DOCE EXPERIENCIAS
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES-DENSIDAD.
Experiencia 1. Flotar o hundirse cuestión de forma.
Experiencia 2. ¿Por qué flotan los barcos?
Experiencia 3. Flotabilidad y equilibrio de barcos.
Experiencia 04.Judías, lentejas arroz y bolas que flotan
Experiencia 04.Judías, lentejas arroz y bolas que flotan
Experiencia 05. Flotan los huevos.
Experiencia 06. Sentimos la fuerza de empuje.
Experiencia 07. Limón que flota
Experiencia 08. Densidad de sólidos
Experiencia 09. Cuestión de densidad I.
Experiencia 10. Cuestión de densidad II.
Experiencia 11. Chocolate flotador.
Experiencia 12. Lentejas flotadoras.
Experiencia 1. Flotar o hundirse cuestión de forma.
¿Qué pretendemos?
Comprender el principio de Arquímedes que afirma que "todo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta un empuje vertical y hacia arriba, igual al peso del fluido desalojado·
Experimentar que flotar o hundirse depende de la forma de un objeto.
Una bola de plastilina y una canica o unos clavos se hunden, pero si cambiamos la forma pueden flotar.
Material.
o
- o Un recipiente grande
- Plastilina
- o Canicas de vidrio, clavos, tuercas.
- o Un recipiente grande y profundo
- o Agua
Llenamos el recipiente de agua.
Hacemos 2 bolas de plastilina iguales.
Una de las bolas de plastilina la depositamos en el recipiente con agua y comprobamos que se hunde.
Introducimos unas canicas de vidrio (clavos o tuercas) en el agua y comprobamos que también se van al fondo.
Con la otra bola de plastilina confeccionamos una barquita de plastilina y con cuidado la depositamos en la superficie del agua y comprobamos que flota.
Depositamos canicas o clavos dentro de la barquita y la barca continua flotando.
¿Qué sucede?
La bola y la barca, ambas son de plastilina, pesan igual, sin embargo la bola se hunde y la barca flota, entonces la forma que tenga un objeto influye en que flote o no.
Todos los cuerpos al sumergirlos en un fluido experimentan un empuje hacia arriba igual al volumen del liquido que desalojan (principio de Arquímedes).
Cuánto más agua desaloja un objeto al sumergirlo, mayor es el empuje que experimenta hacia arriba.
La bolita de plastilina y la canica o los clavos se hunden porque desalojan poco agua y el empuje que reciben no es suficiente para hacerlas flotar (son más densos que el agua).
La barca de plastilina flota porque tiene mayor volumen y por consiguiente desaloja mucha agua, recibiendo un empuje hacia arriba suficiente para mantenerla a flote.
Si añadimos canicas se hundirá más, desalojando más agua para compensar, pero mientras el agua desalojada tenga un peso mayor que la barca con las canicas, ésta permanecerá a flote.
Cuando el peso de la barca con las canicas supere al del agua desalojada la barca se hundirá.
Ha aumentado su volumen en conjunto y por tanto ha disminuido su densidad y al ser menor que la del agua, flotará.
Experiencia 2. ¿Por qué flotan los barcos?.
¿Qué queremos hacer?
Comprender por qué flotan los barcos.
Material
- o Dos vasos
- o Agua
- o Un tornillo grande
- o Una pieza de madera
Llenamos dos vasos de agua hasta el borde, en uno introducimos el tornillo y vemos que sucede.
En el otro vaso posamos el pedazo de madera (ej. una figura de ajedrez de madera) y observamos que pasa.
¿Qué sucede?
Ambos vasos se desbordan.
Explicación.
Al introducir el tornillo en el vaso, éste ha tenido que desalojar el volumen del tornillo.
Recibiendo un empuje vertical y hacia arriba, igual al peso del agua desalojada, como no es suficiente para compensar su peso, se hunde.
Al introducir la madera como ésta tiene un mayor volumen, el volumen del agua que desaloja es mayor, por lo que el empuje hacia arriba que recibe es suficiente para hacerla flotar (la manera es menos densa que el agua).
Aunque los barcos están hechos de hierro, están huecos (llenos de aire) por lo que su densidad (relación entre la masa y el volumen del cuerpo) en conjunto es menor.
Si llenamos el barco aumentaría su peso y éste se hundiría más para desalojar el suficiente volumen de agua que compense y le permita continuar flotando, pero llegará un momento en que el peso del barco será mayor que el peso del agua desalojada y se hundirá.
