Bombolles surant

Impressionants, les bombolles són impressionants: per la seva fragilitat, per la lleugeresa, pels seus colors fruit de les interferències de la llum reflectida, per la seva forma esfèrica tan perfecte, per…

Però ara et sorprendràs quan vegis que les bombolles, les típiques de tota la vida, poden surar com si fossin un tap de suro en el mar. Mira el vídeo:

Com és possible? Doncs senzillament perquè un objecte suri cal submergir-lo en un líquid (en el nostre cas gas) que sigui més dens que el propi objecte. Així el gel (920 kg/m3) sura en l’aigua (1.000 kg/m3) igual que la fusta (valors entre 500 i 900 kg/m3 segons el tipus) però també una peça de ferro (7.870 kg/m3) sura tranquil·lament si el submergim en mercuri (13.600 kg/m3 i, alerta, altament tòxic).Resultat d'imatges de soplapolvo

Nosaltres disposem d’un esprai amb un gas que serveix per netejar els aparells o circuits elèctrics o electrònics i encara que és totalment incolor i transparent la seva densitat és superior a la de l’aire i també superior a les bombolles que realitzem (per això suren). Al fons del recipient hi dipositem una capa d’aquest gas i per sobre d’ell evidentment hi ha aire, la bombolla queda surant just en el límit de entre les dues capes (encara que no en podem veure la separació per les característiques dels dos gasos).

Nota: En l’envàs no consta la composició del gas però, segons en Josep Corominas a qui he d’agrair haver-me ensenyat per primera vegada aquesta experiència, segurament és un tetra flúor età. En el mercat hi ha esprais d’altres marques (Dust Off, Soplapolvo…) que es poden trobar a internet o en botigues d’electrònica.

Anuncis

L’aire pesa

Vivim a la Terra dins la seva atmosfera formada, a la nostra alçada, bàsicament per nitrogen (80%) i oxigen (20%). L’aire és una barreja de gasos molt lleugera i per tant ens dona la sensació que no pesa… malgrat que la pressió atmosfèrica (aquesta si que la notem malgrat estar-hi acostumats) és deguda al pes d’uns 300 km d’aire que tenim per damunt nostre.

Amb aquesta experiència podem comprovar no solament que l’aire pesa sinó que en podem mesurar (aproximadament) la seva densitat que sabem, sobretot pels llibres i webs, que és d’1,3 kg/m3.

Per fer-ho només hem de pesar primer una ampolla d’un litre (en el nostre cas 1,5 L) plena d’aire (aixo no costa gaire) i després posar-hi a dins un altre litre d’aire i això ho fem amb una manxa fins arribar a una pressió de dues atmosferes. Per conèixer la pressió dins l’ampolla ho podem fer amb el manòmetre de la manxa (molt imprecís) o posant dins l’ampolla una xeringa de 2 mL tancada hermèticament per la punta, quan el seu volum s’hagi reduït a 1 mL aleshores la pressió serà el doble (2 atm) tenint en compte la llei dels gasos P·V = P’·V’.

En el nostre cas el conjunt ampolla, tap, xeringa i 1,5 L d’aire pesa 63,63 grams i posteriorment el conjunt ampolla, tap, xeringa i 3 L d’aire pesa 66,68 grams. així doncs comprovem que 1,5 L d’aire pesa 3,05 grams i per tant la densitat de l’aire és 2,03 g/L = 2,03 kg/m3 (valor esperat: 1,3 kg/m3).

És important que el volum del recipient que utilitzem no varii per tal que la força ascensional degut al principi d’Arquímedes no afecti al resultat de l’experiment així doncs fer aquesta experiència amb un globus produiria un error considerable.

L’error en el resultat és considerable i això pot ser degut a la poca precisió del manòmetre / xeringa en la mesura de les 2 atmosferes.

Nota: Aquest proposta la va presentar l’Anicet Cosialls (amb el seu savoir faire característic) al Seminari Permanent de Física i Química, em va agradar per la seva simplicitat i claredat. Moltes gràcies Anicet!

Líquid màgic

Falten pocs dies perquè ens visitin els Reis d’Orient i si no saps què demanar-los ara et suggereixo un bon regal: un tub de plàstic transparent amb un líquid màgic a dins que inverteix totes les lletres… totes? Doncs no, les de color vermell no les modifica de manera que si escrivim DIOXID DE CARBONI veurem a través del tub que podem continuar llegint correctament DIOXID DE i en canvi la paraula CARBONI la veurem invertida. El mateix ens passarà si observem ADN CODI GENETIC, en aquest cas només podrem llegir correctament la paraula CODI.

Quin és aquest líquid màgic? On el puc comprar? És gaire car? El trobaré en botigues virtuals per internet? Me’l portaran els Reis si no he fet gaire bondat?

De fet, si coneixem una mica els principis de l’òptica geomètrica veurem que la ciència en aquest cas juga a favor nostre. Segur que tots hem observat a través d’una lupa (lent convergent) i veiem que si observem l’objecte entre la lent i el focus aleshores observem una imatge virtual, dreta i més gran (per això parlem que fa de lupa) però si allunyem l’objecte més enllà de la distància focal aleshores veurem la imatge invertida tal com es pot veure en la imatge.

Si fem la trajectòria dels raigs a partir de l’objecte veurem clarament la inversió que observarem.

Bé, anem al líquid màgic… en el nostre cas el cilindre de plàstic està ple d’aigua (sic) senzillament perquè el cilindre sigui una lent cilíndrica convergent, això si de focal molt i molt petita. Així doncs les paraules estan situades més enllà del focus de la lent i per tant les veurem totes, si totes, invertides. El color doncs no té cap efecte només que les paraules de color vermell les hem triat simètriques respecte l’eix horitzontal i encara que s’inverteixin (com les dels altres colors) es continuen llegint perfectament.

