Huracanes, remolinos y tornados. Vórtices como herramienta educativa

Publicado el 26 de Sepetiembre de 2023 | Física y Química

Como docente, seguramente te hayas enfrentado al desafío de hacer que la hidrodinámica sea comprensible y atractiva para tu alumnado. En este artículo te proponemos abordar fenómenos naturales como el giro de los huracanes, remolinos o tornados y utilizar montajes sencillos para ilustrar cómo se forman.

Lejos de ser simples curiosidades, los vórtices son un tema de estudio profundo que cruza las fronteras entre la física y la química. No solo se manifiestan en la naturaleza y en nuestros hogares, sino que también tienen importantes aplicaciones industriales.

Repasemos algunos conceptos relacionados con este fenómeno:

Cuando hablamos de vórtices, uno de los primeros conceptos que viene a la mente es la fuerza centrípeta. Esta es la fuerza que actúa sobre un objeto en movimiento a lo largo de una trayectoria curva, dirigiéndose hacia el centro de la curva o del círculo. En el caso de un vórtice, la fuerza centrípeta, que aparece como resultado de varios factores, incluida la tensión del fluido y las diferencias de presión, es la que mantiene el fluido girando en un patrón circular. Sin esta fuerza, el fluido se dispersaría.

La solubilidad también juega un papel en la formación de vórtices. Por ejemplo, al tratar de mezclar dos líquidos inmiscibles de distinta densidad, como son el aceite y el agua, se pueden podrían formar patrones de flujo complejos, como un vórtice.

La viscosidad es otra propiedad importante que afecta la formación y el comportamiento de los vórtices. La viscosidad es la medida de la resistencia de un fluido al flujo. Un líquido más viscoso, como la miel, tendrá más dificultad para formar un vórtice en comparación con un líquido menos viscoso, como el agua. La viscosidad afecta tanto a la velocidad como a la estabilidad del vórtice.

Aplicación en el aula

Para entender cómo se comporta un vórtice, no hay nada mejor que verlos en acción. Te proponemos algunos experimentos sencillos que puedes realizar en el aula para ilustrar los conceptos que acabamos de repasar.

Experimento 1: Vórtices de Botella

Este experimento muestra cómo la fuerza centrípeta mantiene el agua girando en un patrón circular, permitiendo la formación del vórtice. Para realizar esta demostración sólo necesitarás una botella transparente medio llena de agua.

Llena unas botellas casi hasta el tope con agua y añade un poco de purpurina o colorante. Une la boca de la botella llena con la boca de la botella vacía utilizando el conector. Gira la botella llena para darle impulso al agua y luego invierte rápidamente las botellas. Observa cómo se forma un vórtice mientras el agua pasa de una botella a la otra.

Este experimento también se puede hacer uniendo dos botellas con un barato conector fácil de adquirir por internet. También recomendamos teñir el agua con colorante alimentario.

Experimento 2: El Baile del Aceite y el Agua

Este experimento muestra la importancia de la inmiscibilidad y la diferencia de densidad para la formación de vórtices. Para llevarlo a cabo necesitarás un vaso transparente, agua, aceite y algo para remover, como una varilla o una cuchara larga.

Llena el vaso hasta la mitad con agua. Vierte una capa de aceite sobre el agua. Remueve rápidamente el líquido y observa cómo se forman patrones de flujo complejos. Este experimento es más vistoso si dispones de un agitador magnético para hacer demostraciones en el aula.

Los experimentos que hemos propuesto no solo son fáciles de realizar, sino que también son altamente ilustrativos. Permiten a quien los estudia ver en acción los conceptos teóricos, lo que facilita su comprensión. Estos experimentos pueden ser una excelente manera de despertar el interés por las ciencias y mostrar cómo los conceptos que se aprenden en el aula tienen aplicaciones prácticas y relevancia en el mundo real.

Los vórtices son más que un simple fenómeno curioso; son una ventana a los principios fundamentales que rigen el comportamiento de los fluidos y, por extensión, del mundo que nos rodea.

Por Lucía García