También se hunden cuando accidentalmente (ej. un agujero en el casco) entra agua en el barco echando fuera el aire, por lo que aumentará su densidad y se hundirá.
Experiencia 03. Flotabilidad y equilibrio de los barcos
¿Qué queremos hacer?.
Comprender mejor por qué flotan los barcos y su equilibrio.
Material
- o Un frasco de cristal con tapa.
- o Tuercas grandes
- o Corcho blanco
- o Un recipiente grande
- o Agua
Llenamos el recipiente grande con agua.
1º Colocamos las tuercas en el fondo del frasco de cristal (nuestro barco) y ponemos encima los trozos de corcho y lo tapamos. Lo depositamos verticalmente en el agua del recipiente grande. Observamos lo que sucede.
2º En otro frasco (o en el mismo) colocamos los pedazos de corcho blanco y encima las tuercas, lo tapamos y lo depositamos verticalmente en el recipiente grande con agua, con la tapa hacia arriba. Observamos lo que sucede.
¿Qué sucede?
1º El bote flota y mantiene el equilibrio sin volcar
2º El bote también flota pero no logra mantener el equilibrio y vuelca en el agua.
Explicación.
El bote de cristal flota en los dos casos porque su peso es igual a la fuerza de empuje
En cuanto a la estabilidad del barco: El peso se aplica en el centro de gravedad y el empuje en el centro de empuje (que coincide con el centro de gravedad del fluido desalojado)
Al colocar las tuercas en el fondo del frasco el centro de gravedad esta muy bajo y al inclinarse el barco se genera un par de fuerzas y un giro en contra de las agujas del reloj que hace que el barco recupere la vertical.
Por el contrario al colocar el corcho en el fondo y las tuercas encima, el centro de gravedad se encuentra muy alto y, al inclinar el barco, se genera un par de fuerzas y un giro a favor de las agujas del reloj que hace que el barco no recupere la vertical y vuelque
Cuanto más bajo este situado el centro de gravedad de un barco más estable será el equilibrio.
encia 3. Judías, lentejas, arroz y bolas que flotan.
Experiencia 04. Lentejas, judías, arroz y bolas que flotan
¿Qué queremos hacer?
Comprender mejor el principio de Arquímedes.
Material
- o Se necesita un recipiente grande lleno de garbanzos, judías, lentejas o arroz (no cocidos).
- o Una bola de acero grande (si puede ser de unos 3 cm de diámetro)
- o Pelota de ping-pong.
Procedimiento.
Llenamos un recipiente con judías, lentejas, garbanzos y arroz
Hundimos la pelota de ping-pong a un par de centímetros de profundidad entre las legumbres.
Colocamos la bola de acero se coloca encima de las legumbres, ( en la superficie).
Hacemos vibrar con las manos el recipiente durante unos segundos.
¿Qué sucede?.
La bola de acero se "hunde", mientras que la pelota de ping-pong aparece "flotando" en la superficie.
Explicación.
La bola de acero es más densa que las legumbres por eso se hunde mientras que la pelota de ping-pong es menos densa por eso se mantiene arriba.
Experiencia 05. ¿Flotan los huevos?.
¿Qué queremos hacer?
Experimentar el Principio de Arquímedes.
Comprobar si un huevo flota o no.
Materiales.
- o 3 Vasos de precipitados o similar.
- o Agitador y espátula
- o Sal (NaCl)
- o 3 Huevos.
- o Agua.
Procedimiento.
Echamos 100 ml de agua en tres vasos de precipitados.
En el primero introducimos un huevo.
En el segundo introducimos un huevo y añadimos sal hasta conseguir que el huevo ascienda un poco.
En el tercer vaso introducimos un huevo y sal hasta conseguir que el huevo flote totalmente.
¿Qué sucede?.
1- El huevo en agua no flota.
2- El huevo en agua con sal se mantiene sumergido pero sin tocar el fondo.
3- El huevo en agua con mucha sal, flota.
Explicación
Cuando se introduce el huevo en el agua actúan dos fuerzas: su peso (hacia abajo) y la fuerza de empuje hacia arriba (Principio de Arquímedes).
Si el peso del huevo es mayor que el empuje hacia arriba que recibe, el huevo se hunde.
Si el peso del huevo es igual al empuje que recibe, el huevo se sumerge pero no se hunde totalmente.
