Una infusió ràpida

Estem a les acaballes de l’estiu, un estiu plujós i fresc com costa de recordar. Tot i això durant l’estiu sempre ve de gust prendre begudes refrescants, a més fa poc que una coneguda marca d’infusions ha comercialitzat unes bosses per fer infusions en fred… aprofitem-ho!

Una bossa d’infusió (de fruits vermells) i aigua freda, podem observar com la substància es va difonent lentament i acaba acolorint l’aigua d’un vermell granat. Però que passaria si l’aigua fos calenta? Provem-ho.

Efectivament, tal com prediu la teoria molecular, la preparació de la infusió és molt més ràpida. Sabem que les molècules en un líquid calent es belluguen molt més ràpid de manera que els seus xocs (més quantitat i més intensos) amb les substàncies de la infusió provoquen que la dispersió de la substància (ho notem amb el color) es realitzi més ràpid.

Observeu el vídeo, realitzeu l’experiència i després us podeu beure la infusió… freda o calenta!

Un parell de globus

En obrir l'aixeta, en quin sentit circularà l'aire?

En obrir l’aixeta, en quin sentit circularà l’aire?

Si inflem dos globus, un més que l’altre, i els connectem entre ells què pensem que passarà? L’aire circularà de tal manera que tendirà a equilibrar els globus fins que els dos siguin iguals? En la imatge esperaríem que l’aire circulés de dreta a esquerra, això és el que pensaríem en principi de manera lògica.

Però si realitzem l’experiència observem amb sorpresa que passa just el contrari: l’aire del globus més petit passa cap al més gran (d’esquerra cap a la dreta) de manera que el globus taronja s’acaba desinflant i el vermell acaba augmentant la seva mida. Ho podem veure al vídeo del final.

Quina és l’explicació? Doncs hem de tenir en compte que la pressió de l’aire interior no és la pressió atmosfèrica sinó que la que realitza la goma de cada globus i, encara que sembli estrany, la goma del globus menys inflat fa més pressió que la del globus més inflat. Així doncs abans de comunicar els dos globus la pressió dins del globus taronja (petit) és superior a la del globus vermell (el gran) i per tant en comunicar-los entre ells les pressions tendeixen a igualar-se, l’aire flueix del taronja cap al vermell i així en el taronja disminueix la pressió alhora que en el vermell l’augmenta.

Recorda que costa molt més començar a inflar un globus que fer-lo més gran una vegada està inflat: una bona mesura de les diferents pressions que fa la goma en cada situació.

En finalitzar l’experiència (el globus taronja pràcticament desinflat) la pressió a l’interior dels dos globus és la mateixa… encara que la situació sigui realment sorprenent!

Un tap foradat

untapforadat

Una ampolla i un tap… amb una gassa: efecte sorprenent!

Aquesta experiència és molt fàcil de fer i és molt sorprenent… fins que algú t’explica el perquè del fenomen.

Es tracta de disposar d’una ampolla amb tap de plàstic roscat i foradar-lo però mantenint la rosca intacte. Agafem un tall de gassa (o un retall de tela fina tipus mosquitera) i el posem sobre el coll de l’ampolla que rosquem tot seguit. Retallem la gassa que sobresurt pels costats… i ja ho tenim a punt!

Tal com es veu en el vídeo, la gassa deixa entrar i sortir l’aigua tranquil·lament però si la situem verticalment i cap avall (aguantant primer amb el palmell de la mà) aleshores l’aigua, sorprenentment, no cau. Fins i tot podem introduir un escuradents a través de la gassa i podem veure com entra dins l’ampolla i queda surant en la superfície de l’aigua.

L’explicació física d’aquesta experiència (actuació de la pressió atmosfèrica) és, en part, la mateixa que l’experiment, molt conegut, d’un vas ple d’aigua invertit i tapat amb una cartolina. La pressió atmosfèrica que actua per sota (vertical i cap amunt) és suficient per contrarestar la pressió que fa l’aigua juntament amb la pressió interior (buit parcial) de l’aire que ha quedat dins del vas.

En el nostre cas no tenim cartolina però la tensió superficial de l’aigua en cada petit forat de la gassa provoca que la gassa malgrat estar foradada actuï com una única superfície. Si els forats de la gassa fossin més grans la tensió superficial no seria suficient per equilibrar les forces que actuen i l’aigua no quedaria retinguda.

En canvi, quan omplim i buidem l’ampolla molts dels forats no estan tapats per l’aigua de manera que deixen sortir o entrar aire i així la pressió interior i exterior sempre és igual: aleshores l’aigua cau pel seu propi pes.

Bé, ara només cal provar-ho davant del públic (alumnat, família, amics…) tenint molt de compte de no ensenyar el forat tapat amb la gassa fins al final per sorprendre a tothom i fer-los rumiar una miqueta.

