El mes de Octubre se ha trabajado, básicamente, con el concepto de DENSIDAD, y los juguetes que se han incorporado han sido: el termómetro de Galileo, la lámpara de lava y los juegos de "paradoja de la densidad", "columna de densidades", "lluvia de lava" ...
TERMÓMETRO DE GALILEO
El físico Galileo
Galilei descubrió que la densidad de un líquido cambia según la
temperatura. Rápidamente se dio cuenta que este fenómeno podía aprovecharse
para crear un instrumento destinado a medir la temperatura ambiente, y así fue
como nació el denominado “termómetro
de Galileo”. Unas bolas de cristal flotan en un liquido, a una
altura que depende de su densidad. A medida que se modifica esta característica
del medio, las esferas se desplazan e indican la temperatura reinante. Te
contamos los detalles del funcionamiento de este extraño y antiguo instrumento.
Galileo descubrió que la densidad de los líquidos se modifica con
su temperatura, lo que -de acuerdo al principio de Arquímedes- hace que cambie su flotabilidad. Aprovechando este
fenómeno, Galileo construyo un termómetro, que consiste en un cilindro de
vidrio lleno de alcohol (o agua), en el que se suspenden una serie de bolas de
vidrio llenas de líquido coloreado. El color de este líquido solo tiene como
objetivo hacer más fácil su identificación. Dado que cada una de estas esferas
tiene una cantidad diferente de líquido en su interior, su “densidad” es diferente, y “flotan” a diferentes alturas dentro del
alcohol. Cada una de ellas tiene pegado (o colgado) un cartel indicando una
temperatura. A diferencia de los termómetros de mercurio, el tubo principal no
está graduado.
Cuando la temperatura
ambiente cambia, el alcohol modifica su propia temperatura y varía su densidad
(las ampollas casi nada). Las esferas se reacomodan, flotando a una nueva
altura que es determinada por su propia densidad.
Así, cuando la temperatura se eleva, el líquido en el tubo de
vidrio se vuelve menos denso, provocando que las esferas de vidrio se hundan
una por una
En conclusión, al aumentar
la temperatura, las esferas que están en la parte superior van cayendo hacia la
parte inferior y al disminuir la temperatura, las esferas que están en la parte
inferior van subiendo hacia la parte superior. La temperatura es la
indicada por la esfera que flota a menor altura dentro del grupo superior.
Parece
complicado, pero en realidad es muy simple de utilizar. La pregunta que
seguramente te debes estar haciendo es ¿Por
que no se ven termómetros como estos por todos lados? Y la
respuesta tiene que ver con su pobre rango de funcionamiento. Se los utiliza
básicamente como decoración, y los modelos más comunes solamente tienen 5 o 6
esferas, que pueden indicar temperaturas comprendidas entre 18 y 26 grados
centígrados. Si hace mas frío o más calor, el termómetro de Galileo no podrá
indicártelo. Tampoco podrás saber si hacen 20, 20.2 o 20.5 grados, solo que la
temperatura actual “ronda los 20 grados”.
Si a eso le sumamos que su costo es cientos de veces más alto que el de un
termómetro de mercurio, entenderemos la razón de que sean tan poco frecuentes.
Por supuesto,
ninguna de sus imperfecciones le quita mérito a Galileo Galilei, que en una época en que casi todo lo
que pasaba era atribuido a la magia o a los oscuros deseos de algún Dios más o
menos poderoso, descubrió un principio físico y fue capaz de convertirlo en un
instrumento útil. ¿No te parece?
COLUMNA DE DENSIDADES
Jugando con líquidos inmiscibles, de diferentes densidades, podemos obtener estas columnas. Para hacer más visible la separación se puede añadir colorante a algunos de los líquidos (en nuestro caso al agua y al alcohol).
El efecto conseguido es muy vistoso.
