Experimentos con hielo seco

Espejos de sonido
(PR-47)
A. Cañamero e I. Quirós
Probablemente, alguna vez, hayas visto, en museos dedicados a la ciencia, que
aparecen unas grandes pantallas parabólicas desde las que se puede hablar y
escuchar a bastante distancia, aunque haya mucho ruido de fondo. Vamos a ver
aquí cómo podemos conseguir el mismo efecto.
Material
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2 antenas parabólicas
(de las utilizadas para
ver la televisión por
satélite)
Soportes para las
antenas
Sabemos que esta vez no es
fácil conseguir el material ni
montar el dispositivo, pero a
pesar de ello se puede
intentar.
En la foto se puede ver cómo lo
montamos en la VI Feria
"Madrid por la Ciencia"
Cómo hacerlo
Basta con colocar una antena frente a otra, a una buena distancia, de forma que
las barras que sujetan el sensor queden bien alineadas. Esas barras puede
considerarse que coinciden con el eje de la parábola.
El sensor está colocado en el foco de la parábola. Por tanto, basta con que una
persona hable aproximadamente en la zona en que se encuentra el foco
(oriéntándose hacia la parábola) y la otra escuche en la otra parábola colocando
su oreja, más o menos, en la zona en que está el foco (oriéntándose también
hacia su propia antena).
Ya podemos transmitir mensajes y contarnos todo tipo de secretos.
El fundamento de la experiencia está en las propiedades de la parábola que
reflejan el sonido concéntrándolo en el foco (parábola receptora) o el emitido
desde el foco lo reflejan en la dirección paralela al eje (parábola emisora). Es lo
mismo que ocurre con los rayos de luz.
El ARCO IRIS en casa
Josep Corominas. Escola Pia de Sitges
(PR-7)
El rincón de la Ciencia nº 8, Octubre 2000
La luz blanca puede descomponerse en luces monocromáticas, siempre que consigamos
que atraviese algún obstáculo que obligue a las diferentes ondas que constituyen la luz
blanca a viajar a velocidades diferentes. El resultado es el arco iris.
Este experimento te permitirá descomponer la luz blanca en diferentes luces de colores con
un espejo y un recipiente con agua.
Material necesario:
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Un recipiente algo grande (cazo de cocina, palangana...) lleno de agua
Un espejo plano de tocador
Una linterna potente que proyecte un haz fino (puedes tapar parcialmente el foco
con una cartulina agujereada en el centro)
Un poco de plastilina para mantener el espejo en posición correcta
Una habitación que
pueda oscurecerse
totalmente
¿Qué debes hacer?
1. Prepara el recipiente
con agua y la linterna
2. Mantén el espejo dentro
3.
4.
del agua, con una
inclinación de unos 45º
Envía el haz de luz al
espejo
Observa que la luz
reflejada ya no es
blanca sino que es el
arco iris
¿Por qué ocurre esto?
Cuando la luz penetra en el agua su velocidad cambia, lo mismo ocurre cuando emerge del agua
después de haberse reflejado en el espejo. Los cambios de velocidad implican desviaciones de la
dirección de propagación al cambiar del aire al agua y del agua al aire (es el fenómeno de la
refracción). El ángulo de desviación es función de la longitud de onda de cada uno de los colores
que forman la luz blanca.
En esta experiencia vamos a ver cómo es posible desviar un chorro de agua sin llegar a
tocarlo. Para ello nos vamos a ayudar de las propiedades eléctricas de la materia.
¿Qué necesitamos?
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Grifo con agua.
Un objeto que pueda cargarse eléctricamente con facilidad: peine, tubo de plástico,
varilla de vidrio, un vaso, un globo, etc
Paño de lana o medias de lycra.
¿Cómo lo hacemos?
Lo primero que necesitamos
conseguir es un chorro de agua
fino y regular. Para ello hay que
abrir o cerrar un grifo
lentamente hasta que el chorro
tenga las características que
buscamos
También tenemos que cargar
un objeto eléctricamente
(electricidad estática). Para ello
basta con frotar, con energía, el
objeto con un paño de lana.
Acerca con cuidado el objeto al
chorro de agua. Pero, sin llegar
a tocarlo. Observa cómo se
desvía.
Sigue experimentando
Puedes probar a electrizar otros cuerpos como láminas de plástico, pelota de playa, peines,
etc. y acercarlos al chorro de agua. Recuerda que las prendas de lana, lycra o nylon
consiguen electrizar los cuerpos fácilmente.
¿Por qué ocurre esto?
Entoda la materia existen cargas eléctricas, sin embargo, en la mayoría de loscasos,
no observamos sus efectos porque la materia es neutra: el número decargas positivas es
igual al de cargas negativas, de forma que secompensan.
