Día de la Ciencia

En esta breve entrada se describirán los sucesos previos y en el día de la ciencia del colegio base.

Realizado por:

Alejandro Carrasco, 

Javier Izquierdo y

Sebastián Barrera.

Resumen:

En este trabajo el objetivo principal es hacer entender al público unos conceptos muy simples: gravedad, aceleración, presión atmosférica y presión hidrostática. Este trabajo fue realizado desde el jueves 15 de marzo, cuando se eligieron los temas que se iban a tratar; hasta el jueves 19 de abril, cuando se expuso al público. El trabajo consta de 4 sencillos experimentos, y cada uno intenta demostrar un concepto de los anteriormente citados. En el presente informe, se explicará como se realiza cada experimento, porque suceden y la razón por la que fueron elegidos.

Trabajo experimental:

Experimento 1: Experimento de la botella.

El objetivo de este experimento es explicar la presión hidrostática al público que vea nuestra exposición. Los materiales que necesitaríamos no eran más que una botella de agua que tuviese unos agujeros a distintas alturas que pudiesen taparse con, por ejemplo, bluetac. De esta manera, si llenábamos la botella de agua y quitábamos el tapón, podíamos observar como el agua no salía por todos los agujeros con la misma fuerza, sino por los de abajo salía con más potencia. Aun así, todos los chorros de agua que salían de la botella acababan cayendo en el mismo sitio, debido a la diferente presión a la que estaban sometidos. Pudimos observar como con el tapón puesto por los agujeros salía mucha menos agua, ya que por el agua que salía otra sustancia debía entrar en la botella, en este caso aire para que no se formase el vacío. Al haber hecho tres agujeros, observamos que con el tapón, no salía agua por el más alto, sino que entraba la misma cantidad de aire que de agua que salía por los otros dos agujeros. Si tapábamos este agujero, entraba aire por el segundo y así sucesivamente. Este vídeo se tomó como ejemplo para realizar el experimento:

Experimento 2: Experimento del vaso.

En este experimento se intenta explicar la presión atmosférica. Para ello necesitamos un vaso rígido y una funda de un CD o cualquier otra superficie plana que no se pueda doblar. Llenamos el vaso de agua y le ponemos la funda encima. Le damos la vuelta al vaso y dejamos de sujetar la funda, de manera que ahora solo estamos sujetando el vaso, que está bocabajo. Podemos observar como la funda no se cae, debido a la presión que el aire ejerce sobre este para evitar que el agua salga del vaso y se produzca el vacío dentro de este. Aquí tenéis una foto del experimento:

Experimento 3: Experimento de la lata.

Este experimento también trata de la presión atmosférica. Para realizarlo hacen falta los siguientes materiales: lata vaciada por un pequeño agujero en la base, barreño con agua, mechero bunsen y un palito que tape el agujero de la lata. El experimento funciona de la siguiente manera: primero vaciamos la lata por el agujero que le hemos hecho y la llenamos con un poco de agua. Posteriormente le damos la vuelta a la lata y la calentamos con el mechero, teniendo cuidado de que no se queme. El agua de dentro de la lata se empezará a evaporar y se formará vapor de agua. Cuando se vea que sale cada vez más vapor, tapamos el agujero, por lo que el vapor no podrá seguir saliendo, y metemos la lata dentro del barreño con agua, pudiendo observar como esta se comprime. Esto sucede por una sencilla razón: el agua dentro de la lata se ha evaporado, por lo que ocupa más espacio. De esta manera, cuando se tapa la lata, ya no sale más y el vapor se queda dentro. Al meter la lata dentro del agua, que está fría, se condensa de golpe, por lo que ocupa menos espacio y se forma el vacío. De esta manera, al haber diferente presión dentro de la lata y fuera, la presión misma aplasta la lata, demostrando así la fuerza de la presión atmosférica. El experimento es muy parecido al que viene explicado en este vídeo:

Experimento 4: Cohete.