En nuestro laboratorio hemos utilizado: miel, aceite vegetal, caramelo líquido, agua,alcohol y aceite de oliva, lo que nos permite distinguir perfectamente 6 diferentes materiales.
LÁMPARA DE LAVA
Las lámparas de movimiento líquido, llamadas también lámparas de lava, han existido durante décadas. Su suave movimiento
puede resultar muy relajante, y su efecto estético atrajo la atención en los
años setenta.
El funcionamiento de las lámparas de lava es sencillo e
ingenioso.
En esencia se necesitan dos líquidos, insolubles uno en el
otro pero de semejante densidad. En el caso del aceite y el agua, ambos son
insolubles, no se pueden mezclar. Pero sus densidades son muy diferentes, y el
aceite siempre flotará sobre el agua.
Pero si las densidades son semejantes, se pueden formar glóbulos de un
líquido en el otro.
Funcionamiento...
Cuando la
lámpara está apagada y fría, la lava, ligeramente más pesada que el agua, se
mantiene en el fondo. Cuando la lámpara se enciende y se calienta (lo que le
toma alrededor de treinta minutos) la lava, calentada a su vez, se expande, lo
que hace que disminuya su densidad. Como consecuencia flota hacia la parte
superior de la lámpara, donde vuelve a enfriarse y descender.
Este movimiento continuará mientras se tenga encendida la lámpara.
Todo esto ocurre con lentitud, pues la absorción de calor y el enfriamiento
son también lentos, y el cambio en la densidad es mínimo. Así se obtiene un
movimiento pausado y casi hipnótico característico de estas lámparas.
Peligros
En 2004 un hombre de Kent en Washington
murió al explotar su lámpara de lava que había dejado encima de una estufa. El
excesivo calor hizo aumentar la presión de la lámpara hasta que explotó con tan
mala fortuna que le clavó un trozo de cristal cerca del corazón al dueño que la
observaba de cerca, causándole una herida mortal
Para que la lámpara funcione, la cera tiene que ser ligeramente más densa que el agua a
temperatura ambiente, y ligeramente menos densa en condiciones más calientes.
Esto pasa porque la cera se expande más
que el agua cuando es calentada. Siendo cera fundida y agua dos líquidos inmiscibles, los dos
liquidos se mantienen separados.
La bombilla calienta el contenedor de la
fuente de calor, la cera se enfría, se contrae, y como su densidad aumenta vuelve a
caer hacia el fondo del contenedor. La diferencia de calor entre la parte
superior e inferior es de sólo unos grados.
La cera común es mucho menos densa que el
agua, y flotaría encima del agua a cualquier temperatura. Para conseguir una
cera de densidad muy cercana a la de agua, la cera se mezcla con Tetracloroetileno - un
liquido más denso que el agua, inmiscible con agua pero miscible con cera
fundida en cualquier proporción. Tetracloroetileno es el liquido habitualmente
usado en las tintorerías para la limpieza en seco.
Se pueden usar varias combinaciones de dos
líquidos inmiscibles de densidad muy similares, sin embargo uso de líquidos
como alcohol o aguarrás
conllevan un peligro importante de incendio en el caso de ruptura de la lámpara
encima de la bombilla caliente.
El ciclo de ascensión y caída de gotas de
cera sigue mientras que la parte inferior del contenedor permanece caliente y
la parte superior algo más fresca.
Las temperaturas de funcionamiento de las
lámparas de lava varían, pero normalmente oscilan alrededor de los 60 °C
(140 °F).La temperatura exterior influye en el tamaño y cantidad de las
gotas de cera; por ejemplo, en verano se formarán muchas y pequeñas, mientras
que en invierno tardarán más en formarse y serán pocas y de mayor tamaño.
Si se usa una bombilla con demasiada o muy poca potencia
la "lava" no circula, quedando toda arriba o abajo. El color de la
cera y el aceite a menudo varía y puede ser encontrado en muchas combinaciones
diferentes.
