EXPERIMENTOS CUALITATIVOS

PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES

1. Flotar y hundirse: cuestión de forma.

Objetivo

Entender que la flotación depende también de la forma de un objeto.

Introducción

Si dejas caer una canica de vidrio en un vaso de agua, se hunde hasta el fondo porque el vidrio es más denso que el agua. El peso del vidrio ejerce una fuerza hacia abajo que es mayor que el empuje hacia arriba del agua desplazada. La plastilina es, también, más densa que el agua. Sin embargo, se la puede hacer flotar cambiando su forma para aumentar su volumen y bajar su densidad.

Materiales Productos Canicas de vidrio. Un recipiente grande y hondo. Plaslilina. Agua.

Realización práctica

1.- Deja caer la bolita de plastilina en un recipiente con agua. Observa cómo se hunde en el agua. 2.- Repite la operación anterior con unas canicas de vidrio y observa que también se hunden dentro del agua. 3.- Modela la plastilina con forma de bote, con un fondo ancho y lados levantados. Colócala en el agua y obsérvala flotar. 4.- Añade algunas canicas al bote y observa que el bote de plastilina incluso puede contener unas cuantas canicas de vidrio. Objetos hundidos y flotando

                                                                  Explicación científica

Canica hundida y canica flotando

Cuanto más agua desaloja un objeto durante la inmersión, mayor es el empuje que experimenta hacía arriba. La bolita de plastilina y la canica se hunde en el agua hasta el fondo porque son más densas que el agua y desalojan poca agua, y el empuje que reciben no basta para hacerlos flotar.

El bote de plastilina flota porque tiene mayor volumen y por consiguiente desalojan mucha agua, recibiendo un empuje hacia arriba suficiente para mantenerlo a flote. Al ir añadiendo canicas, aún manteniendo las dimensiones, pesa más, es decir, tiene una densidad mayor. Mientras el agua desalojada tenga un peso mayor que el bote con las canicas, este último permanecerá a flote aunque se sumerja cada vez más; cuando el peso del bote con las canicas supere al del agua desalojada, el bote se hundirá (1)

2. ¿Flota o se hunde?

propuesta (a)

(2)


 propuesta (b)

Material necesario

• 3 vasos grandes
• un huevo
• agua
• sal

Procedimiento

• Llena dos vasos con agua
• Añádele a uno de ellos sal poco a poco. Revolviendo con una cuchara, trata de disolver la mayor cantidad posible. En un vaso de 200 cm³ se pueden disolver unos 70 g de sal.
• Coloca el huevo en el vaso que tiene solo agua : se irá al fondo.
• Colócalo ahora en el vaso en el que has disuelto la sal : observarás como queda flotando.
• Pon el huevo y agua hasta que lo cubra y un poco más, en el tercer vaso. Añade agua con sal, de la que ya tienes, hasta que consigas que el huevo quede entre dos aguas (ni flota ni se hunde).
• Si añades en este momento un poco de agua, observarás que se hunde. Si a continuación añades un poco del agua salada, lo verás flotar de nuevo. Si vuelves añadir agua, otra vez se hundirá y así sucesivamente.

  Explicación

Sobre el huevo actúan dos fuerzas, su peso (la fuerza con que lo atrae la Tierra) y el empuje (la fuerza que hace hacia arriba el agua).

Si el peso es mayor que el empuje, el huevo se hunde. En caso contrario flota y si son iguales, queda entre dos aguas.

El empuje que sufre un cuerpo en un líquido, depende de tres factores :


• La densidad del líquido
• El volumen del cuerpo que se encuentra sumergido
• La gravedad
Al añadir sal al agua, conseguimos un líquido mas denso que el agua pura, lo que hace que el empuje que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del huevo : el huevo flota.

Así también se puede explicar el hecho de que sea más fácil flotar en el agua del mar que en el agua de ríos y piscinas (3).

 

3. El Ludión o diablillo de Descartes

Un poco de historia

En su versión original fue obra de Descartes. El nombre "Ludión" se debe a que su propósito era eminentemente lúdico. En una botella llena de agua, se encontraba sumergido un diablillo que se movía según se presionase más o menos la botella.

Material necesario

• Una botella de plástico transparente de aproximadamente 1,5 litros. Si es posible con tapón de rosca.(Por ej. una de refresco)
• Una carcasa de bolígrafo que sea transparente.
• Pequeños trozos de un material denso que se puedan introducir en el interior de la carcasa del bolígrafo. Por ejemplo : trozos de alambre, perdigones, etc.

Construcción

• Si el bolígrafo tiene un agujero lateral, se tapa con cinta adhesiva.
• Se llena la botella con agua
• Se pone el material denso en el interior del bolígrafo, de tal manera que quede flotando, prácticamente sumergido, una vez tapado el agujero superior. El agujero interior no debe quedar completamente tapado.
• Se cierra la botella.

Funcionamiento

Cuando se presiona la botella lo suficiente, se observa como el bolígrafo desciende hasta llegar al fondo. Al disminuir la presión ejercida, el bolígrafo asciende de nuevo.

Explicación

Al presionar la botella se puede observar como disminuye el volumen de aire contenido en el interior del bolígrafo. Al dejar de presionar, el aire recupera su volumen original. Esto es consecuencia del principio de Pascal : Un aumento de presión en un punto cualquiera de un fluido encerrado se transmite a todos los puntos del mismo.
Antes de presionar la botella, el bolígrafo flota debido a que su peso queda contrarrestado por la fuerza de empuje ejercida por el agua. La disminución del volumen del aire en el interior del bolígrafo, lleva consigo una reducción de la fuerza de empuje ejercida por el agua. Esto es una consecuencia del principio de Arquímedes : Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical ascendente que es igual al peso del fluido desalojado (4) .

 

(1) http://www.jpimentel.com/ciencias_experimentales/pagwebciencias/pagweb/Los_talleres_de_ciencias/fisica_recreativa/Exp_recreativa_flotar_forma.htm

(2)https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjx8z2LnHdJcFvCbOoJB3Suuq_VWsotXJm9m62SNyJmKgdecn-8p7c4r_ol9LUoLUrDBJcMjtzIH3sVorNnPvghEBuhDwhEf4DA3OI3R-rIJITrPng1BzCrR5WAT5lTww9Y2M0mBNgrkNqp/s1600/g180408aprende.jpg

 

           (3) http://ciencianet.com/flotahunde.html

            (4) http://ciencianet.com/ludion.html

 

LUDIÓN