Cuando frotamos un objeto de plástico (también pasapara otros materiales) con un
paño de lana, uno de los dos cuerpos pierdeelectrones y el otro los gana, de forma que
quedan cargados uno positivamente yel otro negativamente.
Las moléculas de agua son neutras, tienen el mismonúmero de cargas positivas que
negativas. Sin embargo, tienen una peculiaridadlas cargas no están distribuidas
uniformemente dentro de la molécula. De estaforma nos encontramos con que las
moléculas de agua son asimétricas, desde elpunto de vista de la carga, y tienen un extremo
positivo y otro negativo. Estohace que en un campo eléctrico tiendan a orientarse. Así,
cuando acercamos elobjeto cargado al chorro de agua, las moléculas se orientan y el objeto
atrae alextremo de la molécula que tiene signo contrario. El resultado es que el chorrose
desvía.
El rincón de la Ciencia
I.S.S.N.: 1579-1149
El sorprendente comportamiento de la arena
J. Corominas (Escola Pia de Sitges)
A pesar de su aparente simplicidad los materiales granulares como la arena, el
balasto de las vías del tren o el contenido de los paquetes de cereales presentan
una variedad sorprendente de propiedades y a menudo un comportamiento
desconcertante
Efectivamente, estos materiales que, en ciertos aspectos parecen intermedios
entre los líquidos y los sólidos, se diferencian notablemente de estos dos estados
de la materia en numerosas situaciones.
Cómo lo hacemos
Un recipiente pequeño y ligero, por ejemplo un vaso de plástico se llena de arena.
Un palo de madera,, incluso un lápiz, que sea algo rugoso se entierra parcilamente
en la arena. A continuación se golpea con suavidad el envase contra la mesa
durante un cierto tiempo con la finalidad de compactar la arena.
Comprueba que has compactado tanto la arena que puedes levantar el conjunto
de vaso con arena, simplemente, agarrando el palo con la mano y tirando
suvemente hacia arriba.
Explicación Cuando los materiales granulares están perfectamente compactados,
aparecen unas fuerzas que empujan un grano contra otro. El conjunto de granos
nº 5
(PR-76)
se dispone formando arcos entre las paredes del vaso y el palo de madera. La
resultante de las fuerzas es una fuerza de componente horizontal entre la pared y
el palo.
Debido a la fricción, hay una fuerza tangente a la pared, dirigida hacia arriba,
opuesta al peso.
En azul: las
fuerzas entre la
pared y un grano
de arena. En
verde las fuerzas
de rozamiento y
el peso
Volcán en erupción
(PR-35)
Ana Isabel Bárcena Martín, Alicia Sánchez Soberón, Rafael Román Herrero, Antonio Sequeira
Jiménez, Jesús Sánchez Soberón y Cristina Bárcena Martín.
Un volcán es una fisura en la corteza terrestre que está en contacto con una zona
magmática y que bajo ciertas condiciones permite la salida de materias fluidas o
sólidas a alta temperatura (lava). Existen dos tipos de lava; una más fluida y por lo
tanto más destructiva y otra más viscosa de avance más lento. Por todos son
conocidos los efectos devastadores de una erupción volcánica; pero también es
un espectáculo majestuoso y francamente atrayente.
¿Qué nos hace falta?
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Botella de plástico de 33mL.
Vinagre.
Bicarbonato de sodio.
Pimentón.
Harina.
Agua.
¿Qué vamos a hacer?
Se llena la botella con agua hasta aproximadamente un tercio de su volumen y
sobre ésta se adiciona vinagre hasta completar algo más de los dos tercios de
dicha botella. Sobre esta disolución se echa una cucharada de pimentón que dará
color rojo a la "lava". Ahora se coloca la botella en el interior del volcán; de tal
modo que al tener lugar la reacción química la "lava" generada ascienda por el
cuello de la botella y resbale por las paredes del volcán.
Para que se produzca dicha reacción se añade por la boca del volcán un par de
cucharadas de bicarbonato de sodio. Al entrar en contacto este sólido con el ácido
acético contenido en el vinagre tiene lugar el siguiente proceso donde se genera
dióxido de carbono (gas) que "empuja" la lava hacia el exterior:
Vinagre + Bicarbonato sódico
----> Dióxido de carbono + Agua + Acetato de sodio
Completa tu experimento
Si se añade harina a la botella que contiene el vinagre se conseguirá que
la lava tenga un aspecto más espumoso, siendo más espesa.
