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).

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.

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!

Aigua en caiguda lliure

Tardes d’estiu, tardes de migdiada… però també tardes d’experimentació amb aigua. Aquest experiment cal fer-lo al jardí o a la terrassa perquè de ben segur que acabaràs una mica remullat i fent un gran mullader al terra.

Si agafem una ampolla, un vas o qualsevol recipient que tingui un forat a la part baixa i l’omplim d’aigua podem veure com surt un rajolí que descriu una paràbola perfecta talment com si llencéssim una bola horitzontalment: moviment uniforme horitzontal combinat amb un moviment vertical amb acceleració constant (a = g = -9,8 m/s2).

De fet la velocitat de sortida és deguda a la pressió hidrostàtica (P = d·g·h, on d és la densitat del líquid, g la gravetat i h l’alçada de líquid fins la superfície) i, per tant, podem dir que aquesta pressió és deguda al pes del líquid. Podem comprovar que, efectivament, quan més alt és el nivell de l’aigua més gran és la velocitat amb que surt l’aigua (podeu comprovar-ho amb l’experiència d’aquest blog Pressió parabòlica).

Observem en el vídeo que si l’ampolla està hermèticament tancada aleshores el líquid no surt perquè la diferència de pressions entre el forat i la superfície equilibra exactament la pressió hidrostàtica: hi ha un buit parcial degut a una baixada imperceptible de la superfície.

Què passa però si deixem caure (lliurement) el recipient? Doncs que el líquid deixa de sortir mentre està caient perquè tot plegat, l’aigua i l’ampolla, està en caiguda lliure, és a dir, en estat d’ingravidesa i per tant el seu pes aparent és zero o, aparentment, la gravetat també és nul·la. Sabem però que ni el pes ni la gravetat són nuls en aquestes condicions sinó que justament són les responsables de la caiguda del conjunt (justament amb una acceleració de -9,8 m/s2).

Això és el mateix que els passa als astronautes dins de l’Estació Espacial Internacional (ISS), sembla que estan en un lloc on no actua la gravetat però això és degut a que estan en caiguda constant cap a la Terra… sense arribar-hi mai degut a la seva trajectòria circular (o lleugerament el·líptica).

Apa, anem posar-nos el banyador i remullar-nos una mica…

Núvol a l’ampolla

Els núvols no són vapor d’aigua, contràriament al que sol pensar la majoria de gent o que, fins i tot, algun docent explica al seu alumnat.

La formació dels núvols és deguda a la condensació del vapor d’aigua en forma d’aigua líquida (a vegades cristalls de gel) sobre petites partícules sòlides, conegudes com a nuclis de condensació.

Una bona forma de comprovar-ho es fer un núvol dins d’una ampolla de plàstic. Hi aboquem una mica d’aigua calenta, tapem i la barregem una mica perquè l’aire interior quedi bastant saturat d’humitat. Premem fort l’ampolla amb les dues mans (augmentem la pressió) i seguidament i de forma sobtada la deixem anar de manera que la pressió interior disminueix, això provoca un refredament de l’aire… però no observem cap canvi a l’interior.

Ara repetim l’experiència però prèviament llancem dins l’ampolla un llumí just quan l’apaguem i encara fumeja, això aporta a l’aire petitíssimes partícules sòlides, nuclis de condensació, que permeten que el vapor d’aigua es condensi fàcilment i es formi el núvol (gotes d’aigua formades en els nuclis de condensació). A la segona part del vídeo es veu el fenomen, potser amb una mica de dificultat pels reflexes del plàstic.

O sigui que, en temps de canvi climàtic i amb temporades llargues de sequera, ja sabem com provocar núvols amb facilitat.

Nota: Sovint els pagesos llencen a l’aire coets que esclaten i escampen substàncies sòlides (nuclis de condensació) per facilitar la condensació en els núvols perquè plogui i evitar així pedregades que malmeten els conreus.

Gel, fil i sal

A principi d’estiu i amb una onada de calor a sobre segur que ve de gust experimentar amb glaçons.

Com podem treure un glaçó de l’aigua amb un fil i una mica de sal però sense tocar ni l’aigua ni el glaçó?

Doncs aprofitem que en tirar sal sobre el glaçó aleshores el gel baixa el seu punt de fusió (descens crioscòpic) i es transforma en aigua. Si en aquest moment hi ha el fil just a sobre aquest s’enfonsa en aquesta aigua però que ràpidament es torna a gelar perquè la temperatura del gel que envolta és prou baixa per transformar-lo de nou en sòlid. Així doncs el fil queda dins del glaçó enganxat en la part regelada i per tant podem, estirant el fil, treure’l tranquil·lament del vas d’aigua. Repte aconseguit!

Aquest descens crioscòpic s’utilitza, per exemple, per evitar que es formin plaques de gel a les carreteres en ple hivern per això després d’una forta gelada o una nevada s’acostuma a tirar sal a les voreres, als carrers i a les carreteres. Aquesta sal no sol ser sal de cuina, clorur sòdic, sinó una altra sal com ara clorur potàssic que és menys corrosiva.