Si el peso del huevo es menor que el empuje que recibe el huevo flota.
En agua no flota, pero cuando echamos sal al agua, conseguimos un líquido más denso y el empuje que sufre el huevo es mayor, igualando el peso del huevo por lo que se queda sumergido, o superando su peso por lo que flota.
Esto explica porque es más fácil flotar en el mar que en una piscina (el mar tiene sal).
Y por qué flotamos más en mares interiores, como el mar muerto (por la alta densidad de sus aguas, ya que poseen mucha cantidad de sales disueltas).
Experiencia 06. Limón que flota.
Esta experiencia es similar a la experiencia 04
¿Qué queremos hacer?
Comprobar si flota o no un limón en el agua
Materiales:
o Dos limones
o Dos vasos.
o Agua.
o Sal.
o Una cuchara o varilla.
Procedimiento
Llenamos dos vasos con agua.
Introducimos un limón (o un huevo) en uno de los vasos y observamos que ocurre.
En el otro vaso añadimos varias cucharadas de sal, la disolvemos agitándola con la varilla o la cuchara e introducimos el limón y observamos qué ocurre.
Explicación.
El agua líquida y el agua sólida (hielo) poseen las mismas moléculas pero las densidades son diferentes. El hielo puede flotar en agua líquida.
También podemos aumentar la densidad del agua líquida, aumentando la posibilidad de flotación de ciertos materiales que colocamos en el agua.
En el vaso o jarra con agua introducimos un huevo fresco o un limón. La densidad del agua líquida es menor que la densidad del huevo o limón por tanto no flotará.
Pero podemos aumentar la densidad el agua añadiendo sal ahora el huevo flota ya que el agua salina tiene una densidad superior al agua sin sal.
El agua del Mar Muerto (en la frontera entre Israel y Jordania) es un claro ejemplo de agua con una altísima proporción de sal en su interior. Nos podemos "sentar" en el Mar Muerto sin hundirnos...
Ver la experiencia ¿el huevo flota?
Experiencia 07. Sentimos la fuerza de empuje
¿Qué queremos hacer?
Hemos oído hablar de la fuerza de empuje, ahora vamos a sentirla utilizando bolas y pelotas.
Materiales.
- o Pelotas o bolas de distinto tamaño (de ping-pong, pelota de playa, etc).
- o Un recipiente grande (palangana).
- o Agua
Procedimiento
Llenamos de agua un recipiente grande o una palangana con agua.
Intentamos hundir una pelota pequeña.
Luego continuamos intentando hundir otras bolas y pelotas cada vez de mayor tamaño.
¿Qué sucede?.
Al intentar hundir las pelotas con nuestras manos sentimos una fuerza que empuja la pelota hacia arriba y que nos dificulta hundir las pelotas.
Conforme aumenta el tamaño de las pelotas, esta fuerza de empuje aumenta, hasta impedirnos hundir las pelotas de mayor tamaño como la pelota de playa.
Explicación
Esta fuerza de empuje hacia arriba es la llamada fuerza ascensional, fuerza de flotación o fuerza de empuje.
El principio de Arquímedes afirma que “Todo cuerpo inmerso en un fluido desaloja un volumen de fluido y experimenta por ello una fuerza hacia arriba llamada “ascensional” equivalente al peso del fluido desalojado”; por ello cuanto mayor es el volumen de la pelota, mayor es el volumen del fluido desalojado y mayor es la fuerza ascensional o de empuje.
Experiencia 08. Densidad de sólidos.
¿Qué queremos hacer?
Conocer si son diferentes cuerpos sólidos son más o menos densos comparándolos con 3 líquidos.
Material
o Un recipiente transparente grande (ej. pecera)
- o Agua
- o Aceite
- o Alcohol
- o Colorante
- o Objetos sólidos: corcho, pedazo de plátano, madera, tuerca de hierro, etc.
Procedimiento
Medimos la misma cantidad de agua (coloreada), aceite y alcohol y los vertemos en el recipiente en este orden.
Introducimos diferentes objetos sólidos en el recipiente.
Variación: Se puede realizar el experimento con un recipiente más pequeño e introducir clavos insertados en bolitas de corcho a diferentes distancias.
¿Qué sucede?
Cada objeto se sitúa a una profundidad en el recipiente.
Variante: cada clavo insertado en la bolita se sitúa a una profundidad
Explicación
Los objetos se sitúan en una de las capas del recipiente según si son más o menos densos que los líquidos que los contienen.
