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Lata arrugada

Título Actividad:

Lata Arrugada

Principios a explicar:
Dilatación y contracción de los cuerpos, presión atmosférica

Material:
1 Parrilla eléctrica
1 Lata de aluminio (de refresco)
1 Tina con agua
1 Trapo grueso
Cinta adhesiva

Procedimiento:
Se llenará de agua un 10% de la lata y se tapará la boca de ésta con cinta adhesiva. Ahora prenderemos la parrilla y pondremos la lata sobre ella. Cuando empiece a salir vapor por la boca de la lata sabremos que la hemos calentado suficiente, así que tomaremos la lata con el trapo (para no quemarnos) y la meteremos rápidamente en la tina con agua.
La lata se aplastará aparatosamente en cuanto haga contacto con el agua.

Marco Teórico:
Todos los cuerpos incrementan su volumen cuando aumenta su temperatura, a esto se le conoce como dilatación térmica de los cuerpos. El proceso inverso es la contracción, que es cuando disminuyen su temperatura y su volumen. Los cambios más drásticos de volumen se presentan cuando se pasa de un estado a otro de la materia, por ejemplo de sólido a líquido o (más aún) de líquido a gas.
Nuestro planeta está rodeado por una capa de aire de casi mil kilómetros de alto, sin embargo la mayor parte del aire de ésta se encuentra concentrado en los primeros 50 km. Esta capa de aire, llamada atmósfera, debido a la gravedad ejerce una presión sobre todos los cuerpos sobre la superficie terrestre. Presión se define como fuerza por unidad de área, entonces podemos decir que la presión atmosférica es la fuerza que ejerce una columna imaginaria de aire sobre un área específica. Como resulta evidente, a mayor altura será menor la presión porque habrá menor aire sobre el objeto; debido a esto la presión atmosférica siempre será mayor al nivel del mar. Aunque muchas veces ni nos percatamos de ella, esta presión es muy grande y nos permite llevar a cabo muchas actividades comunes como bombear agua, beber usando un popote o volar aviones.
Regularmente no percibimos la presión del aire, porque todos los lugares a los que vamos tienen la misma presión. Sin embargo cuando generamos una presión menor en un espacio u objeto, inmediatamente nos percatamos de la enorme fuerza del aire.

Explicación:
Preguntas: ¿La lata se arrugó sola?, ¿Quién lo hizo?, ¿Será algo que pasó dentro de ella?, ¿En que afecta que hayamos calentado el agua?
El agua que está dentro de la lata originalmente ocupa un lugar más pequeño, pero cuando la calentamos lo suficiente se evapora y, ya convertida en gas, ocupa casi toda la lata; expulsando tanto al mismo vapor como una gran parte del aire que antes estaba ahí. Esto lo vemos claramente cuando sale vapor por la boca de la lata.
Luego al tomar la lata y meterla al agua, que está fría, el vapor se condensa y vuelve a formar agua que ahora tiene un tamaño muy pequeño de nuevo, dejando al poco aire que quedó adentro de la lata para ocupar todo el espacio. Esto hace que la presión adentro de la lata sea muy pequeña y no pueda detener la del aire que está afuera, arrugándose la lata.
La presión del aire de afuera se conoce como presión atmosférica, y se debe al pesote todo el aire que tenemos sobre nosotros en la atmósfera. Aunque el aire es muy ligero comparado con otros objetos, si pensamos que se trata de una columna de 50 km de aire la ejerce presión sobre nosotros es lógico que la fuerza sea grande. Por cierto, una presión es una fuerza aplicada, digamos distribuida, en cierta área.
Dinámicas útiles: El guía formará dos grupos de unos 6 integrantes, un grupo se pondrá frente a él y el otro a su espalda. Extenderá los brazos y la misión de cada grupo será empujar más el brazo que los otros. Poco después de iniciar el “concurso” se pide que todos los participantes del equipo que está frente al guía abran mucho las piernas y los brazos, dificultando que todos los integrantes sigan empujando, y sacando a 2 o 3 de ellos, con lo que ahora se enfrentarán solos a los 6 del otro lado y seguramente serán derrotados. Se ilustrará que lo mismo pasa en la lata cuando es expulsado el aire y, posteriormente, condensada el agua, volviéndose imposible soportar la presión externa.

Diseño: Museo de Ciencias, Octavio Campuzano

 

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