El vaso invertido (guía del profesor)

Objetivo:Con este experimento pretendemos trabajar las fuerza que ejercen dos tipos de presiones: la presión atmosférica y la presión hidrostática cuando tapamos un vaso con agua con papeles, cartulinas o plástico.

Contenidos- Presión atmosférica. (C)

- Presión hidrostática. (C)

- Recopilar datos sobre el experimento. (P)

- Describir lo observado. (P)

- Valorar el proceso de trabajo científico: experimentación, observación, anotación y generalización. (A)

Explicación científica

¿Por qué la hoja de papel se mantiene pegada al vaso?

Este experimento con una hoja de papel que no se separa del borde de un vaso con agua puesto del revés, podemos verlo muchos libros de texto escolares tanto de primaria como cursos superiores de secundaria y bachillerato.

De manera general, este hecho podría explicarse así: se debe a que la presión que hay dentro del vaso es menor que la presión atmosférica. Por eso el papel se “mete” en el vaso. Al ser mayor la presión atmosférica, ésta empuja el agua hacia arriba. Si el vaso tuviese un agujero las presiones se igualarían y el agua caería por su propio peso.

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¿Cómo podemos explicar este hecho?

En primer lugar, podríamos decir que sería un error creer que el vaso contiene agua exclusivamente sin nada de aire en su interior, ya que la cartulina está “adherida” al líquido. Es necesario considerar que en este recipiente hay aire. Si entre estos dos tipos de superficies planas en contacto, no hubiese aire, nos resultaría imposible levantar cualquier objeto apoyado sobre una mesa. Para ello, tendríamos que vencer la presión atmosférica. Al cubrir la superficie de agua con un trozo de cartulina, siempre se deja una ligera capa de aire entre las dos.

Teniendo en cuenta lo que sucede en el experimento del vaso al invertirlo. La cartulina se deforma un poco bajo el peso del líquido. Por otro lado, debajo del fondo del recipiente se genera un espacio para el aire que se encontraba entre el agua y la cartulina. Este espacio es mayor que el que había al principio del experimento, por lo tanto la presión del aire disminuye. Acto seguido, la cartulina sufre la acción de la presión atmosférica (desde fuera) y parte de la presión atmosférica más el peso del agua (desde dentro del vaso). Estas dos magnitudes: externa e interna están equilibradas. Por tanto, solo queda aplicar un esfuerzo mínimo, pero a su vez algo superior a la fuerza de adhesión para separar la cartulina de los bordes del vaso.

Materiales:

Un vaso de cristal/ botella de plástico (preferiblemente duro).

Agua.

Cartulina.

Procedimiento:

El experimento consiste en que nosotros

1. Coloca todos los materiales de manera que puedas acceder a ellos fácilmente.

2. Llenamos un vaso de agua hasta arriba (justo sin rebosar).

3. Luego colocamos el trozo de cartulina con cuidado sobre el vaso (fijándola a los bordes).

4. Presionaremos suavemente sobre el centro, para sacar el aire que hubiera.

5. Con la mano puesta sobre la cartulina le damos con cuidado la vuelta al vaso hasta que esté vertical.

6. Con cuidado quitamos la mano del cartulina y, ¡el agua no se vierte y el folio no se rompe!

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Cuestionario de alumnosAntes de iniciar el experimento responde las siguientes preguntas:

1. ¿Qué crees que es la presión hidrostática?Es la fuerza que ejerce el agua estando en reposo por el hecho de tener masa (de pesar) y por la acción de la gravedad.

2. ¿Qué crees que es la presión atmosférica?Es la fuerza que ejerce el aire de la atmósfera sobre el resto de objetos.

3. ¿Cuál es mayor la presión hidrostática o la presión atmosférica?La presión hidrostática es menor que la atmosférica, porque si no, por ejemplo, las botellas de agua o los globos de agua se comprimirían.

Después del experimento responde las siguientes cuestiones:

1. ¿Qué observaste en el experimento?Que ni el papel ni el agua se caen. Esto se debe a que la presión que hay dentro del vaso es menor que la presión atmosférica. Por eso el papel se “mete” en el vaso.

2. ¿Por qué sucede esto?En la pregunta 1 está la respuesta, pero más exactamente es porque al ser mayor la presión atmosférica, ésta empuja el agua hacia arriba. Si el vaso tuviese un agujero las presiones se igualarían y el agua caería por su propio peso.

3. ¿Qué función realiza la cartulina?La cartulina impide la entrada de aire al interior del vaso, haciendo que la presión del vaso sea menor que la atmosférica. Es una especie de “tapón”.

4. ¿Crees que pasaría lo mismo sustituyendo la cartulina por plástico o un folio?Sí, el material puede ser cualquiera siempre que no se filtre agua ni permita la entrada de aire al vaso.

Realiza el experimento sustituyendo la cartulina por los materiales citados en la pregunta anterior y responde según lo que observas:

1. ¿Qué ha ocurrido cuando has utilizado plástico para tapar el agujero del vaso/botella?Lo más probable es que si se trata de un plástico rígido el agua se vierta, ya que el vaso no tiene un borde perfecto, y el plástico, al no hacerse a la forma de dicho borde permitiría la entrada de aire.Si el plástico fuera más dúctil entonces si se podría usar. Por ejemplo el plástico del que están hechos los globos.

2. ¿Y cuando has usado papel? Con el papel el experimento funciona, pero en el momento que se empapa mucho y estar en contacto el agua con el aire si rompe el sistema.

Conclusión:Explica brevemente cómo actúa la presión atmosférica sobre la presión hidrostática. Gracias a este experimento hemos podido observar que la presión atmosférica es mayor que la hidrostática, y hace que los recipientes no se compriman. Si vaciamos un poco el vaso en este experimento lo que tenemos en el hueco formado sería el vacío, la presión es igual a cero.

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