Sábados de la Ciencia: jugando con la presión. La conquista del vacío


Hoy se ha celebrado la primera conferencia de la serie Sábados de la Ciencia, que organiza el Aula de la Ciencia de la Universidad de Cantabria. Este ciclo se caracteriza porque se realizan demostraciones prácticas y experimentos in situ de los conceptos que se exponen. El tema tratado en esta sesión ha sido el de la presión y el vacío.

En la sala donde se ha celebrado la conferencia, el Salón de Actos de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cantabria, había un montón de gente, mayoritariamente familias con sus hijos, y en menor medidas personas de la tercera edad, estudiantes y profesores. El ponente, por primera vez en este ciclo (que se viene celebrando los últimos años), ha sido un profesor de ciencias de enseñanza media. Por lo visto es una iniciativa tomada desde la organización que en mi opinión es un acierto completo.

La verdad es que la cantidad de experimentos que se hicieron y su calidad fue impresionante y emocionante.

El ponente comenzó explicando el concepto de presión como la relación (el cociente matemático) entre fuerza y superficie. Intuitivamente explicó que la presión será mayor o menor en función de la superficie sobre la que esté ejercida la fuerza. De su expresión matemática se deriva el hecho que una manera de aumentar la presión es disminuir la superficie sobre la actúa y puso como ejemplo la acción del filo de un cuchillo o la punta de un clavo que a igual fuerza dejan marca por ejemplo sobre una pared y si ejercemos la misma fuerza con nuestro pulgar no dejamos marca alguna.

Desde el punto de vista histórico, el ponente explicó la contribución de varios científicos con sus experimentos al conocimiento de la presión y del vacío. Este último concepto estaba envuelto en explicaciones no científicas que atribuían a la naturaleza una aversión por el vacío (horror vacui) que hacía que cualquier espacio se llenara de forma natural.

El primer experimento fue el de Torricelli que lleno un tuvo sellado por una de sus partes de mercurio y lo volcó sobre un depósito de mercurio, comprobando que la columna de mercurio descendía 76 cm. Fue el primer barómetro y demostró la presión del aire de la atmósfera y de que el vacío podía existir. Si hizo exactamente el mismo experimento en la conferencia (el ponente estaba asistido por dos de sus ex alumnos ahora en la facultad de ciencias) y se midió la caída de la columna de mercurio dando exactamente la misma distancia. Se podría haber hecho lo mismo con cualquier líquido por ejemplo, agua, pero entonces la columna tendría que haber sido mucho mayor. La explicación de esta caída de columna es que el sistema líquido-atmósfera buscó el equilibrio entre la presión que ejerce para salirse del tuvo y la presión que ejerce el aire sobre la superficie del líquido. Nosotros vivimos en el fondo de un mar de aire (aunque en realidad en un líquido la presión se ejerce por todos los lados, no solamente por arriba, por lo que se habla de una compresión)

Otto Von Guericke inventó la bomba de vacío en 1656 en Magdeburg y hizo muchos experimentos demostrando que el vacío existía. Su bomba de vacío eran dos semiesferas (el invento se llamaba los hemisferios de magdeburgo)

Hemisferios de Magdeburgo de Otto Von Guericke

Uno de sus más famosos experimentos que representaba por toda Alemania, incluida la corte, era la de unir las dos semiesferas, crear el vacío y luego intentar separarlas con cuatro filas de caballos en cada lado. La fuerza que desarrollaban los caballos de tiro no era capaz de compensar la ausencia de presión del interior. En la conferencia se llevó una versión en miniatura de la bomba. A pesar de esto al vaciar de aire la cavidad esférica se comprobó que no se podía separar ni aunque se colgara un niño de ella.

En la conferencia se disponía de una bomba de vació y una campana de vacío.
Bomba de Vac�o
Con esto se hicieron varios experimentos. Primero se puso un recipiente con agua y se lleno un tubo de cristal con agua coloreada. Se volcó el tuvo sobre el recipiente y se metió dentro de la campana. Se enchufó la bomba a la campana y se empezó a extraer aire con la bomba de vacío. Se tenía un manómetro en el que se podía ver la presión en el interior. A medida que esta iba descendiendo, el agua del tubo también descendía coloreando el agua del recipiente. Además cuando la presión descendió hasta llegar el indicador a la parte izquierda, empezó a hervir.

