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Ludión o diablillo de descartes
Pequeño aparato-juguete-experimento de física cuya finalidad, entre otras, es demostrar la compresibilidad del aire (y la incompresibilidad del agua).
Su funcionamiento es sencillo: en un recipiente casi lleno de agua cerrado con una membrana, flota un recipiente más pequeño, abierto por uno de sus lados, lleno de aire, que es el ludión; al presionar la membrana, aumenta la presión dentro del recipiente mayor y el agua transmite la presión al aire dentro del ludión, que por lo tanto se llena de agua y se hunde; cuando la presión vuelve a la normalidad, el aire dentro del ludión se descomprime y expulsa el agua, por lo que vuelve a flotar.
Para realizar nuestro experimento necesitamos agua, un tubito pequeño de cristal (por ejemplo un frasco de muestra de perfume) y una probeta o un vaso de tubo.
En primer lugar llenamos de agua la probeta y luego echamos algo de agua en el tubito de cristal. Colocamos el tubito boca a bajo en la probeta procurando que quede flotando casi enteramente hundido. Si luego aplicamos la palma de la mano a la boca de la probeta y ejercemos presión el tubito se hundirá y al retirar la mano el tubito regresará a la superficie.
Explicación
Al colocar la palma de la mano sobre la boca de la probeta incrementamos la presión que, por el Principio de Pascal, se transmite por el agua a todos los puntos del fluido. El agua es incompresible pero el aire atrapado en el tubito si se puede comprimir. Por lo tanto, con el incremento de presión disminuye el volumen del aire atrapado en el tubito, entra más agua y aumenta el peso. Finalmente el tubito se hunde.
Si retiramos la palma de la mano disminuye la presión y el aire atrapado en el interior del tubito recupera su volumen original desalojando algo de agua del tubito. Ahora disminuye el peso y el tubito
Para realizar nuestro experimento necesitamos una botella de plástico con agua, un guante de látex, unas tijeras un clip y una tuerca.
Recortamos uno de los dedos de nuestro guante y luego le colocamos un peso (por ejemplo una tuerca con un clip) en la parte inferior. Luego metemos el dedo con el peso en la botella de plástico con agua. Para que el experimento funcione correctamente es necesario que quede algo de aire atrapado en el dedo y que flote en el agua pero prácticamente sumergido. Finalmente se tapa la botella con el tapón.
Cuando apretamos la botella se observa que el dedo se hunde hasta llegar al fondo. Si dejamos de apretar la botella el dedo asciende a la superficie.
Explicación
Antes de presionar la botella, el dedo con el peso flota debido a que su peso queda contrarrestado por la fuerza de empuje ejercida por el agua. Al apretar la botella se comprime el aire atrapado en la parte superior de la botella y en el interior del dedo. Entra agua en el interior del dedo, por lo que se produce un aumento del peso y el dedo se hunde. Al dejar de apretar la botella el agua sale del dedo que pierde peso y asciende a la superficie.
Para variar su peso y modificar la flotabilidad, los submarinos están equipados con tanques de lastre que pueden llenarse con agua tomada del exterior o aire a presión. Para sumergirse los submarinos abren los tanques de lastre que se llenan completamente de agua. Para emerger se llenan los tanques con aire a presión que desplaza el agua.
Para realizar nuestro minisubmarino necesitamos una cañita de refrescoy un par de clips. Es mejor utilizar una cañita articulada (de las que se doblan por la parte de arriba).
Doblamos una cañita en forma de U y la sujetamos con un par de clips. Para que el submarino funcione correctamente es necesario que quede flotando en la superficie del agua pero prácticamente sumergido. Cuando esté listo el minisubmarino se mete en una botella de plástico transparente con agua. Por último colocamos el tapón.
Cuando apretamos la botella el minisubmarino se hunde hasta llegar al fondo. Si dejamos de apretar la botella asciende a la superficie.
Explicación
Los principios de Pascal y de Arquímedes nos permiten explicar el experimento:
Principio de Pascal: un aumento de presión en un punto cualquiera de un fluido encerrado se transmite a todos los puntos del mismo.
Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical ascendente que es igual al peso del fluido desalojado.
Antes de presionar la botella, el minisubmarino flota debido a que su peso queda contrarrestado por la fuerza de empuje ejercida por el agua. Al apretar la botella la presión se transmite a la parte inferior de la cañita y entra agua en el interior, por lo que se produce un aumento del peso y el minisubmarino se hunde. Al dejar de apretar la botella disminuye la presión, el agua sale de la cañita que pierde peso y asciende a la superficie.
Para variar su peso y modificar la flotabilidad, los submarinos están equipados con tanques de lastre que pueden llenarse con agua tomada del exterior o aire a presión. Para sumergirse los submarinos abren los tanques de lastre que se llenan completamente de agua. Para emerger se llenan los tanques con aire a presión que desplaza el agua.
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