Divulgación y enseñanza de la ciencia

(PP-OC-115-MA) El agua que no cae.

Asesor: Myrna Veronica Fernandez Mendez

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

Resumen

Este mundo está lleno de fenómenos físicos y químicos que permiten maravillosos procesos, los cuales hacen posible la existencia de la vida en él; uno de esos interesantes procesos físico-químicos, es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre, a lo que llamamos presión atmosférica, la cual puede evitar que se derrame agua que se encuentra dentro de un vaso.

Pregunta de Investigación

Quiero saber ¿Cómo voltear un vaso con agua sin que esta caiga?.

Planteamiento del Problema

Este mundo está lleno de fenómenos físicos y químicos que permiten maravillosos procesos, los cuales hacen posible la existencia de la vida en él; uno de esos interesantes procesos físico-químicos, es la presión atmosférica, que es la fuerza que ejerce el aire sobre una superficie terrestre, la cual no es percibida por la vista.

Antecedentes

En ciencias, la presión atmosférica es el peso que ejerce el aire en la atmósfera de la Tierra. Cuando hablamos de presión atmosférica, estamos hablando de la presión ejercida en un punto dado por la columna de aire desde el suelo en ese punto hasta la parte superior de la atmósfera.

Por eso, cuanto mayor sea la altitud, menor será la presión: dado que la cantidad de aire es menor, la presión atmosférica será menor. A nivel del mar, la presión media es de 1013,25 hPa, y se considera que la presión atmosférica disminuye de media en 1 hPa por cada 8 metros de altura. Por tanto, cuando se habla de la presión atmosférica, la altitud siempre debe ser tenida en cuenta.

Entonces, la presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire que forma la atmósfera sobre la superficie terrestre.

En la antigüedad estaban lejos de sospechar el peso del aire. Lo consideraban como un cuerpo que por su naturaleza tendía a elevarse, explicándose la ascensión de los líquidos en las bombas por el horror vacui, «horror al vacío», que tiene la naturaleza.

La medición de presión atrae el interés de la ciencia hace mucho tiempo. En fines del siglo XVI, el italiano Galileo Galilei (1564-1642)  obtuvo patente por un sistema de bomba de agua utilizada en la irrigación. En 1592, usando solamente un tubo de ensayo y una cuenca con agua, Galileo montó el primer termómetro. El volcó un tubo con la boca hacia abajo, semisumergido en el líquido. Así, cuando el aire en el interior del tubo enfriaba, el volumen aumentaba y el agua era empujada hacia afuera. El nivel del agua, por lo tanto, medía la temperatura del aire. El núcleo de su bomba era un sistema de succión que el descubrió tener la capacidad de elevar el agua en el máximo 10 metros. El no descubrió la causa de este límite, lo que llevó otros cientistas a estudiar el fenómeno.

En 1643, el físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) desarrolló el barómetro. Este aparato calculaba la presión atmosférica, o sea, la fuerza del aire sobre la superficie de la tierra. El hizo una experiencia llenando un tubo de 1 metro con mercurio, sellado en uno de las extremidades y sumergido en una tina con mercurio en la otra. La columna de mercurio invariablemente bajaba hasta alrededor de 760 mm en el tubo. Sin saber la razón del fenómeno, el lo atribuyó a una fuerza existente en la superficie terrestre. Torricelli concluyó también que el espacio dejado por el mercurio en el inicio de la experiencia no contenía nada y lo llamó de “vacuum” (vacío).

Cinco años más tarde, el francés Blaise Pascal usó el barómetro para mostrar que en el alto de las montañas la presión de aire era más pequeña.

En 1650, el físico alemán Otto Von Guericke creó la primera bomba de aire eficiente, con la cual Robert Boyle realizó experimentos sobre compresión y descompresión y después de 200 años, el físico y químico francés, Joseph Louis Gay-Lussac, comprobó que la presión de un aire confinado a un volumen constante es proporcional a su temperatura.

No obstante, el concepto de presión atmosférica no empezó a extenderse hasta la demostración, en 1654, del burgomaestre e inventor Otto Von Guericke.

El físico y químico británico Robert Boyle en 1662 y el físico y botánico francés Edme Mariotte en 1676, descubrieron que la presión que era aplicada a un gas era inversamente proporcional a su volumen a temperatura y numero de moles constante. Dicho de otra forma, con el aumento de la presión ejercida sobre el gas, este mismo gas se comprime, reduciendo su volumen de forma inversamente proporcional, creando con esto la Ley de Boyle-Mariotte.

En 1849, Eugène Bourdon recibió la patente por el Tubo de Bourdon, utilizado hasta hoy en mediciones de presiones relativas. En 1893, E.H. Amagat utilizó el pistón de peso muerto en mediciones de presión.