Experiencia 09. Cuestión de densidad I.
¿Qué queremos hacer?
Medir líquidos, realizar mezclas y clasificarlos según su mayor o menor densidad.
Material.
o Una botella o una probeta.o Agua
o Aceite
o Glicerina
o Colorantes
Procedimiento.
Medimos 100 ml de glicerina y la vertemos en la botella
Medimos 100ml. de agua y la coloreamos. La vertemos en el recipiente.
Medimos 100 ml de aceite y lo vertemos en el recipiente.
Tapamos el frasco y lo agitamos. Parece que hemos conseguido mezclar todas las sustancias.
Dejamos reposar la mezcla
¿Qué sucede?.
Al cabo de unos minutos las sustancias se separan y se distribuyen en capas.
La glicerina al fondo, es el líquido más denso
El aceite en la superficie, es el líquido menos denso.
Explicación.
Estos líquidos son inmiscibles no se mezclan entre sí, aunque lo intentemos; y tienen diferentes densidades por eso se separan en capas, situándose el más denso al fondo.
Experiencia 10. Cuestión de densidad II.
¿Qué queremos hacer?
Medir líquidos con instrumentos de medición, realizar mezclas y clasificarlos según su mayor o menor densidad.
Material.
o 50 ml de miel
o 50 ml de agua
o 50 ml de aceite
o Un frasco o botella transparente.
o Probeta.
Procedimiento
Medimos las diferentes sustancias con una probeta.
Con ayuda de un embudo introducimos en el frasco el aceite, a continuación la miel y por último el agua.
Tapamos el frasco y lo agitamos, Parece que hemos conseguido mezclar todas las sustancias. Lo dejamos reposar
¿Qué sucede?
Pasados unos minutos la miel se posa en el fondo, el agua queda en el medio y el aceite arriba.
Explicación
Estas sustancias tienen diferentes densidades colocándose la más densa en el fondo y la menos densa (el aceite) arriba.
Experiencia 11. Chocolate flotador.
¿Qué queremos hacer?
Averiguar si flota o no flota un pedazo de chocolate, y con unas lentejas.
Material
- o 2 pedacitos de chocolate.
- o 2 Vasos de precipitados
- o 200ml de agua
- o 200ml de gaseosa
- o Probeta.
.
¿Qué vamos a hacer?
En un vaso vertemos 200 ml de agua y echamos un pedacito de chocolate,
En otro vaso vertemos 200ml de gaseosa y echamos otro pedacito de chocolate.
¿Qué sucede?
En el primer vaso el chocolate se va al fondo. NO FLOTA.
En el segundo vaso al principio el pedazo de chocolate se va al fondo, pero a los pocos segundos asciende a la superficie y luego cae al fondo.
Explicación
En el primer caso el chocolate es más denso que el agua, por eso se va al fondo.
Pero en el segundo vaso hemos vertido gaseosa, que contiene un gas el dióxido de carbono, que se adhiere en forma de burbujitas al chocolate, haciéndolo ascender (como unos flotadores).
Pero al llegar a la superficie las burbujitas se explotan en contacto con el aire y por ello el chocolate se hunde. El chocolate en este caso sigue siendo más denso que el agua pero en conjunto con el gas su densidad es menor por ello flota.
Experiencia 12. Lentejas flotadoras.
¿Qué queremos hacer?
Observar el movimiento de ascenso y descenso de unas lentejas en gaseosa. Esta práctica es similar a la anterior pero con lentejas.
Materiales.
- o Vaso de precipitados
- o Lentejas
- o 200 ml de Gaseosa.
Procedimiento.
Vertemos la gaseosa en un vaso de precipitados e introducimos lentejas.
¿Qué sucede?.
Las lentejas caen inicialmente al fondo del vaso, pero al cabo de un tiempo apreciaremos unas burbujitas a su alrededor, entonces las lentejas ascienden para volver a caer, luego vuelven a ascender y a caer y así sucesivamente.
Explicación
La gaseosa tiene un gas el dióxido de carbono que se adhiere a la superficie de las lentejas a modo de flotadores y hacen que éstas asciendan a la superficie.
Cuando llegan a la superficie las burbujitas explotan en contacto con el aire y las bolitas de dióxido de carbono, desprovistas de sus flotadores, caen, hasta que de nuevo se adhieren a ellas otras burbujitas de dióxido de carbono y ascienden.
