Cómo hacer un tornado con dos botellas: presión del aire

Con este experimento no solo nos vamos a divertir creando un espectacular tornado de agua, sino que aprovecharemos la ocasión para observar y comprender cómo se vacía una botella. ¡Seguro que tiene algo que ver con la presión atmosférica!

Materiales:

• Dos botellas de plástico grandes. Funcionará mejor si son rígidas como las que se usan en las bebidas con gas.
• Cinta adhesiva ancha y tijeras.
• Barrena u otra herramienta para agujerear los tapones de las botellas.
• Agua.
• Un lugar en el exterior para no inundar la casa si algo no sale según lo previsto.

Procedimiento:

• Haz un agujero en el centro de cada tapón. El tamaño de los agujeros estará comprendido entre 0,5cm y 1cm de diámetro aproximadamente.

• Pon agua en una de las botellas hasta que esté casi llena.
• Enrosca bien los tapones.
• Coloca la botella vacía boca abajo sobre la que tiene agua.
• Une las bocas de las botellas con varias vueltas de cinta adhesiva.

• Invierte el montaje de forma que el agua quede en la parte superior. Observa. El agua irá cayendo lentamente hacia la botella de abajo. En el proceso se formarán unas burbujas impresionantes.

• Ahora vas a crear el tornado. Agarra la botella vacía (abajo) con una mano y con la otra la botella con agua (arriba). Mueve en círculos la botella superior hasta que con la rotación se cree un tornado. Observa bien. El agua caerá muy rapidamente pero tendrás tiempo de disfrutar del espectáculo.
• Es normal que durante su funcionamiento se produzcan algunos escapes de agua. La cinta adhesiva no es suficiente para evitar que ocurran.

¿Qué ocurre?

Comencemos por recordar la ley de Boyle-Mariotte de los gases, la necesitamos para intertar explicar lo sucedido en el experimento. Esta ley dice que, a temperatura constante y para un gas confinado en un recipiente, el producto de la presión por el volumen se mantiene invariable. Lo que significa que si aumentase el volumen la presión descendería proporcionalmente al aumento de volumen, y si el volumen decreciese se produciría un aumento proporcional de la presión.  Se puede expresar así:

P₁•V₁= P₂•V₂

En estos experimentos puedes ver la ley de Boyle-Mariotte en acción:

Infla un globo dentro de una botella.

El vaso de agua boca abajo.

Por último, nos queda analizar una cosa más:

¿Cómo se vacía una botella? Para obtener respuestas, te propongo que realices el siguiente experimento: vacía una botella (transparente) de agua de forma vertical (que salga el chorro directamente hacia abajo), oirás un sonido glup glup y verás burbujas en el agua; a continuación haz lo mismo pero situando la botella de la misma forma que la colocarías para llenar un vaso. Esta vez no oirás glup glups ni verás burbujitas. ¿Por qué? Está claro que si hay burbujas en el agua es porque ha entrado aire. Aquí tiene que estar la clave. ¡Ya lo tenemos! Para que el agua salga de la botella debe entrar aire en su lugar. En el primer caso el aire pasa a través del agua (de ahí los glup glups y las burbujas) y en el segundo caso el aire entra por el hueco que hay en la boca de la botella.

En nuestros experimentos hemos hecho caer agua de una botella a otra de dos maneras diferentes:

Sin tornado. En cuanto ponemos la botella con agua boca abajo, algo de agua cae a la botella situada en la parte superior. Después, el flujo de agua se detiene, entra aire (vemos las burbujas), vuelven a caer unas gotas, se detiene de nuevo, aparecen más burbujas, y así sucesivamente. ¿A qué es debido? No olvidemos que sobre el líquido tenemos aire. Como ha salido un poco de agua hay más espacio para el aire, así que, se expande ocupando mayor volumen. Según la ley de Boyle el aumento de volumen viene acompañado de un descenso proporcional de la presión. Como el aire ejerce menor presión sobre el agua, el flujo se detiene. A su vez, el aire de botella situada en la parte inferior (a mayor presión) pasa a la botella superior con el objetivo de igualar presiones. Gracias a la llegada del aire de abajo, sube la presión arriba y el agua vuelve a fluir dando lugar a un nuevo descenso de la presión. Volvemos a empezar. El resultado es que la botella se vacía muy despacio.

Con tornado. Al rotar fuertemente la botella, el agua se desplaza hacia los bordes. Al cabo de varias vueltas aparece un vórtice o remolino de agua girando en espiral. Como habrás observado, en el centro del remolino no hay agua, sino un canal por el que  aire puede pasar libremente desde la botella de abajo permitiendo que las presiones inferior y superior se igualen. Ahora el agua y el aire pueden pasar a la vez por los agujeros de los tapones, y como consecuencia, la botella se vacía muy rápidamente.

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.