libro1 expgalileo

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  • 1. EXPERIMENTOS SIMPLES PARA ENTENDER UNA TIERRA COMPLICADA1 La presin atmosfrica y la cada de los cuerposTexto: Susana A. Alaniz-Alvarez, Angel F. Nieto-SamaniegoIlustracin: Luis D. MornDiseo: Elisa Lpez

2. Universidad NacionalAutnoma de MxicoJuan Ramn de la FuenteRectorEnrique del Val BlancoSecretario GeneralDaniel Barrera PrezSecretario AdministrativoRen Drucker ColnCoordinacin de la Investigacin CientficaLuca Ferrari PedraglioDirector del Centro de Geociencias Primera edicin, 2007 D.R. Centro de GeocienciasUniversidad Nacional Autnoma de MxicoBoulevard Juriquila No. 3001, Juriquilla, Quertaro76230, Mxico ISBN (Obra General) 978-970-32-4388-4 ISBN 978-970-32-4389-1 Impreso y hecho en Mxico 3. ndice Introduccin..........................i 1. La botella est vaca?.................1Ley de Charles y Gay-Lussac 2. El vaso que no tira el agua 3 Presin atmosfrica3. La vela que hace subir el agua..5Presin contra volumen4. Cmo atravesar un globo sin que se reviente. 7Ley de Boyle5. Cmo hundir un gotero vaco 9Principios de Pascal y Arqumedes6. Cul cae primero?........................ 11La Ley de Gravedad 7. Mndalos a volar.13 Resistencia del aire 8. Bajan!!! ........................................... 15 Experimenta como Galileo GalileiAnexo.............. 16 Agradecimientos.............................. 17Acerca de los autores...................................19 4. Introduccin El lugar que el homo sapiens ocupa en la historia de la Tierrapodra considerarse muy, pero muy pequeo, ya quenicamente ha estado presente en los ltimos 200,000 aos de ms de 4,500 millones de aos que tiene la Tierra. Adems, slo alcanza una altura de menos de 2 m sobre la capa superficial de un planeta de ms de 6,380 km deradio de capa slida-lquida y bajo una capa de casi 120 kmde atmsfera. No obstante, los humanos nos hemosempeado en conocer nuestro planeta a fondo, calculan- do o estimando el valor de sus atributos fsicos: masa, volumen, densidad, temperaturas, presiones, etc., loscuales estn muy fuera de los lmites que pueden percibir sus sentidos. Uno se pregunta por qu esta criaturainsignificante conoce tanto de la naturaleza de su planetay a qu se debe su insistencia en desentraar las leyes que lo gobiernan? Una respuesta entre otras puede ser: por lacuriosidad de ciertos personajes que se atrevieron avisualizar ms all de sus horizontes, uno de ellos sin dudafue Galileo Galilei. Galileo Galilei (1564-1642)Gran parte del avance de la fsica se debe a Galileo Galilei,considerado el padre de la ciencia experimental. Esteprofesor de Matemticas nacido en Pisa, Italia, fue el primer hijo de un msico virtuoso del lad. El principal inters de Galileo no se limit a preguntarse cmo funciona el i 5. movimiento en la Tierra, sino tambin el del sistema solar. Su fama se debe a la frase y sin embargo semueve, que supuestamente dijo ante un jurado de la Inquisicin. Independientemente de que la haya dichoo no, lo que s se sabe es que descubri el meollo delmovimiento de un pndulo en plena misa observando las oscilaciones de una lmpara en la catedral de Pisa y midiendo el tiempo con sus pulsaciones. En el s. XVIIno exista un sistema de medicin como el que ahoratenemos, pero se las arregl para cronometrar susexperimentos: primero con sus pulsaciones, despuscon el pndulo; tambin midi el tiempo con lacantidad de volumen de agua que caa en unaprobeta graduada y aprovech una meloda tocada por l en el lad para marcar en la partitura hasta dnde haba llegado. Se las ingeni para escudriar el cielo y dise un telescopio de 8 aumentos, con l descubri: loscrteres de la Luna, las manchas solares, el anillo de Saturno y las lunas de Jpiter. Adems se dio cuenta deque Coprnico tena razn y que la Tierra giraalrededor del Sol, pero a diferencia de aqul, Galileo lo public. Esto ltimo le ocasion muchos problemas con la Iglesia catlica y con esto un gran pesar dentrode su grandiosa y exitosa vida. La genialidad de Galileo consisti, entre otras cosas, en medir el espacio y el tiempo, con esto consigui establecer las frmulas matemticas para describir elmovimiento, desde la cada de los objetos de la Torrede Pisa hasta el desplazamiento de Jpiter. ii 6. Experimenta con... la presencia del aire La botella est vaca? Te has fijado queel aire est aunque no lo veamos, y que lo respiras por la nariz y por la boca?Materiales: Agua caliente 1 botella de plstico Agua fra 1 globo (con hielitos) 2 recipientesProcedimiento:Tapa el cuello de la botella con el globo.Llena uno de los recipientes con agua caliente y el otro con agua fra. a v r!!Pon la botella dentro del recipiente con agua caliente y despus Oesbpsalo al que contiene agua fra. Qu pas? En uno de los dos casos se infla el globo, en el otro se desinfla. Variaciones: *Mete la botella tapada con el globo al congelador. *Hazlo con una botella de refresco. El experimento puede fallar si hay fuga de aire entre el globo y la botella, y tambin si la diferencia de temperatura no es suficiente para cambiar notablemente el volumen del aire dentro de la botella. 