Se pueden construir volcanes muy diferentes empleando pasta de papel
que una vez seca se recubrirá con una pintura plástica capaz de soportar
la "lava" que no es más que una disolución acuosa. Además se usará
como boca del volcán el tapón de la botella perforado; ya que así se
consigue que el cierre del lugar donde va a tener la reacción (botella) sea
hermético y que la "lava" tenga un único camino de avance.
Detector de ondas electromagnéticas
(pr-86)
Fco Javier Rodríguez Zamarguilea
Objetivo
Construir un sencillo emisor y detector de ondas electromagnéticas.
Fundamento
Emisor de ondas
Las ondas electromagnéticas se pueden generar por la pérdida de energía de un
circuito oscilante. Un condensador que se carga y se descarga bajo una fuente
alterna constituye un circuito oscilante. El condensador pierde energía cuando sus
placas, en lugar de estar enfrentadas, se abren. La apertura de las
placas dejándolas alineadas en lugar de enfrentadas da lugar a la constitución de
un dipolo eléctrico, en nuestro caso el dipolo esta formado por dos varillas
metálicas alineadas una a continuación de la otra que no llegan a tocarse.
Detector de ondas
La detección se realiza a través de un captador, otro dipolo eléctrico, y de un
sensor llamado cohesor que se intercala entre los extremos próximos del dipolo
receptor. El sensor está construido con dos varillas metálicas unidas mediante un
tubo de plástico transparente. El espacio entre las dos varillas se rellena con
limaduras de hierro, como puede verse en la foto siguiente.
El cohesor fue utilizado en los albores de los descubrimientos de las ondas
electromagnéticas. Su funcionamiento se basa en la orientación de las limaduras
metálicas bajo los efectos de los campos electromagnéticos que se reciben
asociados a una onda electromagnética. La resistencia eléctrica entre los
extremos del cohesor es elevada antes de captarse las ondas y muy baja cuando
se recibe la señal de las ondas electromagnéticas y las limaduras se orientan y
alinean.
Material que vas a necesitar:
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Varillas metálicas para construir los dipolos
Un encendedor piezoeléctrico
Un tubito hueco de plástico que se acople con la varilla metálica
Limaduras de metal(hierro por ejemplo)
Un polímetro, analógico o digital.
Montaje y funcionamiento
¿Cómo generamos las ondas?
Desmontar el encendedor piezoeléctrico para poder disponer de los contactos que
generan la señal de excitación (chispa). Conectar los contactos al dipolo emisor
sujeto sobre una tabla.
Al pulsar el encendedor aparece y desaparece de forma rápida un voltaje elevado
entre las puntas del dipolo emisor, este hecho origina la carga y descarga del
dipolo y la pérdida de energía en forma de ondas electromagnéticas.
¿Cómo detectamos las ondas?
Construir el cohesor Introduciendo las limaduras, de hierro por ejemplo, en el
tubito de plástico colocado entre los extremos próximos del dipolo receptor.
Conectar el polímetro, opción medir resistencia, justo en los extremos del cohesor.
El dipolo receptor capta las ondas electromagnéticas y con ello las limaduras de
hierro del cohesor se orientan ofreciendo menos resistencia eléctrica. El polímetro
detecta la variación de resistencia y en nuestro caso, si es de tipo analógico, se
observa el movimiento del indicador de dicho aparato.
Experimentos con hielo seco:
Niebla y efectos especiales
(pr-87h)
A. Cañamero y M.A. Gómez
¡PRECAUCIÓN!: El hielo seco se encuentra a temperatura muy baja y produce quemaduras
en la piel. Debe manejarse con mucho cuidado, utilizando guantes protectores.
Todos los experimentos que presentamos deben hacerse con la supervisión de una persona
adulta.
El hielo seco (dióxido de carbono sólido) se encuentra a una temperatura de 78ºC, sublima y pasa directamente del estado sólido a vapor. Al contacto con el
aire hace que condensen pequeñas gotas de agua que se encuentran en el
ambiente originando una típica neblina.
Si añadimos hielo seco a un vaso que contiene agua la sublimación es bastante
rápida y aún más si añadimos agua caliente. El resultado es una niebla mas densa
que el aire y por eso se dirige hacia el suelo. El efecto de niebla es todavía más
intenso porque al burbujear arrastra pequeñas gotitas de agua.
En el cine o el teatro utilizan máquinas que echa un chorro de humo de forma
continua hasta que todo el suelo se cubre de niebla. En discotecas o espectáculos
musicales lanzan el humo a través de varias máquinas consiguiendo un efecto
espectacular:
http://www.youtube.com/watch?v=ej847n0aOHo&feature=related
Estas máquinas de niebla también las alquilan en algunos eventos, como las
bodas para cubrir de niebla el suelo donde los novios realizan el primer baile.