Alerta que es gela!

Venen uns amics a sopar i per celebrar-ho posem una ampolla de cava al congelador perquè estigui al punt per les postres. Xerrant, rient i explicant batalletes ens oblidem del cava i quan ja són les tantes de la nit: ospa el cava al congelador!

Uf, respirem alleujats perquè encara no s’ha glaçat ni s’ha trencat l’ampolla. El portem a taula acompanyat d’unes galetes, l’obrim i, sorpresa, observem que instantàniament es glaça i queda dins l’ampolla un granissat de cava. No ens el podrem prendre… ja ho celebrarem un altre dia.

Podem reproduir aquest fenomen sense haver de malbaratar un preuat cava. Ho podem fer amb una ampolla de gasosa, en el nostre cas de mig litre, que posarem al congelador durant una hora i mitja (aproximadament). Al cap d’aquesta estona (que pot variar segons la mida de l’ampolla i el congelador) la traurem tot observant que la gasosa encara està en estat líquid.

Obrim l’ampolla i observem que la gasosa es comença a glaçar per la superfície i mica en mica es va glaçant la resta del líquid (de dalt cap a baix).

Per què passa això? De fet el líquid en treure’l del congelador està a una temperatura inferior a la de congelació però està en estat metaestable: situació de mínima energia local, no absoluta; amb una pertorbació del sistema pot sortir d’aquesta situació per arribar a la situació d’energia mínima. En el nostre cas la situació metaestable és l’aigua líquida a uns quants graus sota zero, en obrir la gasosa les bombolles de CO2 que es produeixen trenquen la metaestabilitat i aleshores l’aigua es gela passant a la situació estable d’energia mínima absoluta (gel) per aquesta temperatura.

alertaqueesgela

Punt 1: Metaestabilitat (aigua líquida per sota 0 ºC) i Punt 3: Estabilitat (gel per sota dels zero graus)

El mateix fenomen el podem observar repetint l’experiència amb aigua destil·lada, metaestable a uns quants graus sota zero. Per l’acció d’un cop també perd la situació metaestable (estat líquid) i passa a la situació estable (estat sòlid).

En la figura del costat observem com la situació 1 de metaestabilitat correspon a un mínim local d’energia (aigua líquida per sota dels zero graus), en canvi la situació 3 és un mínim absolut d’energia (aigua sòlida a uns quants graus sota zero). Per passar d’una situació a l’altra, passant pel punt 2, cal aportar al sistema un mínim d’energia a través d’una pertorbació (bombolles de la gasosa, un cop…).

Aquest fenomen també s’anomena subfusió: permanència d’un cos en estat líquid a una temperatura inferior a la de fusió.

Buidar una ampolla

Què he de fer quan tinc pressa i he de buidar una ampolla d’aigua? Quina és la millor manera de fer-ho? Deixar-la quieta, sacsejar-la, fer-la rodar, anar-me’n i oblidar-me de l’ampolla…?

buidarunaampolla

Com ho podem fer per buidar el més ràpidament possible una ampolla?

Podem provar-ho de vàries maneres però està clar que per buidar ràpidament l’ampolla cal que entri aire a dins per tal que la pressió entre dins i fora sigui aproximadament igual i l’aigua caigui pel seu propi pes.

Anem a pams: si deixem l’ampolla quieta, vertical i cap per avall veurem que l’aigua surt a batzegades. Primer en surt una mica però aleshores es forma un buit parcial dins que impedeix (per diferència de pressions) que continuï caient l’aigua fins que no entra una mica d’aire per igualar les pressions interior i exterior moment en el qual l’aigua torna a caure (per gravetat) i així successivament fins que es buida totalment l’ampolla. Un procés lent.

Segona prova: posem l’ampolla vertical i cap per avall però la fem rodar inicialment fins que observem que l’aigua forma un remolí i comença a sortir de forma regular i bastant ràpida. En aquest cas hem aconseguit que l’aire entri de forma contínua dins l’ampolla a través del punt central del remolí. En aquesta situació les pressions interior i exterior sempre són iguals i l’aigua cau uniformement pel seu propi pes (gravetat). El procés és una mica més ràpid que abans.

Tercera situació… i definitiva: en aquest cas hem de disposar també d’una palla per beure refrescs. Posarem l’ampolla vertical i cap per avall però amb la palla bufarem dins l’ampolla. L’aigua sortirà amb una velocitat que ens sorprendrà fins i tot a nosaltres! Hem aconseguit que l’aigua surti de l’ampolla no solament degut a l’acció de la gravetat (el seu pes) sinó afegint-t’hi la diferència de pressions (en aquest cas la interior és superior a l’exterior) que empeny l’aigua cap a fora. El procés ara és ultraràpid!

Bé, ara només queda que ho proveu i quedeu, de ben segur, una mica (o molt) sorpresos.