Aquest doncs és un joc fet amb materials molt senzills i que fa anar de cap a moltes persones (fins i tot professors i científics) fins que els més observadors diuen: ah, ja ho tinc!!!

Nota: Aquesta experiència la vaig veure per primera vegada a Ciencia en Acción i la presentava l’Antxon Anta, un bon amic i un excel·lent divulgador del País Basc, gràcies doncs Antxon 😉

Quatre gotes d’alcohol

Rodets fotografia analògica i pots de plàstic per desar-los

Nota important abans de començar: Aquesta experiència s’ha de realitzar amb ulleres de protecció i només la haurien de realitzar adults o bé joves tutelats per una persona adulta.

Podem realitzar una explosió casolana amb alcohol, en el nostre cas utilitzarem un pot de plàstic dels de rodets de fotografia analògica (els més joves no els recordareu o ni tan sols els coneixereu), un generador piezoelèctric (d’un encenedor) i una mica d’alcohol (utilitzeu l’alcohol de farmàcia, etanol en un 96%).

Hem d’aconseguir que la xispa es produeixi dins del pot de plàstic de manera que aquesta serà la que iniciarà la reacció química de combustió de l’alcohol que tindrà lloc ràpidament, és a dir, es generarà una explosió.

Per fer-ho hem de fer una mescla d’alcohol i oxigen amb les proporcions adequades, només cal posar tres o quatre gotes d’alcohol dins del pot, tancar-lo i sacsejar-lo de manera que aquest s’evapori i es barregi amb l’oxigen que conté l’aire. Podem obrir el pot i eliminar, si cal, l’excés d’alcohol líquid que no s’ha evaporat.

Tapem de nou el pot, ens apartem de la trajectòria del tap i premem el botó per fer saltar la xispa… buuuummm, el tap haurà sortit disparat amb força després d’una forta explosió.

Cal tenir en compte que sovint els joves proposen posar més alcohol per produir una explosió més forta… però això produeix l’efecte contrari perquè aleshores la reacció química té lloc amb un defecte d’oxigen i no es realitza una explosió sinó una combustió incomplerta de l’alcohol (flama amb fum negre).

Bé, podeu provar-ho… però recordeu d’anar amb molta cura!

Alguns càlculs

Un pot dels rodets de foto té un volum d’uns 11 cm3. Com que el percentatge d’oxigen a l’aire és d’un 20% en volum, en el pot hi han uns 2,2 cm3 d’oxigen. L’equació de la reacció de combustió entre l’etanol (gas) i l’oxigen és:

C2H6O (g) + 3 O2 (g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)

Per tant necessitarem només 2,2 cm3 / 3 = 0,73 cm3 d’etanol gas.

Però el que tenim és un líquid. Tenint en compte que la densitat del líquid és de 0,79 g/cm3 i la de l’etanol gas és de 0,0019 g/cm3 (a 25 ºC), només caldrien 0,0018 cm3 de l’alcohol líquid (i això suposant que és pur i no del 96%)!

Això justifica que posem molt poques gotes d’alcohol, realment amb una gota petita seria suficient.

Nota: Aquesta darrera aportació l’ha realitzat en Josep Corominas, conegut divulgador científic de Química i també de Física, moltes gràcies Josep!

 

Goma elàstica sorprenent

Des de ben petits hem après, primer fruit de l’experiència i posteriorment a l’escola o a l’institut, que en escalfar un objecte aquest es dilata (linealment, en superfície o en volum segon la seva forma). Tenim molts exemples i experiències quotidianes que ens corroboren aquest fet.

Però hi ha algunes excepcions i potser la més coneguda és la dilatació anòmala de l’aigua que entre 0 i 4 graus centígrads té un comportament diferent. L’aigua es contrau si l’escalfem en aquest interval de temperatures i en canvi es dilata (com és més habitual) si l’escalfem més enllà del quatre graus. Aquest fenomen costa d’observar i/o experimentar però és important per evitar que els llacs es congelin completament i així es pot preservar la vida aquàtica en medis molt freds.

Hi ha una altra excepció que és sorprenent: les gomes elàstiques i també els globus de goma. Podem provar-ho penjant un pes significatiu d’una goma i marcar amb cura la seva llargària. Si escalfem la goma amb un assecador de cabell observarem una disminució significativa de la llargada i en refredar-se de nou recupera la mida original. En el vídeo hem gravat un pla de detall per observar-ho correctament.

L’explicació és més o menys senzilla: la goma està formada per molècules molt llargues (polímers) que en situació normal estan molt enredades (valor d’entropia molt alt) i quan l’estirem aquestes cadenes es desenrotllen alineant-se millor (l’entropia disminueix). Si a un sistema li transferim calor la seva entropia (nivell de desordre) augmenta de manera que quan escalfem la goma provoquem un augment de l’entropia i per tant la goma elàstica s’escurça (tal com podem observar) perquè el polímers es tornen a enredar considerablement.

Pots realitzar una experiència relacionada: agafa una goma elàstica, l’estires ràpidament i tot seguit la poses en contacte amb el teu llavi superior (molt sensible als canvis de temperatura), notaràs un augment de la temperatura. Si ara deixes que recuperi la seva longitud inicial notaràs que la goma es refreda. En el primer cas has fet disminuir l’entropia i per tant la seva energia interna de manera que se n’allibera en forma de calor… en el segon cas té lloc l’efecte contrari.