1 7. Explcalo: El aire es un gas, y como todos ellos, se expande con el aumento de la temperatura y ocupa ms espacio. Por el contrario, con el fro se comprime y ocupa menos espacio. Nota que es la misma cantidad de aire. Aplcalo a tu vida:Los globos aerostticos vuelan porque el airecaliente se expande hasta que pesa menos que elaire que lo rodea.Los buzos respiran bajo el agua gracias al airecomprimido que est en un tanque, es decir muchoaire en poco espacio.Quieres saber ms? Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la presin. A ms temperatura y menos presin, ocupan mayor volumen. Obsrvalo en la naturaleza La atmsfera Ley de Charles y Gay-Lussac:La atmsfera es la envoltura gaseosa queEl volumen de un gas esrodea el planeta y est compuestadirectamente proporcional a suprincipalmente por una mezcla de gases temperatura si la presin seque denominamos aire.mantiene constanteLa temperatura del aire disminuye con laaltura a una razn de 6.5C por cada-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 C 120 km1000 m; si consideramos que la 110 100 Ionsferatemperatura promedio a nivel del mar es 9080de 20C, alcanzaremos la temperatura de 70 Messfera60congelacin del agua cerca de los 300050Capa de40 ozono metros sobre el nivel del mar. 3020Estratsfera La atmsfera est compuesta por10 Trop aproximadamente 78% de nitrgeno, 21% sf era de oxgeno y 1% de otros gases. A estos constituyentes hay que aadir el vapor de agua, que puede variar entre el 0% y el 5% del total. A medida que aumenta elcontenido de vapor de agua, el de los dems gases disminuye proporcionalmente. Ley de dilatacin de los gases de Gay-Lussac: "La dilatacin de los gases es funcin de la temperatura e independiente de la naturaleza de los mismos".2 8. Experimenta con... La capacidad de carga del aire El vaso que no tira el aguaTe has fijado que tu vaso con leche se vaca cuando lo volteas?Qu estamos en el fondo de un mar de aire?Materiales: 1 vaso con agua 1 pedazo de papel Procedimiento:Tapa el vaso con agua con un pedazo de papel ms grande que su boca,procura que se moje el papel que est en contacto con el vaso.b!! r esa vPon una mano sobre el papel y voltalo boca abajo,retira la mano que sostiene el papel pero siguesosteniendo el vaso. ODe preferencia hazlo en el patio por si no funciona el experimento.Qu pas?Que el agua no se cae aunque elvaso est boca abajo, aunque estlleno, aunque est medio vaco.Variaciones:Introduce un popote en un vaso con aguay tapa con tu dedo la parte superior. Sacael popote del agua y vers que el agua no Puede fallar si entrase cae hasta que separas el dedo de la aire al vaso.parte superior del popote.3 9. Presin atmosfricaExplcalo:El aire que est cerca de la superficie de la Tierra tieneencima una capa de varios kilmetros de altura a la que conocemos como atmsfera. Mientras ms cerca del nivel del mar vivas, ms alta es esa capa.Esa capa de aire empuja hacia todas direcciones, tambin hacia arriba, venciendo al peso del agua, es por esto que el aire atrapado en el vasono puede caer. Aplcalo a tu vida: Cuando el beb toma del bibern, ste debe de tener una entrada de airepara que pueda salir la leche cuando succiona el beb. A las latas que contienen lquidos se les debe de hacer dos orificios paraque la entrada de aire por uno permita la salida del lquido por el otro. Quieres saber ms? Presin atmosfricaPresin Altura PresinLa atmsfera est compuesta por varias (m)(atmsferas) (milibares)capas. El aire, al igual que todos los0Nivel del mar 1 1013materiales, tiene un peso, poco pero1000 898.6pesa. El peso de la columna de aire que 2000 Cd. de .78 794.8 Mxicoest sobre nosotros ejerce una presinLa Paz, .70en todas direcciones. La capa de la 3000 Bolivia 700.9atmsfera ms cercana a la superficie de 4000 .61616.2la Tierra se llama tropsfera, alcanza 9Cima del.535000540km en los polos y los 18 km en elPopocatpetlecuador. Se ha calculado que el peso del Altura delaire es de 1 gr por cada litro (1 litro esvuelo de los 10000.26264.1avionesigual a 1 decmetro cbico), lo puedes trasatlnticoscomparar con el peso del agua que es 15000.12120.3de 1 kilo por cada litro, con el de unaroca promedio que pesa 2.3 kilos y con el del cuerpo humano cuyo pesopromedio es de 0.95 kilos por ese mismo volumen (muy cercano al del agua).El peso de la columna de aire producir una presin mucho mayor a nivel del mar que arriba de las montaas. 4 10. Experimenta con... cambios de volumen del aire La vela que hace subir el aguaTe has fijado? El agua en un recipiente (en un vaso inclinado, en un lago)siempre est horizontal.La combustin se da en presencia de aire, ms especficamente de oxgeno.Materiales:1 vela3 monedas 1 vaso transparente 1 plato hondo con aguaProcedimiento:Pega la vela con su misma cera en el centro del plato.Al plato ponle agua, ms o menos tres centmetros dealto, y acomoda las monedas sobre las que apoyarsel vaso. a v r!!Prende la vela y pon el vaso boca abajo, sobre las Oesbmonedas, cubrindola, cuidand