Campana de Vac�o y ManómetroLa explicación de la bajada del líquido era sencilla: al disminuir la presión dentro de la campana el líquido no necesitaba compensarla y por lo tanto se metía en el recipiente desde la columna. El hervor se debe a que las moléculas del líquido se escapan del mismo en forma de vapor porque el límite de temperatura entre estados baja a medida que baja la presión y la bajamos tanto que a temperatura ambiente las moléculas pueden escapar sin problemas.

El segundo experimento fue de propagación del sonido. ¿El sonido puede propagarse por el vacío? Pues no. ¿Por qué? Porque el sonido son ondas de variación de presión que necesitan materia (por ejemplo aire) para propagarse. Se hizo un nuevo experimento con la campana y la bomba de vacío introduciendo un móvil suspendido por una cuerda de la campana. Se llamó al móvil al principio, antes de conectar la bomba y sonaba. Luego se activó y se bajó la presión hasta que la aguja del manómetro estuvo a tope a la izquierda. Se volvió a llamar y esta vez no se oía nada. El ponente comentó que si se dejaba el móvil posado en la base de la campana el sonido podría transmitirse por el material del mismo. Incluso dependiendo del material del hilo para colgar el móvil, también se podía transmitir por el mismo :)

Los tres siguientes experimentos fueron meter: un globo medio hinchado (que se fue hinchando a medida que bajaba la presión, consecuencia lógica de que el aire que estaba en su interior ya no encontraba oposición del aire que rodea al globo), un trozo de plástico de envolver que tiene pequeñas celdas rellenas de aire y unas chuches (que contienen aire en su interior y se hinchan; luego al meter de nuevo el aire de deshinchan y se quedan más delgados que originalmente) y finalmente espuma de afeitar (se vio como subía la espuma casi hasta arriba de la campana, saliéndose del recipointe, y eso sin que la aguja del manómetro llegara hasta el final; al volver a la presión normal la espuma se quedaba jabonosa en las paredes del recipiente)

Otro experimento curioso fue el del tornado líquido. Se trata de llenar una botella de agua y dejar otra vacía y unirlas por las bocas. Cuando se pone la botella llena hacia abajo, el líquido intenta entrar en la botella pero casi no cae, debido a que el aire que se evacúa de la botella vacía tiene que pasar a la llena para dejar sitio. Pero el pequeño vacío que se crea en el culo de la botella llena impide que caiga más rápido. Entonces lo que se hace es girar según las agujas del reloj la botella llena y entonces se produce un curioso fenómeno que consiste en la formación de un tornado líquido que hace que el agua pase de una botella a otra.

Luego vinieron las formas alternativas de generar vacío por aplicación de calor a un recipiente en el que se introduce un poco de líquido. El vapor expulsa el aire del interior. Luego solamente hay que taparlo y enfriarlo muy rápidamente. Los efectos pueden ser espectaculares. En la conferencia el primer experimento se hizo con una lata de acuarius que se llenó de un poco de agua y se calentó con un mechero bunsen hasta que empezó a evaporar. Luego con unas pinzas se sumergió en un recipiente de agua. La lata se quedó espachurrada. Toda una sorpresa. La explicación es que el vapor de agua al enfriarse súbitamente se contrae dejando un vacío. La fuerza que puede desarrollar es impresionante. Esto quedó demostrado con el experimento estrella …

Tenían un bidón industrial que llenaron con un par de litros de agua. Luego lo pusieron sobre un calentador hasta que el agua empezó a hervir y dejaron ue se evaporara durante unos minutos. Luego retiraron el fuego, cerraron el tapón y le echaron hielo encima. La verdad es que ver como se deformaba el bidón fue lo más espectacular que he visto nunca.

2 comentarios en “Sábados de la Ciencia: jugando con la presión. La conquista del vacío

  1. Hoy ha aparecido en El Diario Montañés la crónica de la conferencia de Sábados de la Ciencia sobre la presión y la conquista del vacío a la que asistí ayer. En la foto del artículo online debería aparecer yo al fondo pero debido a la mala resolución de la imagen no se me distingue :)

    Ciencias para todos los públicos

    Una sesión divulgativa y muy entretenida sobre la presión y el vacío abrió una nueva edición de los ‘Sábados de la Ciencia’

    TEODORO SAN JOSÉ

    El propósito es bien sencillo: Que lo que se cuente, se vea. Bajo esta premisa se organizan ya desde hace cuatro años los ‘Sábados de la Ciencia’, una serie de sesiones divulgativas que organizan el Aula de la Ciencia y la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cantabria con el fin de cultivar la faceta divulgativa y hacer sencillo y asequible el conocimiento científico. E, incluso, demostrar que la ciencia puede ser divertida.

    […]

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