Juguetes científicos

 

 

Artilugios y juguetes científicos

 

Termodinámica

Pajarito bebedor

Este pajarito es un curioso artilugio que parece desafiar todas las leyes de la física. Mete su cabeza en un vaso de agua, inmediatamente se endereza y empieza a oscilar. Pero la oscilación no se amortigua del todo, el pájaro se inclina de nuevo, bebe en el vaso y empieza de nuevo su movimiento como si fuera una máquina de movimiento perpetuo.

La segunda ley de la Termodinámica afirma que para transformar el calor (movimiento molecular aleatorio) en trabajo (movimiento organizado en gran escala) tienes que transferir calor desde un objeto caliente a uno más frío. Sin diferencias de temperatura, no hay trabajo. El pájaro bebedor produce la diferencia de temperatura necesaria enfriando su cabeza, pero con ésto no se viola la segunda ley de la termodinámica

El cuerpo del pájaro está hecho de un tubo de vidrio con un bulbo en un extremo (la cabeza del pájaro), y otro bulbo de cristal en el otro extremo (la cola). Todo está medio lleno con un líquido que tiene un punto de ebullición bajo. El resto del pájaro lleno con el vapor de ese líquido. Cuando el pájaro está recto, el vapor en su cabeza no está en contacto con el líquido de su cola. Se empieza, introduciendo el pico en el agua. La esponja de su cabeza se empapa rápidamente. Al mismo tiempo en la posición horizontal del cuerpo del pájaro los dos recipientes de vapor entran en contacto, el líquido en el cuerpo puede fluir libremente. Por otra parte el pájaro está diseñado de manera que la mayor parte del líquido se encuentra en la mitad inferior del pájaro, haciendo su cola pesada, por ello el pájaro se endereza.

La cabeza, sin embargo, está ahora mojada, y se enfría por evaporación. La presión ejercida por el vapor de un líquido próxima a la ebullición es muy sensible a la temperatura, de manera que la presión en la cabeza fría del pájaro disminuye, y la presión más alta en la cola fuerza al líquido a subir hacia la cabeza. El pájaro empieza a oscilar un poco antes de que el enfriamiento empiece realmente. Ahora actúa como un péndulo que se acorta - la velocidad de oscilación y el ángulo de oscilación aumentan-. Eventualmente, se absorbe suficiente líquido hacia la cabeza, que se hace lo suficientemente pesada para que se incline para beber de nuevo. Por supuesto una vez que está horizontal, las dos cámaras de vapor igualan su presión, y el líquido fluye de nuevo hacia la cola del pájaro. El nuestro los adquirimos en una tienda australiana por unos 10€ incluidos los gastos de envío.

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Termómetro de amor
Estos "termómetros" constan de dos bulbos de vidrio comunicados por un tubo estrecho, de diseño más o menos artístico en forma de corazón, espiral, u otras formas más o menos simpáticas. En el interior del bulbo inferior hay un líquido muy volátil (normalmente, algún tipo de éter) coloreado.

Hemos observado que en algunos el color del líquido desaparece, sobre todo en los de color morado. Cuando colocamos las manos sobre el bulbo inferior, se volatiliza algo de líquido y aumenta la presión del vapor, el cual empuja al líquido haciéndolo subir a través del tubo hacia el bulbo superior. El líquido ascenderá tanto más cuanto más energía en forma de calor le comuniquemos al bulbo inferior, por eso se relaciona un ascenso muy fuerte (o muy débil) con el ardor (o poco ardor) propio de estar muy (o poco) enamorado. Cuando ha subido prácticamente todo el líquido al bulbo superior, se observa como si el líquido estuviera hirviendo, pero la presencia de burbujas no se debe a la ebullición del líquido (atribuida a la gran energía en forma de calor que desprenden las manos de una persona muy enamorada), sino al hecho de que cuando el nivel del líquido que hay en el bulbo inferior desciende hasta la altura de la boca del tubo de comunicación, comienza a pasar vapor entremezclado con el líquido que va ascendiendo, y llega al bulbo superior en forma de burbujas. Puede adquirirse en algunas multiprecio Hay otro juguete basado en la misma propiedad física en forma de bolígrafo que es el bolígrafo con "tinta cerebral". Puede adquirirse en tiendas Dideco u otras tiendas asociadas al programa exploreco. Los nuestros los adquirimos en una tienda multiprecio por 1,8 € cada uno.

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Radiómetro
Lo inventó en 1875 Sir William Crookes para estudiar los gases a baja presión, por eso también se conoce como radiómetro de Crookes. Consiste en un recipiente esférico de vidrio, del cual se ha extraído (parcialmente) el aire, y que tiene en su interior un molinete formado por cuatro aspas de mica que pueden girar alrededor de un eje vertical; cada aspa tiene una cara ennegrecida y la otra blanca. Si incide luz sobre el radiómetro, las aspas se ponen a girar y la rotación es más rápida cuanto más intensa es la luz que ilumina el radiómetro.

Las aspas giran en el sentido que va desde la cara negra a la blanca de cada aspa, lo cual indica que su movimiento se debe a las colisiones que el gas residual que queda en el recipiente efectúa contra las aspas, en lugar de deberse a la incidencia directa de la radiación luminosa sobre las aspas. La explicación de todo esto se debe a que la cara negra de cada aspa se calienta más que la blanca, ya que absorbe la radiación que incide (en lugar de reflejarla, como hace la cara blanca), y las moléculas del gas que están próximas a una zona más caliente (la cara negra) adquieren más energía cinética que las que hay cerca de la cara blanca. En consecuencia, se le transfiere más momento lineal a cada aspa debido a los choques que le llegan por la cara negra que debido a los que le llegan por la cara blanca, y por eso el molinete gira en el sentido que va de la cara negra a la cara blanca de cada aspa. De hecho, no es necesaria la luz visible para hacer girar las aspas del radiómetro, ya que basta con radiación calorífica (infrarrojos). Si se introduce el radiómetro dentro de un congelador podemos observar que las aspas giran en sentido contrario al que hemos descrito anteriormente, ya que ahora la cara negra de cada aspa se enfría más rápidamente. Si dentro del radiómetro se hiciera el vacío (o hubiera una presión muy baja), el molinete giraría en sentido contrario al que acabamos de describir, porque ahora la principal transferencia de momento lineal a las aspas se debería a la luz que se refleja en las caras blancas y se absorbe en las caras negras. Sin embargo hay otras explicaciones más o menos afortunadas. Para mayor información puede consultarse el libro de Wolke. Nuestro radiómetro lo adquirimos en Dideco por 13,75 €.

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Termómetro de Galileo
Este curioso termómetro consiste en un tubo de cristal en cuyo interior hay unas pequeñas esferitas de cristal sumergidas en un líquido, de manera que algunas de las esferas están en el fondo y otras en la parte superior. Cada esfera está marcada con un número que representa una temperatura. Cuando la temperatura sube, parte de las esferas del fondo ascienden, y cuando la temperatura baja parte de ellas descienden debido al cambio de densidad de los distintos líquidos, generalmente distintos disolventes orgánicos o mezclas de ellos de bajo punto de ebullición.

El nuestro lo adquirimos en Saguenay por 42,3 €.

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