Imagen 1. Tubo de Bourdon

Imagen 1. Tubo de Bourdon

 

Imagen 2. – Los hombres que hicieron la historia de la medición de presión.

Imagen 2. – Los hombres que hicieron la historia de la medición de presión.

 

En las últimas décadas, con el advenimiento de la tecnología digital, una enorme variedad de equipos se esparció por el mercado en diversas aplicaciones. La caracterización de presión solo tuvo su real valor reconocido a partir del momento en que logramos traducirla en valores mensurables.

Todo sistema de medición de presión es constituido por un elemento primario, lo cual estará en contacto directo o indirecto con el proceso donde ocurren los cambios de presión y por un elemento secundario (el transmisor de presión) que tendrá la tarea de traducir este cambio en valores mensurables para uso en indicación, monitoreo y control.

Ahora bien, por otra parte, debemos de saber que el agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O) unidos por un enlace covalente.​ El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque esta puede hallarse en su forma sólida, llamada hielo, y en su forma gaseosa, denominada vapor.​ Es una sustancia bastante común en la Tierra y el sistema solar, donde se encuentra principalmente en forma de vapor o de hielo.

Fue Henry Cavendish quien descubrió en 1782 que el agua es una sustancia compuesta y no un elemento, como se pensaba desde la antigüedad.​ Los resultados de dicho descubrimiento fueron desarrollados por Antoine Laurent de Lavoisier, dando a conocer que el agua está formada por oxígeno e hidrógeno. En 1804, el químico francés Louis Joseph Gay-Lussac y el naturalista y geógrafo alemán Alexander Von Humboldt demostraron que el agua estaba formada por dos volúmenes de hidrógeno por cada volumen de oxígeno (H2O).​

Objetivo

Saber si la presión atmosférica que se encuentra dentro de un vaso con agua logra que está no se derrame.

Justificación

Me interesa saber cómo la presión atmosférica puede evitar que no se caiga el agua que se encuentra dentro de un vaso, mismo que es tapado con un pedazo de papel y es girado.

Hipótesis

Si coloco un vaso con agua y lo tapo con un pedazo de papel al invertirlo o voltearlo no se caerá el agua que está dentro por la fuerza de la presión atmosférica.

Método (materiales y procedimiento)

MÉTODO. (Materiales y procedimiento)

MATERIALES.

  • Un vaso.
  • Agua.
  • Una hoja de papel, mejor si es grueso.

PROCEDIMIENTO.

Paso1.

Llena el vaso con agua y ponlo sobre una superficie que se pueda mojar.

Paso 2.

Coloca un papel sobre el vaso.

Paso 3.

Pon el vaso con agua boca abajo y retira la mano.

Paso 4.

Verás que, a pesar de estar boca abajo, el agua no cae.

Galería Método

Resultados

Una vez realizados los pasos del experimento, tal y como aparecen señalados, observe que el pedazo de papel quedo sujeto al vaso y el agua no se cayó del vaso, comprobando con ello, que en mi experimento está presente el aire tanto fuera del vaso o recipiente como dentro de él, y ambos realizan fuerza, pero, el aire que hay afuera es más fuerte, y, por ello, se consigue que el pedazo de papel quede pegado al vaso, y  así el agua no puede caerse, ya que el pedazo de papel no deja que salga el agua. Esto quiere decir, que la presión atmosférica es mayor y empuja el pedazo de papel hacia arriba impidiendo que el agua se caiga y soportando el peso del agua. En términos científicos, podemos decir que este suceso es debido a la presión atmosférica y sin la presencia de esta no sería posible.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La presión atmosférica es la responsable de que el agua no caiga. Sobre el papel actúan dos fuerzas: por un lado, el peso del agua, y por otro lado, la presión atmosférica del aire. Aunque no la veamos, si el agua no se cae es porque la presión atmosférica ejerce tanta fuerza sobre el papel que es capaz de sujetar todo el peso del agua. Dicho de otra forma, la presión atmosférica empuja el papel hacia arriba, haciendo que el agua no se precipite.

Además, hay otra ley que interviene en el experimento del agua que no cae. Se trata de la Ley de Boyle-Mariotte, que dice que, a igual temperatura, si el volumen ocupado por un gas aumenta, su presión disminuye. Esto nos lleva a concluir que la presión del aire en el interior del vaso es menor que la presión atmosférica fuera de él. De esta manera, la presión atmosférica en el ambiente, es decir, fuera del vaso, es tal que estaría compensando el efecto del peso del agua y la presión del aire dentro del vaso.

Bibliografía

  • Enciclopedia de la Ciencia y de la Técnica. Océano 5.
  • Enciclopedia temática auto evaluativa, física, química y tecnología. Reymo.
  • La ciencia central. Brown Bursten Murphy.
  • Enciclopedia autodidactica siglo XXI. Larousse.
  • wikipedia.com
  • netatmo.com

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography