No me presiones. Colegio Buen Pastor.
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Descripción general del proyecto y las actividades Nº Proyecto. 17 Título del Proyecto. NO ME PRESIONES 1 Centro educativo solicitante. COLEGIO BUEN PASTOR Coordinador/a. FRANCISCO MIGUEL GALÁN BUSTILLOS Temática a la que se acoge. Temática libre Objetivos y justificación: Con el sugerente nombre que hemos elegido, queremos hacer un estudio experimental del concepto de presión y ver la relación que existe entre éste y otras magnitudes como la superficie y la fuerza realizada. Además, queremos dar constancia de las muchas aplicaciones que tienen los fenómenos físicos relacionados con el concepto de presión en la construcción de máquinas como un submarino o una prensa hidráulica. Además, es muy interesante las muchas vertientes que tienes los estudios de la presión en distintos objetos con lo que vamos a experimentar tanto con gases como con líquidos. Relación de actividades • Actividad 1. AGUA QUE NO CAE Interrogante que plantea. Se trata de comprobar la presión atmosférica con un experimento muy llamativo, consistente en tapar un vaso de agua con una simple hoja de papel. 2 Descripción de la actividad. Tapamos el vaso lleno de agua con un trozo de papel más grande que su boca. Ponemos una mano sobre el papel y lo volteamos boca abajo. Retiramos poco a poco la mano que aguanta el papel pero seguimos sosteniendo el vaso con la otra mano. Explicación: El aire que está cerca de la superficie de la Tierra tiene encima una capa de varios kilómetros de altura a la que conocemos como atmósfera. Mientras más cerca del nivel del mar vivamos, más alta es esa capa de aire que empuja hacia todas direcciones, también hacia arriba, venciendo al peso del agua, es por esto que el aire atrapado en el vaso no puede caer. Variantes: -Comprobamos también el mismo efecto utilizando una botella de plástico a la que previamente hemos hecho un orificio en el fondo. Observamos que si la llenamos de agua y le colocamos el tapón, el agua no cae por el agujero. Es necesario que la destapemos para que lo haga -También realizamos este experimento con una pequeña variante. • Colocamos en lugar del papel una media o malla fina. • Colocamos la lámina de plástico como antes. • Comprobamos que el efecto aún es más espectacular, ya que el agua sigue sin caer a pesar de los agujeritos que forman el tejido de la misma. • Hay que decir que en este caso no solo actúa la presión atmosférica sino también la tensión superficial que se da entre las moléculas de agua que aumenta bastante por la acción de la maya. - Llenaremos un bote cilíndrico sin tapas, como bote nos puede servir perfectamente una lata de conservas metálica o un bote de películas fotográficas al que hayamos quitado sus bases. Cuando esté sumergido –y sin que entre nada de aire- juntaremos las cartulinas a sus bases. Apretaremos cada cartulina sobre cada base con nuestras manos y sacaremos el bote del agua. El agua no se derramará, pongamos el bote en la posición que queramos, moviéndolo, haciéndolo girar, etc. Como en los otros casos al no haber aire en su interior, sólo el exterior ejerce presión sobre las cartulinas de manera que la Atmósfera ejerce suficiente presión, y por tanto fuerza, sobre las tapas de cartulina como para evitar el derramamiento del agua del interior.. Material necesario. Vaso; agua; papel o lámina de plástico y media o red Consideraciones especiales. Ninguno Duración. Unos minutos • Actividad 2. EL GLOBO CAPRICHOSO Interrogante que plantea. En esta práctica queremos observar cómo un globo se puede inflar sin soplar o cómo se introduce “espontáneamente” en una botella o matraz. Descripción de la actividad. Se coloca un globo en la boca de una botella y seguidamente se vierte sobre la botella agua caliente. Inmediatamente se observa como el globo se infla. Si por el contrario se introduce la botella en agua fría el globo se desinfla. Explicación: Al verter el agua caliente, la botella se ha llenado de aire y éste ha adoptado la temperatura elevada del plástico. Conforme el aire se va enfriando, su presión disminuye y se vacía el globo. Interacción con el visitante. - Se le platea al visitante que describa cómo se puede llenar un globo sin soplar. Material necesario.