Agua sobre una moneda
Objetivo
  • Estudiar algunos conceptos de la física como la tensión superficial
  • Realizar una experiencia de física recreativa con un final sorprendente para el que no sabe física pero perfectamente explicable por las leyes de la misma.
Introducción
Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas pero en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible. Vamos a observar este efecto con una experiencia muy sencilla.
Materiales
Productos
  • Un gotero
  • Una moneda
  • Agua
  • Detergente
  • Alcohol
Realización práctica
  • 1.- Carga agua limpia en el gotero. Descárgalo gota a gota sobre la moneda, despacito hasta que rebalse.
  • 2.- Cuenta el número máximo de gotas que pudiste poner hasta que se derrame. (La cantidad de gotas que se pueden poner sobre una moneda depende de varios factores: primero y principal depende del tamaño de las gotas. También depende de la limpieza de la moneda.)
  • 3.- Repite el experimento, pero antes limpia bien la superficie de la moneda. Seguramente el número de gotas que puedes poner cambia bastante.
Añadiendo agua sobre la moneda
Precauciones
  • Esta experiencias no exige precauciones especiales.
Explicación científica

¿Por qué el agua no se derrama y forma esa "cúpula" de agua sobre la moneda?

  • Por una propiedad que se llama tensión superficial. Debido a esta, la superficie del agua se comporta como una especie de "tejido" impermeable que contiene al líquido en su interior evitando que se derrame. Este "tejido" tiene una cierta resistencia (la tensión superficial).
  • Cuando hay poco agua sobre la moneda el tejido resiste, pero cuando se la carga demasiado se rompe.
Tensión superficial
  • Si se agrega al agua del gotero un poco de detergente y se repite el experimento podemos comprobar que la "cúpula" de líquido sobre la moneda es mucho más chata, no tan voluminosa como la de agua pura debido a que al agregar detergente el "tejido" se hace menos resistente y se rompe con mucho menos agua.
  • Si realizamos el experimento con alcohol en vez de con agua vemos que podemos poner menos gotas porque la tensión superficial del alcohol es menor que la tensión superficial del agua.
Curiosidades y otras cosas
  • La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.
  • El basilisco o lagarto Jesús es un pequeño lagarto (unos 90 g de masa media) que vive en las pluviselvas de Costa Rica. Cuando se ve en peligro es capaz de corretear por las charcas. Un estudio de su movimiento no es sencillo , sin embargo el análisis de filmaciones de diferentes ejemplares, tomadas a cámara rápida, permite una explicación bastante coherente del fenómeno.

    Primero conviene reparar en la anatomía del animalito. Es pentadáctilo, como sus congéneres; sin embargo, sus pies posteriores son desproporcionadamente grandes y además poseen flecos desplegables en su alrededor que posiblemente intervienen en su carrera por el agua, al aumentar la superficie y el perímetro de contacto.

    El lagarto inicia su carrera con un palmetazo sobre la superficie del agua. Al golpear el agua se crea por reacción un empuje ascensional que significa del orden del 25% del apoyo que un lagarto adulto necesita para mantenerse sobre el agua. A continuación empieza la “remada”, que se produce porque con el impacto el pie crea una burbuja de aire que se introduce en la masa superficial del agua desplazando su moléculas -mecanismo en que interviene la tensión superficial del agua- y acelerándolas, lo que provoca nuevas fuerzas de reacción que además se complementan con la diferencia de presiones hidrostáticas entre la masa de agua situada debajo del pie y del aire de la burbuja. En conjunto, el adulto obtiene más o menos un 110% de la fuerza necesaria para mantenerse sobre el agua. Las crías, que rondan los 2 g de masa, consiguen casi el 225%, por ello, mientras que los adultos solo recurren al “paseo”sobre el agua en situaciones decididamente comprometidas, los pequeños utilizan este modo de locomoción casi habitualmente. Una vez más la economía de la naturaleza.

    Volviendo a la mecánica del lagarto. Si la burbuja de aire se cierra sobre el pie, este perdería todo su poder de sustentación, por lo cual el animalito tiene que ser suficientemente ágil como para sacarlo antes de que eso ocurra. Así, lo que hace es plegar el fleco del que se habló al principio, cerrar los dedos y extraer el pie a través de la burbuja, siempre antes de que esta se cierre. Por tanto, en ningún instante “se moja” el pie del animal, aunque, sobre todo en los adultos, las filmaciones dan la sensación de que el animal hunde sus pies en el agua. Realmente, como ya se ha dicho, hunden una burbuja de aire .

    Es curioso que solo este animal, entre los vertebrados, sea capaz de desplazarse en este mundo intermedio ente aire y agua. Algunas aves palmípedas también tienen una carrera de despegue “sobre la superficie”, pero el mecanismo físico es algo diferente.
    Un ser humano que pretendiera emular al basilisco debería correr sobre las aguas a unos 30 m/s, lo que significaría un consumo energético 1500% mayor que el que la musculatura humana puede desarrollar de forma sostenida

Bibliografía

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