Densidad, temperatura y flotabilidad con agua caliente y fría

Si ya has hecho el experimento de la columna de densidades multicolor  habrás visto que el agua puede flotar en otros líquidos, pero, ¿puede el agua flotar en agua? Anímate a investigarlo, diviértete y descubre montón de cosas sobre flotabilidad y densidad.

Materiales:

  • Dos vasos iguales.
  • Agua caliente.
  • Agua fría con cubitos de hielo.
  • Una lámina de plástico (o cartón plastificado como el de un envase de leche o zumo) de tamaño suficiente como para cubrir la boca de los vasos.
  • Colorante alimentario y cucharas para mezclar.
  • Un lugar en el que no importe que se vierta agua, o un recipiente (barreño o bandeja) para contener posibles derrames.

Procedimiento para el experimento 1:

  • Prepara un vaso con agua muy fría (con cubitos de hielo) y pon un chorro de colorante. Mezcla con la cuchara. Nosotros usamos color azul para el agua fría y rojo para la caliente.
  • Saca los hielos y rellena con agua hasta que rebose. Si el vaso no está completamente lleno el experimento no funcionará.
  • Echa también colorante en el vaso de agua caliente (rojo en nuestro caso). Para prevenir accidentes asegúrate de que el agua no quema.
  • Tapa el vaso de agua caliente con la lámina de plástico.
  • Sujetando el vaso con una mano y la lámina con la palma de la otra mano, pon el vaso boca abajo.
  • Quita la mano que sujeta la lámina. Como por arte de magia, la lámina se mantendrá en su lugar y el agua quedará dentro del vaso invertido. Hace un tiempo pudimos comprobar que no tiene nada que ver con la magia sino con la presión del aire y la tensión superficial del agua. Aquí está en enlace: experimento del vaso de agua boca abajo.
  • Coloca, boca abajo, el vaso de agua caliente (y la lámina de plástico) sobre el vaso de agua fría de manera que queden bien alineados.
  • Retira la lámina de plástico deslizándola lentamente. ¿Qué ocurrirá?
  • Observa y saca conclusiones.
Vasos preparados

Recuerda que el vaso que va a estar debajo, el del agua fría, tiene que estar completamente lleno.

Un vaso sobre otro

Agua fría abajo y caliente arriba. Hay que hacerlo despacio y con mucho mimo. ¡Requiere concentración!

Algo de agua caliente se nos cayó en el proceso de dar la vuelta al vaso, por eso es importante practicar antes haciendo el experimento del vaso de agua boca abajo.  Después volvimos a perder un poco más al deslizar la lámina pero, por fortuna, nos quedó una cantidad suficiente para terminar el experimento.

Agua caliente flotando en agua fría

¡Conseguido! Los colores no se mezclan.

Aunque es inevitable que el agua fría y la caliente se mezclen un poco,  se observa que el agua caliente queda flotando en la fría: ¡el agua puede flotar en agua!

Procedimiento para el experimento 2:

  • Los pasos a seguir son similares a los del experimento 1, con la excepción de que ahora pondremos el vaso con agua caliente abajo y el que contiene agua fría arriba.
  • El vaso que va debajo, en este caso el de agua caliente, debe estar lleno a rebosar.
  • ¿Ocurre lo mismo que en el experimento anterior?
Vasos preparados

Esta vez elegimos azul para el agua fría y amarillo para la caliente.

Agua fría y caliente mezcladas

¡Los colores se han mezclado!

 

El agua fría se hunde rápidamente en la caliente y obtenemos el color verde.

¿Qué ocurre?

El que un objeto (o un líquido) flote o se hunda en un fluído depende de su densidad con respecto a la del fluído. El objeto flotará si su densidad es menor que la del fluído, así de simple.

¿Y qué es la densidad? Es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo y se expresa como la masa dividida entre el volumen. Para entenderlo mejor supongamos que tenemos dos globos que ocupan el mismo volumen. Si uno se llena de aire y otro de agua ¿cuál es más denso? ¡Exacto! El que está lleno de agua porque su masa es mayor que la del aire. En resumen, en un mismo volumen hemos conseguido meter más masa.

Haciendo estos experimentos te quedará mucho más claro qué es lo que hace que un objeto flote:

Flota o se hunde con frutas.

El huevo en agua con sal.

Lentejas bailarinas en gaseosa.

A continuación, vamos a analizar lo que ha pasado con nuestros vasos de agua:

Experimento 1. El que el agua caliente no se mezcle con el agua fría indica que el agua caliente flota en la fría. Para que esto suceda, el agua caliente debe ser menos densa que el agua fría.

Experimento 2. Los colores se han mezclado rápidamente. Eso quiere decir que el agua fría se ha hundido en el agua caliente. ¿El motivo? El agua fría tiene que ser más densa.

De acuerdo con los resultados, la densidad del agua varía con la temperatura. ¿Por qué? Para responder a esta pregunta supongamos que tenemos un vaso de agua fría. Sus moléculas tienen poca energía, se mueven poco, despacio y no llegan muy lejos. Se mantienen juntas. Ahora calentamos el agua. Sus moléculas poseen mayor energía, que les permite moverse mucho, deprisa y recorrer mayores distancias. Las moléculas ya no están tan pegadas unas a otras.

Así que, para una misma masa de agua, el agua fría ocupa menos volumen (sus moléculas están muy juntas) que el agua caliente (sus moléculas están más separadas). Recordando que la densidad se calcula dividiendo la masa entre el volumen, obtenemos que la densidad del agua caliente es menor que la del agua fría.

el agua caliente es menos densa que el agua fria

Está algo (muy) exagerado pero sirve para ilustrar que aunque la masa de agua es la misma en ambos vasos, su volumen es distinto debido a la temperatura.

Los padres tienen la responsabilidad de elegir las actividades que según su criterio son seguras para sus hijos.

Todas las actividades propuestas en Educaconbigbang deben estar siempre supervisadas por un adulto.


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