En este experimento final, se construye un cohete. Para ello hacen falta unos materiales:

-Una botella descartable de gaseosa

- Un corcho

- cuatro aletas de cartón

- cinta adhesiva

- Agua

- Inflador de pié

- Pico para pelota

El cohete se construiría de la siguiente forma:

Armar con aletas de cartón pegadas a sus costados, que servirán de sostén de nuestro cohete y para direccionarlo; colocar agua hasta un cuarto de la capacidad de la botella; taparla con el corcho, hacerle un orificio con un clavo y colocar el pico al cual le conectaremos el inflador de pie; invertir la botella y apoyarla en el suelo sobre sus aletas. Ahora comencemos a accionar el inflador para crear presión dentro de la botella. El aire del inflador entra a través del pico que se encuentra en el corcho. Este crea una presión considerable dentro de la botella con agua, y el "cohete" se eleva por el impulso del chorro de agua al igual que lo hacen los gases en un cohete impulsado con combustible.

Con esta experiencia se quiere explicar los dos conceptos restantes: gravedad y aceleración. La gravedad se explicaría mediante la demostración de que el cohete vuelve a caer al suelo y no sigue avanzando indefinidamente y la aceleración se deduce a partir de esta, ya que la gravedad tiene una aceleración de -9,8m/s^2, y de la aceleración que tiene el cohete al salir disparado. En el día de la ciencia se hicieron varios lanzamientos, unos mejores y otros peores, y conseguimos grabar dos:

Conclusiones: 

En este apartado conviene mencionar que las circunstancias atmosféricas no eran las ideales debido a que a ratos llovía, pero no por eso el experimento del cohete, que debía realizarse al aire libre, fracasó. Al contrario, salió mucho mejor que en alguno de los lanzamientos de prueba, por lo que quedamos profundamente satisfechos. En los otros experimentos, que a lo largo del día tuvieron que ser trasladados al interior, salieron todos de manera perfecta y el público comprendió todos los conceptos que queríamos hacerles aprender. Para concluir, quiero agradecer a nuestro profesor de la asignatura de física por brindarnos esta magnífica oportunidad para realizar esta experiencia, que nos ha parecido muy productiva, así como por darnos permiso para utilizar su aula de tecnología y los materiales que en ella estaban.

Cavendish y la constante de Gravitación Universal

En esta entrada se responde a las cuestiones planteadas en la tarea 5 del blog "De arquímedes a Einstein".

1.La Royal Society es una sociedad científica inglesa. Es la más antigua de Reino Unido, y una de las más antiguas de Europa. Su fundación oficial fue el 28 de Noviembre de 1660, aunque hacía ya más de una década que los miembros tenían reuniones informales para tratar sobre lo que ellos llamaban "Nueva Filosofía", que era un conglomerado de ciencias que iban desde la biología y la anatomía hasta la física y las matemáticas pasando por la mecánica y la navegación. Su principal objetivo es el de ser mecenas de las ciencias, es decir, promocionar todas las actividades científicas. A lo largo de su historia ha tenido miembros muy distinguidos como:

Robert Boyle (1627-1691)

Christiaan Huygens (1629-1695)

Robert Hooke (1635-1702)

Sir Isaac Newton (1642-1727)( teoría de la luz y los colores)

Gottfried Leibniz (1646-1716)

Benjamin Franklin (1706-1790)(demostración de que los rayos son electricidad)

Henry Cavendish(1731-1810)

Charles Darwin (1809-1882)

2.El aire esta compuesto por por oxígeno, nitrógeno y argón

Según Cavendish, el aire estaba compuesto por aire flogistizado (nitrógeno y argón) en un 79,167% y por aire desflogistizado (oxígeno) en un 20,833%.

3:

Hidrógeno

Primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H₂. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares.

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. Es decir los átomos de hidrógeno y oxígeno están separados entre sí aproximadamente 0,96 Angstroms (más o menos un nanómetro – una milmillonésima de metro) y el ángulo que forman sus líneas de enlace es de unos 104,45 grados.

Además el agua se comporta como un dipolo, es decir tiene dos regiones con una cierta carga eléctrica. Una de ellas es positiva y la otra negativa.

El hecho de que el agua sea un dipolo se debe a que el hidrógeno y el oxígeno son átomos muy distintos desde el punto de vista de la electronegatividad. Es esta una propiedad atómica que indica la forma en que un átomo atrae hacia si los electrones que comparte con otro en un enlace covalente.

En el caso del agua, el oxígeno es un átomo muy electronegativo. El hidrógeno es un átomo muy poco electronegativo. Los electrones que comparten en los dos enlaces covalentes que presenta la molécula de agua están “desplazados” hacia la región ocupada por el oxígeno. Esto implica que esa zona tenga un poco más (un diferencial) de carga negativa, mientras que los hidrógenos tienen diferenciales de carga positiva. Decimos que tiene diferenciales de carga para resaltar que el agua NO es una molécula cargada eléctricamente, el agua NO ES UN IÓN. El agua, muchas otras, es una molécula polar. Esta polaridad es fundamental para entender las propiedades del agua, porqué el agua se comporta químicamente como lo hace y por extensión su importancia dentro de los seres vivos.