-Matraz o botella de plástico -Fuente de calor -Un globo -Agua Consideraciones especiales. Sólo tener en cuenta que se debe tener precauciones a la hora de utilizar un calentador eléctrico para calentar el agua. Duración. Unos minutos • Actividad 3. LA BOTELLA SE AUTOAPLASTA Interrogante que plantea. Se trata de ver la relación existente entre la presión y la temperatura de un gas. Descripción de la actividad. Se calienta, en primer lugar, el agua en el cazo hasta casi ebullición. Se vierte en la botella y se mantiene en ésta durante un par de minutos. Se vacía el agua e inmediatamente se cierra la botella con su tapón. Poco a poco la botella se autoaplastará movida por una misteriosa fuerza que la hará consumirse y retraerse sobre sí misma. Explicación: El contacto con el agua caliente habrá aumentado la temperatura del plástico que, a su vez, calentará el aire que entra en ella al vaciar el agua. Al cerrar la botella, conforme –debido a una temperatura ambiente inferior- el aire interior se vaya enfriando, su presión disminuirá haciéndose menor que la atmosférica, con lo que esa diferencia de presión oprimirá al material de plástico haciendo que la botella se aplaste. 3 Interacción con el visitante. - Se le platea al visitante si es capaz de aplastar una botella de plástico con “poder mental”, es decir sin hacer ningún esfuerzo sobre ésta. Material necesario. -Vaso de precipitados o cazo -Fuente de calor -Botella de plástico con su tapón -Agua Consideraciones especiales. Solo tener cuidado con el calentador eléctrico que se utilice para calentar el agua Duración. Unos minutos • Actividad 4. LA VELA QUE HACE SUBIR EL AGUA Interrogante que plantea. Se platea comprobar cómo la presión de un gas puede variar cuando se realiza una combustión que cambia la composición del mismo. Descripción de la actividad. -Ponemos la vela en el centro del plato.- Llenamos el plato con agua, más o menos dos centímetros. (utilizamos colorante para ver mejor el agua) y ponemos una moneda en el agua - Prendemos la vela y colocamos el vaso boca abajo, sobre ella. - Podemos observar que la vela se apaga a los pocos segundos de haberla tapado con el vaso y que el nivel del agua sube dentro del mismo y absorbe el agua que tapa la moneda Explicación: La vela se apaga en cuanto se termina el oxígeno. Durante la combustión se consume el oxígeno y se desprende dióxido de carbono que ocupa menos volumen que el oxígeno consumido. Una vez que se enfría, el aire con dióxido de carbono estará a una presión menor, por lo que el agua fluye hacia el interior del vaso. Interacción con el visitante. Se le platea al visitante cómo coger la moneda sin tocar el líquido. Material necesario. -Una vela -Un plato -Un vaso -Una moneda. - Agua con colorante Consideraciones especiales. Ninguno Duración. Ninguno 4 • Actividad 5. EL HUEVO QUE ENTRA EN UNA BOTELLA Interrogante que plantea. Basándonos en el mismo principio científico del experimento anterior se puede hacer un experimento más impactante y llamativo. Se trata de meter un huevo duro en una botella con una boca más pequeña que el huevo duro. Descripción de la actividad. Se coloca dentro de la botella un trozo de algodón que previamente se ha rociado en alcohol y prendido con una cerilla. Rápidamente se coloca el huevo en la boca de la botella y éste se introduce violentamente al poco tiempo en su interior. Explicación: Al tapar la botella con el huevo el algodó se apaga en cuanto se termina el oxígeno. Durante la combustión se consume el oxígeno y se desprende dióxido de carbono que ocupa menos volumen que el oxígeno consumido. Una vez que se enfría, el aire con dióxido de carbono estará a una presión menor, por lo que el huevo se introduce dentro de la botella.. Material necesario. -Un huevo duro pelado. -Una botella. -Unas cerillas. -Alcohol. -Algodón. Consideraciones especiales. Tener cuidado con el momento de prender el algodón. También para más seguridad se puede sustituir el algodón por varias cerillas. Duración. Unos minutos • Actividad 6. EL FAQUIR Y LA CAMA DE CLAVOS Interrogante que plantea. Se trata de comprender la relación entre la presión y la superficie. El efecto de una fuerza no depende sólo de su intensidad sino también de la superficie sobre la que se ejerce. Si la superficie es muy grande, el efecto de la fuerza se reparte por toda Descripción de la actividad. En primer lugar construimos una cama de faquir con cartón, cuatro palitos y unas chinchetas. Si colocamos un globo