Otro efecto, muy utilizado en el cine, es conseguir bebidas humeantes. Esto es
muy fácil de conseguir se añaden unos trozos de hielo seco a un líquido de color
llamativo y ya tenemos la pócima ideal.
¡HORROR, el vacío!
Mª Sagrario Gutiérrez Julián (IES Tirso de Molina)
(PR-23)
El rincón de la Ciencia
nº 18, Octubre 2002
El objetivo de esta actividad es poner de manifiesto cómo situaciones
sorprendentes, que podrían ser presentadas por quien las realiza atribuyéndose el
título de mago, tienen detrás una explicación científica.
Podemos hinchar o deshinchar un globo sin tocarlo, ni variar su temperatura
¿quieres aprender a hacerlo?, ¿sabrías explicar el porqué?
Material que vas a necesitar:
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Globos.
Recipientes de vacío, de uso doméstico, para conservar alimentos.
¿Qué vamos a hacer?
Lo primero, prepararemos el material. Es posible que todo o casi todo lo tengas en
casa; si no es así, los recipientes de vacío para conservar alimentos los puedes
comprar en algunas ferreterías o en grandes almacenes.
figura 1
Con todo listo, observa la bomba que viene con los recipientes para alimentos,
fíjate en lo que hace cuando la colocas sobre la palma de tu mano extendida y
mueves la palanca hacia arriba y hacia abajo. Observa el recipiente, tiene un
tapón de goma en el que se puede abrir un orificio (figura 1), tápalo y destápalo.
Introduce el globo, hinchado con un poco de aire, fíjate en el tamaño y cómo se
mueve dentro. A continuación, vamos a poner la bomba sobre el tapón del
recipiente y la moveremos varias veces.
- ¿Qué crees que va a pasar? ¿Por qué?
Realiza las manipulaciones necesarias (figura 2), ¿se han confirmado tus
hipótesis?.
figura2
A la vista de los hechos, ¿has sacado o metido aire en el recipiente?, ¿y en el
globo?, ¿cómo están constituidos los gases?
Sigue experimentando
Para el nuevo experimento vas a necesitar más material:
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Botellas de plástico y/o de cristal.
Bomba de bicicleta.
Válvula antirretorno, puede ser una válvula de rueda de bicicleta.
Manómetro de los que se utilizan en fontanería. (Opcional)
Si tienes un aparato de los de pisar para hinchar ruedas, balones, colchonetas,
etc., ya tienes la bomba y seguramente llevará incorporado el manómetro, si no es
así el resto del material lo puedes comprar en tiendas de bicicletas, en algunas
ferreterías, y en el caso del manómetro en tiendas de fontanería.
Taladra el tapón de plástico de las botellas, coloca las válvulas de bicicleta, utiliza
un pegamento para impedir la entrada y salida de aire de las botellas.
Introduce ahora el globo un poco hinchado en la botella. Para que te resulte más
fácil puedes meter el globo abierto en la botella e hincharlo y anudarlo estando
dentro. A continuación, vamos a poner la bomba sobre la válvula de bicicleta y la
haremos funcionar.
Intenta responder a las mismas preguntas que planteábamos en el primer
experimento.
Experimentos con hielo seco:
Espuma y pompas de jabón
(pr-87a)
A. Cañamero y M.A. Gómez
¡PRECAUCIÓN!: El hielo seco se encuentra a temperatura muy baja y produce quemaduras
en la piel. Debe manejarse con mucho cuidado, utilizando guantes protectores.
Todos los experimentos que presentamos deben hacerse con la supervisión de una persona
adulta.
El hielo seco sumergido en un líquido sublima
muy deprisa generando gran cantidad de CO2
que burbujea continuamente.
Si en el líquido añadimos una cierta cantidad de
jabón, las burbujas dan lugar a la formación de
gran cantidad de espuma. También podemos
hacer pasar el gas sobre una lámina de agua
jabonosa y llegar a conseguir grandes pompas
En esta experiencia se ha utilizado jabón para
vajillas (color verde) disuelto en el agua.
Espuma
Veamos en primer lugar como se forma una columna de espuma que sube y sube
sin parar. Graduando la cantidad de jabón disuelta en el agua podemos controlar
la textura de la espuma.
En el primer vídeo podemos ver cómo, al añadir, el hielo seco en el interior del
agua con jabón comienza rápidamente a burbujear. Se forma la espuma y
comienza a subir por el recipiente, derramándose al llegar al exterior. A lo largo de
la secuencia podemos ver cómo va disminuyendo el nivel del líquido, lo que nos
indica que las burbujas están formadas por dicho líquido. Al final, aunque no se ve
muy bien, queda un charco en la bandeja exterior.