3.Hidrógeno

Primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H₂. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares.

El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. Es decir los átomos de hidrógeno y oxígeno están separados entre sí aproximadamente 0,96 Angstroms (más o menos un nanómetro – una milmillonésima de metro) y el ángulo que forman sus líneas de enlace es de unos 104,45 grados.

Además el agua se comporta como un dipolo, es decir tiene dos regiones con una cierta carga eléctrica. Una de ellas es positiva y la otra negativa.

El hecho de que el agua sea un dipolo se debe a que el hidrógeno y el oxígeno son átomos muy distintos desde el punto de vista de la electronegatividad. Es esta una propiedad atómica que indica la forma en que un átomo atrae hacia si los electrones que comparte con otro en un enlace covalente.

En el caso del agua, el oxígeno es un átomo muy electronegativo. El hidrógeno es un átomo muy poco electronegativo. Los electrones que comparten en los dos enlaces covalentes que presenta la molécula de agua están “desplazados” hacia la región ocupada por el oxígeno. Esto implica que esa zona tenga un poco más (un diferencial) de carga negativa, mientras que los hidrógenos tienen diferenciales de carga positiva. Decimos que tiene diferenciales de carga para resaltar que el agua NO es una molécula cargada eléctricamente, el agua NO ES UN IÓN. El agua, muchas otras, es una molécula polar. Esta polaridad es fundamental para entender las propiedades del agua, porqué el agua se comporta químicamente como lo hace y por extensión su importancia dentro de los seres vivos.

4.El calor específico se define como la cantidad de energía que intercambia un kilogramo de una determinada sustancia cuando se modifica en un kelvin su temperatura. Su unidad en el SI es J/kg K.

5.La ley de Coulomb fue estudiada en 1785 por medio de un instrumento llamado balanza de torsión, en el cual se pudo realizar mediciones que permitían establecer el valor de la fuerza de interacción entre cargas eléctricas.

En dicha experiencia se pudo además constatar que cargas del mismo signo se repelen y cargas de signos contrarios se atraen.

Enunciado de la ley de Coulomb(en el vacío)

La fuerza F de acción recíproca entre cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas (q y q') e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (d).

Las leyes enuncian principios distintos pues la Ley de Coulomb se utiliza para medir la fuerza de interacción entre cargas eléctricas y LGU se usa para medir las fuerzas gravitacionales.

6.Es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.

Para montarlo se disponen las tiras en el siguiente orden. Primero una capa de cinta adhesiva y pegada a esta la tira de aluminio. Arriba la tira de papel embadurnada con la crema de manos, la siguiente capa otra vez aluminio y para finalizar sellamos con la cinta adhesiva. Luego sólo hay que enrollar.

 

7.Este tipo de termómetros funciona gracias a una propiedad de los líquidos: se dilatan al aumentar la temperatura y se contraen cuando disminuye. En concreto, contienen un pequeño depósito con el líquido, conectado a un tubo muy fino por el que se puede elevar la sustancia. Cuando aumenta la temperatura, el líquido coloreado se dilata y sube por el interior del tubo.

Escalas: Celsius o centigrada, Fahrenheir, Kelvin, Rankine, Romer, Delisle, Newton, Leiden, Reaumur.

8.El punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo.

9.El instrumento reconstruido por Cavendish consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies (1.8288 m) de longitud en cuyos extremos se encontraban dos esferas de cristal de idéntica masa. Esta vara colgaba suspendida de un largo hilo. Cerca de las esferas, Henry Cavendish dispuso dos esferas de goma de unos 175 kg cada una, cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza produciendo un pequeño giro sobre ésta. Para impedir perturbaciones causadas por corrientes de aire, Cavendish emplazó su balanza en una habitación a prueba de viento y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un microscopio.

10.El magnetismo es un fenómeno por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros. Los materiales como el hierro, níquel y cobalto son ferromagnéticos y su uso provocaría la aparición de fuerzas magnéticas más potentes las gravitatorias y Cavendish quería medir estas últimas.