Equilibrios inesperados e ingravidez de andar por casa

Publicado el 28 de Abril de 2022 | Física y Química

El análisis de un objeto completamente inanimado puede llegar a ser sorprendentemente complejo. En esta ocasión, te proponemos acompañar el tema con dos experimentos muy fáciles de hacer junto con un montón de preguntas que irán guiando a los estudiantes para que puedan deducir las condiciones necesarias para que exista el equilibrio

Para el primer montaje necesitarás un vaso pesado (o uno ligero lleno de agua), acoplar un palillo entre dos tenedores y colocar el conjunto en equilibrio sobre el borde del vaso.

Estudiad el sistema en clase. Se trata de un sistema en equilibrio, por lo que la suma de todas las fuerzas externas ha de ser igual a cero, así como la suma de todos los momentos de torsión también debe de ser igual a cero.

Por otro lado, el equilibrio se mantendrá mientras el centro de gravedad del conjunto tenedores-palillo esté por debajo del punto de apoyo. Asimismo, la proyección de dicho punto ha de caer sobre la base de apoyo.

Entonces, anuncia que, utilizando un mechero, vas a encender el palillo por el extremo que está dentro del vaso.

¿Qué creen tus alumnos que ocurrirá? ¿Cómo cambian las condiciones del sistema? ¿Se perderá el equilibrio?

Lo que ocurrirá, probablemente sorprenda a tus alumnos: El palillo se consumirá hasta llegar al borde del vaso y la llama se apagará sola, manteniéndose el equilibrio del conjunto.

¿Por qué se apaga la llama? ¿Por qué se mantiene el equilibrio?

La primera pregunta se responde con química. Para que una combustión tenga lugar es necesario oxígeno, combustible y calor. Cuando la llama toca el vaso este conduce el calor, de modo que el palillo se enfría y la llama se apaga.

La segunda, se responde con física. La pérdida de masa del palillo afecta muy poco a la posición del centro de gravedad que sigue por debajo del punto de apoyo.

Para el segundo montaje necesitarás llenar un vaso de chupito con aceite de oliva y colocarlo en el fondo de un vaso mucho más grande. Entonces, llena cuidadosamente el vaso grande con alcohol de farmacia, haciendo que el líquido resbale por la pared interior del vaso grande hasta que el nivel de alcohol supere el la altura del chupito.

A continuación, añade agua muy lentamente hasta que veas que la superficie del aceite se curva. Si nada sucede, añade un poco más de agua.

Una esfera de aceite saldrá del chupito quedándose en flotabilidad neutra.

¿Por qué ocurre esto? ¿Qué fuerzas intervienen en este equilibrio?

Al juntar el agua y elalcohol se genera una mezcla cuya densidad es igual a la del aceite, por lo que el peso del aceite se compensa con la fuerza de flotación, generando una esfera en equilibrio.

Cuando este equilibrio existe, los líquidos adquieren forma esférica espontáneamente ya que esta es la que minimiza la superficie para un volumen dado y por tanto la que minimiza la tensión superficial.

Por Lucía García