¿Es oro o no lo es? ¿Flotan o no flotan? Arquímedes y Newton se dan la mano

Autores:

José Antonio Martínez Pons
jamartinez46@outlook.es

El experimento se desarrollará en varias fases; previamente a su realización se pedirá la colaboración de algún asistente o alumno.

 


A)  Tras el relato del episodio de la corona de Gerión, se explica que Arquímedes introdujo la corona en un recipiente con agua y midió el nivel alcanzado, luego repitió la operación con un peso igual de oro puro en el mismo recipiente: Observó que los niveles no eran los mismos.


¿Qué probaba el experimento? ¿Qué nivel era más alto, con la corona o con el oro?[i]


 


B)  Para modernizar el experimento de Arquímedes se tomará una cadenita de un metal de aspecto parecido al oro y con un picnómetro sé medirá su densidad. Son necesarias 4 pesadas


C)  Verificación del principio de Arquímedes. Se suspenderá de un dinamómetro un objeto metálico con forma regular, por ejemplo, un paralelepípedo. Se pesará el objeto y se calculará su volumen mediante la fórmula matemática correspondiente. Se tomará nota de su peso. A continuación, sujeto por el dinamómetro se sumergirá en agua completamente mojado, pero sin tocar los el fondo. En esta pesada ¿marcará más o menos el dinamómetro? ¿Por qué? ¿Qué representa la diferencia? Compruébese el Principio de Arquímedes.



D)  Variante. Se precisa la balanza y un vaso. No es necesario el dinamómetro. Se depositará el vaso con suficiente agua sobre el plato de la balanza. Se tomará nota del peso. Se pesarán el objeto junto con vaso de agua. Se suspenderá el objeto de un hilo y se suspenderá sumergido del líquido como antes. ¿Qué registrará la balanza, lo mismo que solo con el vaso con el agua? ¿Más o menos? ¿Por qué? ¿Qué principio físico se verifica?[ii]


 


E)  ¿Se podría medir con cierta precisión el número de moles de un gas como el oxígeno o el nitrógeno tomando un globo midiendo su masa, hinchándolo con ese gas pesándolo y dividiendo la diferencia de peso hinchado y sin hinchar por la masa molecular del gas?

 


F)  Una propiedad de fluidos es la tensión superficial responsable por ejemplo de ciertos pequeños animales parece que anden sobre el agua, Sobre el agua   se depositarán con cuidado pequeños objeto metálico, como hojas de afeitar o viejas monedas de aluminio. Es práctico ayudarse de pedacitos de papel de filtro para depositarlos cuidadosamente sobre el agua.

 


G)  La tensión superficial es la responsable de la forma y el tamaño máximo de una gota En ausencia de gravedad la gota sería aquella con la mínima superficie para el mismo volumen, es decir la esfera.

¿Qué forma adquirirá? una gota de un líquido en ausencia de gravedad?

 


H)   Se preparará una mezcla a partes iguales, de agua y etanol. La punta cuentagotas con aceite de oliva se introducirá en el líquido unos mm y se liberará una gota de aceite, si flota se añadirá más alcohol y si no se hunde, se añadirá agua hasta que la gota se separe de la superficie libre del líquido y descienda un poco.

Si se mira la gota flotando entre dos aguas. ¿Se ve perfectamente esférica? ¿Por qué?[iii]
¿Qué semejanzas y que diferencias existen entre la forma de conseguir la flotabilidad neutra del aceite y la de un submarino??[iv]


[i] Probaba que los materiales eran diferentes, de ser el mismo material, al tener el mismo peso habrían desplazado el mismo volumen. Puesto que el oro era el material más denso conocido en aquel tiempo, el nivel alcanzado por el oro fue menor. (El oro puro realmente no existía entonces y además habría sido muy blando, es decir, inútil para ser utilizado en joyería.)

[ii] Cuando están los dos objetos, marcará la suma de ambos, pero al estar sumergido, marcará un poco más que el peso del agua y del vaso, pero menos que la suma de éstos y el objeto debido a reacción debida al empuje que el agua ejerce sobre el objeto. Se verifica el principio o ley de acción y reacción. Si se deja caer el objeto hasta el fondo, marcará de nuevo la suma de ambos.

[iii] Mirando desde arriba sí se ve así, sin embargo, si el recipiente es cilíndrico, visto de frente se ve algo ovalada por el efecto lupa que genera el recipiente (ver figura).

[iv] En el submarino juega con la cantidad de fluido desplazado inundando o soplando tanques con agua, en la gota lo que se modifica es la densidad del líquido en el que flota la gota.

¿Qué se pretende demostrar?

¿Cómo comprobó Arquímedes que el orfebre había engañado a Gerión?

Ver de modo práctico la combinación de los principios de empuje de un fluido y de acción y reacción.

Del mismo modo que no es oro todo lo que reluce ¿flota todo lo que está sobre el agua?

Combinando la tensión superficial con el principio de Arquímedes haremos una especie de submarino de aceite.

Dirigido a:

X Gran Público

X Primaria

X Secundaria

X Universidad

Materiales necesarios:


·       Una cadenita.


·       Un picnómetro, de laboratorio o casero de metal.


·       Balanza y dinamómetro.


·       Vaso y agua. Un objeto metálico.


·       Objetos metálicos de poca masa y bastante perímetro relativo, como monedas de aluminio, hojas de afeitar de doble filo o asas de lata de refresco.


·       Un vaso transparente lo más cilíndrico posible.


·       Detergente líquido.

Riesgos:

Evidentemente con estos experimentos, ninguno. 

Para saber más:

Revista “Anales” de la Real Sociedad Española de Química, enero-marzo 2003, págs. 53-60

Observaciones:

Pueden hacerse muchos experimentos relacionados con la tensión superficial, pero no es el objeto de este trabajo, sino simplemente simular un barco flotando entre dos aguas.