Dentro y fuera: demostración de la ley de Boyle

Un proyecto científico lleno de presión de Science Buddies

Conceptos claveFísicaGasPresiónVolumenLey de Boyle

Introducción Probablemente haya abierto un refresco antes y el líquido burbujee de la botella, creando un gran desastre. ¿Por qué sucede eso? Tiene que ver con el gas de dióxido de carbono que se agrega al líquido para hacerlo burbujeante. Al abrir la botella, se libera la presión acumulada en el interior, lo que hace que la mezcla de gas y líquido salga rápidamente de la botella. En esta actividad demostrarás, con la ayuda de globos llenos de aire y agua, cómo un gas cambia de volumen dependiendo de su presión.

Fondo La diferencia entre sólidos, líquidos y gases es cómo se comportan las partículas (moléculas o átomos). Las partículas en los sólidos suelen estar empaquetadas en un patrón regular. Aunque las partículas en un líquido también están muy juntas, pueden moverse libremente. Las partículas de gas, sin embargo, están muy dispersas y ocupan mucho espacio. Continúan extendiéndose a cualquier espacio que esté disponible. Esto significa que, a diferencia de los líquidos y los sólidos, el volumen de un gas no es fijo. Robert Boyle, un químico y físico del siglo XVII, descubrió que el volumen de un gas, es decir, cuánto espacio ocupa, está relacionado con su presión, y viceversa. Encontró que si se presuriza un gas, su volumen se contrae. Si disminuyes su presión, su volumen aumenta.

Puedes observar una aplicación en la vida real de la Ley de Boyle cuando llenas de aire los neumáticos de tu bicicleta. Cuando bombeas aire a una llanta, las moléculas de gas dentro de la llanta se comprimen y se agrupan más juntas. Esto aumenta la presión del gas y comienza a empujar contra las paredes del neumático. Puede sentir cómo el neumático se presuriza y se aprieta. Otro ejemplo es una botella de refresco. Para introducir gas de dióxido de carbono en el líquido, generalmente se presuriza con gas toda la botella. Siempre que la botella esté cerrada, es muy difícil apretarla, ya que el gas está confinado en un espacio pequeño y empuja contra las paredes de la botella. Sin embargo, cuando quita la tapa, el volumen disponible aumenta y parte del gas se escapa. Al mismo tiempo su presión disminuye.

Una demostración importante de la ley de Boyle es nuestra propia respiración. Inhalar y exhalar básicamente significa aumentar y disminuir el volumen de nuestra cavidad torácica. Esto crea una presión baja y alta en nuestros pulmones, lo que hace que el aire sea absorbido por nuestros pulmones y salga de nuestros pulmones. En esta actividad crearás tu propia demostración de la ley de Boyle.

Materiales

Preparación

Procedimiento

Observaciones y Resultados ¿Viste el aire dentro del globo lleno de aire contraerse y expandirse? Sin cerrar la punta de la jeringa con el dedo, puede empujar fácilmente el émbolo. El aire puede escapar a través de la abertura en la punta de la jeringa. Pero cuando cierras la jeringa con el dedo, el aire ya no puede escapar. Si presiona el émbolo, aumenta la presión del aire y, por lo tanto, el aire en el globo se contrae o disminuye su volumen. Deberías haber visto que el globo lleno de aire se encogía y se hacía más pequeño. Sucede lo contrario cuando cierra la abertura de la jeringa y tira del émbolo hacia atrás. Esta vez, disminuye la presión del aire dentro de la jeringa y su volumen aumenta. Como resultado, el globo lleno de aire se expande y crece en tamaño: ¡una demostración perfecta de la ley de Boyle!

Los resultados se ven diferentes con el globo lleno de agua. Aunque está comprimiendo el aire dentro de la jeringa cuando presiona el émbolo, el agua dentro del globo no se comprime. El globo permanece del mismo tamaño. El globo de agua también mantiene su forma al sacar el émbolo mientras se cierra la punta de la jeringa. A diferencia de los gases, los líquidos no son comprimibles ya que sus partículas ya están muy juntas. La ley de Boyle solo se aplica a los gases.

Si también llenó la jeringa con agua, aún debería haber visto que el globo lleno de aire se encogía mientras empujaba el émbolo dentro de la jeringa. El globo lleno de aire también debería haberse expandido al sacar el émbolo mientras la punta de la jeringa estaba cerrada. Sin embargo, es posible que haya notado que no pudo empujar y tirar del émbolo hacia adentro y hacia afuera tanto como podía con la jeringa llena de aire. Esto se debe nuevamente al hecho de que los líquidos no se pueden comprimir como los gases. Debería haberlo observado también al intentar empujar el émbolo o tirar de él hacia atrás en la jeringa llena de agua con el globo lleno de agua. ¡Probablemente era imposible mover el émbolo hacia adentro y hacia afuera!

Más para explorarLey de Boyle, de NASA El ABC de los gases: Avogadro, Boyle, Charles, de TED-EdInflando malvaviscos, de Scientific American ¿Cómo respiramos?, de Scientific American Actividades STEM para niños, de Science Buddies

Esta actividad presentada en asociación con Science Buddies

allison parshall

Emily Waltz y la revista Nature

Thomas Frank y E&E Noticias

Kiley Price y WordsSideKick.com

Tariq Malik y SPACE.com

Trenza Phil | Opinión