lleno de aire sobre la cama de chinchetas y luego ponemos algo de peso sobre el globo vemos que no explota. En nuestro experimento empujamos el globo contra la base llena de chinchetas y vemos que no explota. La fuerza ejercida se distribuyó sobre todas las chinchetas y no había suficiente presión sobre ninguna de las chinchetas para que pudiera pinchar el globo. Más ciencia, más futuro, más innovación 1 A continuación empujamos el globo contra una única chincheta y vemos que explota. En este caso, toda la fuerza se concentra en un punto muy pequeño y la presión hace que la chincheta atraviese el globo y explote. Algo parecido sucede cuando el faquir se acuesta sobre una cama llena de clavos muy juntos y todos de la misma altura. El peso del cuerpo se reparte entre la superficie de todos ellos y no le ocurre nada. Pero si se apoyara solo en unos pocos, el resultado sería muy doloroso. Interacción con el visitante. Se le pide que explote un globo con una chincheta y después haga lo mismo con la cama de faquir construida para la ocasión. Material necesario. Cuatro palitos; cartón; un globo lleno de aire y una caja de chinchetas Consideraciones especiales. Ninguna Duración. Unos minutos • Actividad 7. LA BOTELLA QUE RESPIRA Interrogante que plantea. Con esta experiencia podemos observar el funcionamiento de un pulmón mediante un pulmón artificial creado a partir de una botella de plástico pequeña y unos globos con el fin de que los estudiantes comprendan los fundamentos de física involucrados en la e Descripción de la actividad. 1.- Cortamos la parte inferior de la botella a fin de obtener un contenedor de unos 20 cm de altura sin fondo. 2.- Cortamos uno de los globos por la mitad. Estiramos la parte ancha del globo y la colocamos en la parte inferior de la botella como si fuera la tapa de un tambor. Si el globo no es muy grande y se rompe utiliza un guante de látex. 3.- Coloca otro globo en la boca de la botella permitiendo que cuelgue hacia adentro. Doblar por fuera de la abertura para que quede fijo. 4.- En el modelo construido este último globo representa el pulmón, la botella la cavidad pulmonar y el globo estirado el diafragma. C Explicación: Si se ejerce una suave presión hacia adentro sobre el guante que se encuentra en la parte inferior de la botella se apreciará claramente la forma en que el globo que pende de la parte superior, que representa el pulmón, se desinfla, lo que emula el proceso de exhalación. De la misma forma que en el modelo, para arrojar el aire es necesario que nuestro diafragma empuje hacia arriba. Al tirar del guante hacia afuera notaremos que el globo que representa el pulmón se inflará. De igual manera, para tomar aire es necesario que nuestro diafragma se desplace hacia abajo, hacia el abdomen. No solamente el diafragma participa en la inhalación y exhalación del aire, también los músculos intercostales. Esto se puede observar en el modelo comprimiendo suavemente las paredes de la botella, lo que provocará que el globo que representa el pulmón se contraiga. Al soltarlas, el globo se inflará. Más ciencia, más futuro, más innovación 2 Interacción con el visitante. Se le pide que llene el globo sin inflarlo. Material necesario. Botella de refresco; globos; guantes de látex; tijeras, cúter o sierra para metal Consideraciones especiales. Ninguna Duración. Unos minutos 3 • Actividad 8. TERMÓMETRO DEL AMOR Interrogante que plantea. Nuestro sentido del tacto nos dice si las cosas están calientes o frías, pero nuestros sentidos pueden ser engañados. Para evitar esto utilizamos los termómetros. Vamos a construir un termómetro muy sencillo aprovechando la propiedad de las sustancias de dilatarse o contraerse y a consecuencia de ello varía la presión. Descripción de la actividad. 1.- En primer lugar necesitamos atravesar el tapón de la botella con una pajita larga o varias pajitas unidas. De forma que al cerrar la botella con el tapón, el extremo de la pajita quede cerca del fondo. 2.- A continuación debes rellenar la botella con agua teñida con el colorante para agua (más o menos la mitad de su capacidad y simplemente cerrarla apretando el tapón. 3.- Introduce la botella en agua con hielo y observa cómo, al disminuir la presión en el interior de la botella, comienza a entrar aire a través de la pajita (burbujea) para que se iguale con la presión atmosférica. Deja que entre aire durante un rato y saca la botella del agua dejándola a temperatura ambiente. Observa cómo comienza a subir el líquido coloreado por la pajita. 