¿Qué implica una diferencia de presión?
Cuando en un sistema existen dos regiones cuyas presiones son diferentes, entonces la materia se mueve desde la zona de mayor presión hacia la zona de presión más baja, hasta que se alcance un estado de equilibrio. Para trabajar este concepto, modificaremos la presión sobre un objeto sumergido en un líquido y haremos que se desplace en la dirección que deseemos. Este experimento involucra varios conceptos, que ayudan a ilustrar varias leyes físicas tales como la ley de Boyle, el principio de Pascal, el principio de Le Châtelier, la densidad y el principio de flotabilidad.
¿Cómo podemos trabajar estos conceptos?
Muchos de los conceptos relacionados con los cambios de presión pueden estudiarse a partir de la construcción de un instrumento conocido como 'diablillo de Descartes' o ludión, que es lo que se muestra en la siguiente imagen.
Materiales
1. Botella de 1.5 L a 2.5 L.
2. Jeringa plástica de 20 cm3.
3. Manguera plástica de 3 mm de diámetro interno, 30 cm.
4. Trozo de varilla hueca de 3 mm de diámetro externo, 5 cm.
5. Tapón de caucho horadado para botella plástica.
6. Frasco pequeño o un gotero plástico.
Procedimiento
1. Llena la botella con agua hasta el borde.
2. Adiciona agua al frasquito hasta 1/3 de su capacidad.
3. Tapa con el índice o el pulgar e introduce el frasquito invertido dentro de la botella de manera que justamente flote. En el caso de que se vaya al fondo, debe reducirse en menos de 1/3 la cantidad de agua.
4. Posiciona el émbolo de la jeringa aproximadamente a la mitad de su recorrido.
5. Tapa la botella.
6. Presiona ligeramente el émbolo y observa lo que ocurre. Puede suceder que al soltar el émbolo el frasquito no regrese a su posición inicial, en tal caso saca el émbolo un poco.
7. Repite la operación las veces que desees.
¿Qué es lo que hemos estudiado realizando el experimento?
Inicialmente, el sistema jeringa-botella/ludión se encuentra a la presión atmosférica y en equilibrio. Al presiona levemente el émbolo, la presión interna aumenta y como consecuencia de lo anterior el ludión desciende quedando en el fondo o en una posición intermedia. Si el émbolo no se desplaza más, se alcanza una nueva situación de equilibrio (principio de Le Châtelier). Además, a medida que el ludión desciende, el nivel del agua dentro de éste aumenta y, por consiguiente, la masa del tubo mas su contenido aumenta con lo cual su densidad llega a ser mayor que la densidad del líquido y por eso se hunde, lo cual implica que la flotabilidad disminuye.
Al principio del experimento habréis notado que dentro del tubito además de agua hay aire en la parte superior, el cual tiene una masa constante, ocupa un volumen a una determinada temperatura y se encuentra a la presión atmosférica. Al presiona el émbolo, la cantidad de aire permanece constante igual que su temperatura, pero su volumen y su presión cambian, de modo que se ha establecido una relación que muestra que a mayor presión del gas menor es su volumen, cuando la temperatura es constante (ley de Boyle).
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