellos mismo e investigar con distintas disoluciones y objetos para que desarrollen el pensamiento critico y asimilen el concepto.
La tensión superficial es muy interesante y se puede ver en distintas circunstancias, como en la naturaleza. Hay una araña en particular (Dolomedes Triton) que puede caminar sobre el agua gracias a este fundamento. Muy interesante, se puede utilizar incluso como ejemplo para resolver.
El vídeo ayuda mucho a comprender la tensión superficial. Este concepto igual resulta menos abstracto que otros conceptos explicados tanto en física como en química, ya que cuando te bañas en la piscina o en el mar e intentas sumergir la mano resulta fácil notar la tensión superficial del agua. Llevándolo a mi campo que es la biología, existen animales que se aprovechan de la tensión superficial, uno de ellos es el lagarto «Basiliscus basiliscus» conocido comúnmente como lagarto Jesucristo, para caminar sobre el agua. Es capaz de hacerlo ya que no rompe la tensión superficial de esta gracias a que posee unas patas traseras ensanchadas con unas membranas entre los dedos que le permiten distribuir su peso de manera eficiente sobre el agua, minimizando la penetración y rompiendo de esta manera menos la tensión superficial. Aquí dejo un enlace a un video muy espectacular dónde se observa como este réptil literalmente camina sobre el agua. También destacar la relación fundamental que tiene la tensión superficial con la capilaridad (un fenómeno en el que los líquidos pueden ascender o descender a través de tubos capilares debido a la interacción entre las moléculas del líquido y las paredes del tubo).
Sin duda, la tensión superficial es una de las propiedades más fascinantes de algunos líquidos. Como se ha comentado anteriormente, muchos insectos (como los zapateros) aprovechan esta propiedad para desplazarse por encima de ciertas superficies de agua. Después, en relación con los tensoactivos, en clase podría resultar interesante comentar que gracias a estas sustancias podemos hacer cosas tan sencillas como lavar los platos, ya que estos compuestos permiten romper la tensión superficial del agua de forma que el agua y la grasa puedan mezclarse para llevar a cabo la limpieza.
Este experimento para explicar la atracción que ejercen las moléculas en la superficie del agua entre sí, tensión superficial, es muy fácil y sencilla de realizar en el aula para que la entiendan. Es un experimento que unido a varios comentarios como el de Dolores y Kais Jacob sobre saltos de altura ayudan a entender lo necesario que es entender la tensión superficial por la peligrosidad de ciertos juegos o deportes. También es interesante conocer este comportamiento en los líquidos y como trabajar con ellos para nuestro propio beneficio como lo refleja Miguel con la Ictericia y Jorge en farmacología.
Es un experimento muy sencillo para realizar en un centro educativo y además, es muy fácil de comprende para poder entender que es la tensión superficial y como funciona. También, explica muy bien lo que sucede a introducir en el sistema un tensioactivo (jabón). Los tensioactivos son compuestos orgánicos que se emplean para disminuir la tensión superficial.
También entra en juego el concepto de tensión superficial en la separación de aceite y agua en un mismo recipiente, que es causada por una tensión en la superficie entre líquidos distintos. Este tipo de tensión superficial es llamada «tensión interfacial», pero su química es la misma.
En el vídeo se menciona que los detergentes disminuyen la tensión superficial del agua. Esto se debe a su composición química, que los clasifica como tensioactivos. Los tensioactivos son compuestos que alteran las propiedades superficiales de los líquidos al actuar en la interfase, en este caso, entre el agua y el aire. Los detergentes son moléculas orgánicas que se caracterizan principalmente por su carácter anfifílico. Esto quiere decir que tienen una estructura molecular particular, ya que poseen una cabeza hidrófila (que interactúa con el agua) y una cola hidrófoba (que tiende a evitar el agua). Por tanto, adoptan disposiciones en que las cabezas hidrófilas se rodean de agua y las colas hidrófobas interaccionan entre sí. A mayores concentraciones, las moléculas de detergente pueden formar bicapas o micelas (estructuras esféricas). Estas orientaciones de los detergentes reducen la fuerza cohesiva entre las moléculas de agua en la superficie, disminuyendo la tensión superficial. Como curiosidad, el agua micelar, que es un limpiador cosmético, recibe este nombre ya que contiene surfactantes que forman micelas, que consiguen encapsular y eliminar el maquillaje o suciedad de la piel.
¡Otra vez llego después de Julia! Yo también pensé en los detergentes cuando vi el vídeo, pero como ella ya lo explicó tan bien, os contaré algo diferente que me recordó: los zapateros que hemos visto deslizándose sobre el agua en cualquier río de la zona. En la presentación se menciona una “membrana en tensión”, lo cual es una excelente analogía para explicar la tensión superficial. Mecánicamente, el sistema actúa como si las dos fases (aire y agua) estuvieran separadas por una fina membrana bajo tensión. Este comportamiento es el origen del término “tensión superficial”. Un ejemplo fascinante de cómo se aprovecha este fenómeno lo encontramos en los zapateros, insectos que logran deslizarse sobre la superficie del agua gracias a la tensión superficial. Sus patas están cubiertas de pequeños “pelillos” hidrófobos, que forman una bolsa de aire sobre la superficie del agua. Esto, combinado con la tensión superficial, les permite mantenerse a flote y moverse con toda facilidad.
Me parece un tema muy interesante. Para cualquier persona que busque una formación más específica en diferentes definiciones técnicas del concepto «tensión superficial», formas de medición y, sobre todo para profesores, aplicaciones e importancia del concepto en nuestra sociedad, les recomiendo consultar la siguiente referencia académica
(por favor, nótese que la misma tiene casi 20 años). Además, aprovechando que mis compañeras (Marta y Julia) han hecho un comentario sobre (i) tensión superficial, (ii) tensioactivos e (iii) interfase líquido-gas, creo que la siguiente referencia puede ser también de interés, especialmente al contener distintos diagramas e imágenes de interés para explicar el fenómeno.
El concepto de tensión superficial está muy presente en un fenómeno fundamental que sucede en las plantas: el transporte de agua por el xilema gracias a la tensión-cohesión. En este proceso, la pérdida de agua por transpiración en las hojas genera una tensión en la columna de agua, que se mantiene continua gracias a las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua y de adhesión con las paredes del xilema. Este mecanismo permite que el agua ascienda incluso en árboles de gran altura, desafiando la gravedad. Esta curiosidad sobre la tensión podría ser una gran oportunidad de mostrar a los estudiantes que las distintas disciplinas que estudian en clases poseen una conexión más estrecha de lo que parece y estas se relacionan con cosas cotidianas que observan en su día a día.