En el segundo vídeo
podemos ver un detalle
de cómo burbujea el
dióxido de carbono en
el interior del líquido y
la ascensión de las
burbujas para formar la
espuma.
Las burbujas aparentan
ser blancas y al
romperlas se ve que se
libera un gas
blanquecino. Parece
que están llenas de
niebla. Simplemente el
gas a arrastrado
minúsculas gotitas de
agua que forman la
niebla.
Pompas de jabón
También podemos conseguir pompas más grandes. Para ello, preparamos un
dispositivo para generar el gas y lo hacemos pasar a través de un tubo de goma
hasta un embudo que sumergimos en el agua jabonosa. Al sacarlo del agua se
producen pompas de jabón que podemos recoger en la mano.
Experimentos con hielo seco:
Cañones, cohetes y explosiones
(pr-87b)
A. Cañamero y M.A. Gómez
¡PRECAUCIÓN!: El hielo seco se encuentra a temperatura muy baja y produce quemaduras
en la piel. Debe manejarse con mucho cuidado, utilizando guantes protectores. Las
explosiones que se presentan en este apartado pueden ser también muy peligrosas y deben
realizarse con las debidas precauciones, equipos de protección y dejar una distancia de
seguridad.
Todos los experimentos que presentamos deben hacerse con la supervisión de una persona
adulta.
El hielo seco, al sublimar, desprende gran cantidad de gas dióxido de carbono. Si
los trozos de hielo seco están contenidos en un recipiente herméticamente
cerrado, la presión del gas puede alcanzar valores muy elevados (en función del
material del que esté hecho el recipiente). Esto permite que podamos aprovechar
esa presión para conseguir efectos "explosivos" y construir pequeños cañones,
cohetes o simplemente provocar explosiones.
Un pequeño cañón
Hemos construido un pequeño cañón con un tubo de plástico transparente,
cerrado por el extremo inferior con un tapón que se ha asegurado con cinta
adhesiva. El tubo queda sujeto a un soporte metálico para evitar que se mueva
hacia atrás durante el disparo.
En el tubo ponemos un poco de agua para ayudar a que el gas dióxido de carbono
se libere más rápidamente y tapamos la boca superior del cañón con un tapón de
corcho. Al introducir el hielo seco en el tubo, en seguida comienza a burbujear el
gas. La presión del dióxido de carbono en el interior del tubo va aumentando muy
rápidamente, hasta que el tapón de corcho sale disparado.
Cohetes
También podemos aprovechar la liberación del dióxido de carbono para lanzar un
pequeño cohete. En este caso, el cohete está construido con una botella de
refresco y un tapón de corcho. Cómo lanzador utilizamos una barra metálica que
sirve de guía para que el cohete se impulse verticalmente. Para sujetar la botella a
la barra utilizamos un poco de cinta adhesiva pegada a la botella y retorcida para
que no se pueda quedar pegada en la barra metálica.
Para lanzar el cohete ponemos un poco de agua en la botella y añadimos hielo
seco. Tapamos con el tapón de corcho e invertimos la botella. Comienza a
desprenderse el gas dióxido de carbono. En la foto vemos cómo se desprenden
grandes burbujas de gas y la parte superior de la botella comienza a estar llena de
"niebla". La presión del gas en el interior de la botella aumenta muy deprisa y hay
un momento en que el tapón no aguanta la presión y sale despedido hacia abajo.
La fuerza del tapón, líquido y del gas saliendo despedidos hacia abajo impulsa la
botella hacia arriba. Dependiendo de las condiciones, pude llegar a subir a una
altura de 10 o 12 metros.
Esta experiencia debe realizarse en un lugar abierto y despejado.
En el vídeo podemos ver cómo la
botella se va hinchando y deformando
antes de salir lanzada, debido al
aumento de la presión en su interior.
Al final puede verse cómo quedan en el
suelo varios trozos de hielo seco
(todavía no han sublimado) que han
sido expulsados al exterior junto con el
agua y el gas.
Explosiones
Si en vez de un tapón de corcho, encajado en la boca de la botella, ponemos
ahora su tapón de rosca la botella quedará herméticamente cerrada y el gas no
podrá escapar. El resultado es que irá aumentando la presión en el interior de la
botella, hasta que sus paredes no sean capaces de aguantar: la botella explota
con una potente detonación. La experiencia puede resultar peligrosa y debe
realizarse al aire libre y en una zona despejada de público.
En el primer vídeo podemos ver cómo la botella se va hinchando y deformando
hasta que se produce la explosión.