El agua contenida en un vaso boca abajo que no cae

ObjetivoMostrar un resultado de presin atmosfrica y observar que la presin acta en todas lasdirecciones.

IntroduccinEl agua contenida en un vaso boca abajo que no cae al colocarle un papel es un experimento muy conocido y aparece descrito en numerosos libros. Este fenmeno es explicado de la siguiente forma: la hoja de papel experimenta una fuerza desde abajo debida a la presin atmosfrica muy superior a la que experimenta desde arriba donde slo la empuja el agua contenida en el vaso cuya fuerza es mucho menor.MaterialesProductos

Vasos. Cartulina o acetato. Agua.

Explicacin cientficaPor qu la hoja de papel no se desprende del vaso?Es harto conocido el experimento con una hoja de papel que no se separa de los bordes de un vaso con agua puesto boca abajo. Su descripcin aparece en muchos libros de texto escolares y de divulgacin cientfica. Por lo general, este fenmeno se explica de la siguiente manera: la hoja de papel experimenta una presin de una atmsfera por abajo, en tanto que desde arriba slo la empuja el agua cuya fuerza es mucho menor (tantas veces menor como la columna de agua de 10 m de altura, correspondiente a la presin atmosfrica, es mayor que el vaso); el exceso de presin aprieta el papel a los bordes del recipiente.

Si esta explicacin es correcta, la hoja de papel estar apretada a los bordes de la vasija con una fuerza de casi una atmsfera (0,99 atm). El dimetro de la boca del vaso es de 7 cm, por consiguiente, la hoja de papel estar sujeta a una fuerza de casi 50 N. No obstante, consta que para desprender la hoja de papel en este caso no se necesita tanta fuerza, sino que basta aplicar un esfuerzo insignificante. Una lmina metlica o de vidrio, que pese unas decenas de gramos, tambin aplicada a la boca de un vaso invertido, se desprende bajo la accin de la fuerza de la gravedad. Es evidente que esta explicacin corriente del experimento no sirve.Cmo podemos explicar este fenmeno?Sera errneo creer que el vaso slo contiene agua y no contiene aire, pues la hoja de papel est muy pegada al lquido. Por supuesto, en este recipiente hay aire. Si entre dos superficies planas que estn en contacto, no hubiera una capa de aire, sera imposible levantar ningn objeto colocado sobre la mesa, apoyado sobre ella con su base plana: habra que vencer la presin atmosfrica. Al cubrir la superficie de agua con una hoja de papel, siempre dejamos una delgada capa de aire entre ellas.Vamos a examinar lo que ocurre en el vaso al invertirlo. La hoja de papel se comba un poco bajo el peso del lquido, y si en vez de papel se utiliza una lmina, sta se apartar un poco de los bordes de la pieza.Sea lo que fuere, debajo del fondo del recipiente se desocupa un espacio para el aire que haba entre el agua y el papel (o la lmina); este espacio es mayor que el inicial, por lo cual el aire se rarifica y su presin disminuye.Ahora la hoja de papel sufre la accin de toda la presin atmosfrica (desde afuera) y parte de la presin atmosfrica ms el peso del agua (desde dentro). Ambas magnitudes, la interna y la externa, estn equilibradas. Por tanto, basta aplicar un esfuerzo muy pequeo, superior a la fuerza de adhesin (o sea, a la tensin superficial de la pelcula de lquido) para desprender el papel de los bordes del vaso.La deformacin de la hoja de papel bajo el peso del agua debe ser insignificante. Cuando el espacio de aire aumenta en 0,01 parte de su volumen, en la misma magnitud disminuir la presin del gas dentro del vaso. La centsima parte de la presin atmosfrica que falta, se compensa con el peso de los 10 cm de la columna de agua. Si inicialmente el espacio de aire entre el agua y la hoja de papel era de 0,1 mm, basta que su espesor aumente en 0,01 X 0,1, es decir, en 0,001 mm (en 1 micra) para explicar por qu la hoja de papel queda adherida a la boca del vaso invertido. Por eso no vale la pena tratar de advertir a simple vista el pandeo de la hoja.En los libros, donde se describe este experimento, se exige a veces que el vaso est lleno hasta los bordes, pues de otra manera ser imposible obtener el efecto deseado, ya que habr aire a ambos lados de la hoja, por lo cual la presin interna y externa del aire se equilibrar y la hoja se desprender bajo la accin del peso del agua. Despus de realizar este experimento nos damos cuenta de que sta es una advertencia gratuita: la hoja sigue adherida como si el vaso estuviera completamente lleno. Al apartarla un poco veremos burbujas que entran por la abertura. Este hecho comprueba que el aire contenido en el recipiente est enrarecido (en otro caso el aire ambiente no penetrara a travs del agua).Evidentemente, cuando el vaso se invierte, la capa de agua que se desplaza hacia abajo, desaloja parte del aire, en tanto que el gas que se queda, se rarifica ocupando un volumen mayor. El enrarecimiento del aire es ms notable que en el caso del vaso completamente lleno: lo comprueban fehacientemente las burbujas de aire que se cuelan en el vaso si la hoja se aparta un poco. Cuanto mayor es el enrarecimiento, tanto ms estar adherida la hoja al cristal.

Para terminar de describir este experimento, que no es tan sencillo como pareca a primera vista, advirtamos que la hoja de papel podr seguir pegada al vaso a pesar de que encima de ella no haya lquido: para ello hace falta que el cristal est mojado y la hoja no pese demasiado. En semejante caso seguir adherida debido a la fuerza de tensin superficial de la fina pelcula de agua.Si la circunferencia del borde del vaso mide 25 cm de longitud, la pelcula de agua tendr una fuerza de tensin superficial (el coeficiente de tensin superficial del agua es de 73 dyn/cm) igual aFuerza = 73 dyn/cm * 25 cm * 2 = 3650 dynEsta fuerza puede sostener un peso de unos 4 g.Por consiguiente, si la masa de la hoja de papel no supera los 4 g, sta seguir adherida a los bordes mojados del vaso.

Curiosidades y otras cosasAl invertir el vaso lleno de agua cerrado por una cartulina, el agua no se derrama. Se puede conseguir hacerlo sin que el vaso est lleno de agua si al invertirlo se permite que algo de agua escape. Al aumentar el volumen del aire dentro del vaso disminuye su presin.Bibliografa El agua contenida en un vaso boca abajo. TENSION SUPERFICIAL E INTERFACIAL. VASO CON AGUA INVERTIDO. El aire presiona en todas direcciones.