4.- Una vez que se mantenga estable puedes poner las manos sobre la botella sin apretarla y observa que el líquido sube por la pajita. ¡Puedes hacer una señal en la pájita y aquellas personas que superen la marca les dices que están enamoradas! Interacción con el visitante. Se trata de que expliquen el fundamento del termómetro casero. Este termómetro que hemos fabricado tiene un fundamento muy sencillo. En la botella hemos dejado una cámara de aire que se dilata al aumentar la temperatura con las manos, aumentando la presión en el interior de la misma. Para poder equilibrarse con la presión atmosférica exterior el líquido sube por la pajita. Cuando se enfría ocurre lo contrario. Material necesario.Ninguna Consideraciones especiales. Una pajita Una botella de plástico de las de refrescos. Pistola de pegamento térmico Agua Colorante para agua. Silicona Duración. Unos minutos Más ciencia, más futuro, más innovación • Actividad 9. CONSTRUCCIÓN DE UN MANÓMETRO Interrogante que plantea. La presión dentro de un fluido, depende de densidad del líquido donde se esté trabajando y de la profundidad, según la siguiente expresión: P = d•g•h. Vamos a construir un sencillo manómetro que nos permita realizar una serie de experiencias relacionadas con la presión hidrostática. Descripción de la actividad. 1.- Colocamos el guante estirado en el embudo y lo sujetamos con una brida de alambre. Cortamos la parte sobrante del guante. 2.- Llenamos parte del tubo en U con agua coloreada y lo unimos al embudo mediante el tubo de silicona. 3.- Llenamos los vasos con los líquidos:agua, alcohol, aceite, ... 4.- Introducimos el embudo en uno de los vasos y vamos anotando la variación de la altura de las ramas en función de la profundidad. Repetimos la experiencia en cada uno de los vasos. 5.- Comparamos la variación de las ramas en cada uno de los líquidos para una misma profundidad. Explicación científica: La presión hidrostática en un punto del interior de un fluido en reposo es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, y a la profundidad, h. P = d•g•h. La presión hidrostática sólo depende de la densidad del fluido y de la profundidad (g es constante e igual a 9,8 m/s2).. Material necesario. Embudo pequeño. Globo, celofán o guante de látex. Goma elástica o brida. Manómetro al aire o tubo en U. Regla. Vasos altos. Tubo de silicona. Agua. Alcohol etílico. Aceite y colorante Consideraciones especiales. Ninguna Duración. Unos minutos Más ciencia, más futuro, más innovación 4 • Actividad 10. EL LUDIÓN O DIABLILLO DE DESCARTES Interrogante que plantea. Se trata de ver el efecto de la presión sobre los fluidos y relacionarlo con el principio que ha servido para la fabricación del submarino. Descripción de la actividad. 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. Se le hace un juego de magia que consiste en hacer mover el bolígrafo “con la fuerza de la mente” 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. Interacción con el visitante. Se le pide al visitante que mueva el bolígrafo hacia arriba o hacia abajo. 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 l Consideraciones especiales. Ninguna Duración. Unos minutos Más ciencia, más futuro, más innovación 5 • Actividad 11. CONSTRUCCIÓN DE UNA PRENSA HIDRÁULICA Interrogante que plantea. Se trata de construir una máquina que se base en el Principio de Pascal. Descripción de la actividad. Se trata de construir un panel rectangular donde vamos a pegar las dos jeringas. Seguidamente se coge una jeringuilla y se le pega el tubo de plástico con silicona en el extremo. Una vez seca la silicona se absorbe líquido cogiéndolo con el émbolo de la jeringa. Con la otra jeringa se absorbe líquido de tal manera de manera que no quede ninguna burbuja de aire. Se pega el tubo a la segunda jeringa y ya tendremos la presa. El sistema se puede pegar al panel rectangular para una mejor presentación. Interacción con el visitante. Se les pide a los visitantes que presionen los dos émbolos y expliquen lo que ocurre Material necesario. - Un tubo flexible de goma. - Dos jeringas de distinto diámetro. Un panel. Silcona. Líquido con colorante. Consideraciones especiales. Ninguna Duración. Unos minutos Más ciencia, más futuro, más innovación 6
