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La tensión superficial es la capacidad que tiene un líquido para resistir la fuerza de gravedad. Por ejemplo, sobre una mesa, el agua forma gotitas debido a que las moléculas de agua en la superficie se agrupan contra la fuerza de gravedad. [1] X Fuente confiable Science Buddies Ir a la fuente La tensión superficial es lo que ocasiona que un objeto de mayor densidad, como un insecto, pueda flotar sobre la superficie del agua. Para medir la tensión superficial, se obtiene la cantidad de fuerza (N) que se ejerce sobre una unidad, como la longitud (m), o también se puede obtener la cantidad de energía de una área medida. [2] X Fuente confiable Science Buddies Ir a la fuente La tensión es ocasionada por las fuerzas que ejercen las moléculas de agua unas sobre otras (también llamadas fuerzas cohesivas), las cuales ocasionan que las gotas de agua o de cualquier otro líquido tengan esa forma particular. Puedes usar algunos artículos domésticos y una calculadora para medir la tensión superficial.
Pasos
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Establece la ecuación para obtener la tensión superficial. Para este experimento, la siguiente ecuación determinará la tensión superficial: F = 2sd , en donde F es la fuerza en newtons (N), s es la tensión superficial (N/m) y d es la longitud de la aguja que se usará en el experimento. Puedes reorganizar la ecuación en función de la tensión superficial y obtendrás s = F/2d .
- La fuerza se calcula al final del experimento.
- Antes de empezar, utiliza una regla para medir la aguja en metros.
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Construye una pequeña barra de equilibrio. [3] X Fuente confiable Science Buddies Ir a la fuente Para medir la tensión superficial en este experimento, se utilizará una barra de equilibrio y una aguja pequeña que quede flotando sobre la superficie del agua. Para que los resultados que obtengas sean precisos, debes construir bien la barra de equilibrio, para lo cual puedes usar diversos materiales. Sin embargo, debes asegurarte de que la barra central esté hecha de un material resistente como la madera, el plástico o el cartón denso.
- Marca el centro del material que utilizarás para construir la barra (una pajita, una regla de plástico) y perfora o taladra allí un agujero. Esto constituirá el punto de apoyo; es decir, el punto mediante el cual la barra de equilibrio podrá girar con libertad. En caso de que vayas a usar una pajita, puedes perforarla en el centro con un alfiler o un clavo.
- En cada extremo de la barra de equilibrio, perfora o taladra un agujero de forma que estén a la misma distancia del centro. Introduce un cordel a través de cada agujero para sujetar los recipientes que colgarás de allí.
- El alfiler o el clavo con el que hayas perforado el punto de apoyo debe quedar apoyado horizontalmente sobre libros o trozos de algún material rígido que no vaya a desmoronarse, ya que el centro de la barra de equilibrio debe poder girar con libertad sobre el alfiler o el clavo en la parte central.
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Crea una caja o un plato doblando un trozo de papel de aluminio. No tienes que crear una forma cuadrada ni redonda exacta pero sí debes asegurarte de que sea lo suficientemente resistente, ya que llenarás este recipiente con agua o colocarás allí otro peso.
- Cuelga la caja o el plato que hayas creado de un extremo de la barra de equilibrio. Para sostenerlo, hazle agujeros pequeños a los lados a través de los cuales puedas introducir el cordel.
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Usa el cordel para colgar una aguja o un sujetapapeles horizontalmente en el otro extremo de la barra. En el otro lado, ata un extremo del cordel a un sujetapapeles o una aguja de forma que queden completamente extendidos, ya que este experimento solo funcionará si el sujetapapeles o la aguja se encuentran en posición horizontal.
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Equilibra el recipiente de aluminio colocando un trozo de un material como la arcilla sobre la barra. Debes asegurarte de que la barra esté completamente pareja antes de iniciar el experimento. Debido a que el recipiente pesará más que la aguja, la barra se inclinará hacia ese lado, por lo que debes colocar una cantidad suficiente de arcilla del otro lado de la barra para equilibrarla.
- A esto se le conoce como hacer contrapeso.
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Introduce la aguja o el sujetapapeles que hayas colgado de la barra en un recipiente lleno de agua. La aguja debe quedar en la parte superior de la superficie del agua, por lo que quizás este paso requiera un esfuerzo adicional. Asegúrate de que la aguja no quede sumergida en el agua. Llena un recipiente con agua (o con cualquier otro líquido cuya tensión superficial quieras averiguar) y colócalo debajo de la aguja. El recipiente debe quedar a una distancia suficiente de la aguja como para que esta pueda quedar apoyada directamente sobre la superficie del líquido.
- Después de colocar la aguja sobre la superficie del agua, la cuerda de la cual la aguja esté colgando debe quedar tensa.
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Usa una balanza postal pequeña para pesar varios alfileres o varias gotas de agua medidas. Debes colocar los alfileres o las gotas de agua uno por uno en el recipiente de aluminio que hayas construido. Para hacer este cálculo, debes conocer el peso exacto necesario para poder levantar la aguja y separarla del agua.
- Cuenta una cantidad determinada de alfileres o gotas de agua y pésalos.
- Para saber cuánto pesa cada alfiler o gota de agua individual, divide el peso total entre la cantidad de alfileres o gotas.
- Por ejemplo, si 30 alfileres pesan 15 g: 15/30 = 0,5. Por tanto, cada alfiler pesa 0,5 g.
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Coloca los alfileres o las gotas de agua uno por uno en el recipiente de aluminio. Hazlo hasta que la aguja se separe de la superficie del agua. Coloca lentamente un alfiler o una gota de agua en el recipiente de aluminio. Hazlo un alfiler o gota de agua a la vez. Presta mucha atención a la aguja cada vez que añadas más peso para ver si se separa del agua. Cuando la aguja deje de estar en contacto con la superficie del agua, deja de añadir más alfileres o gotas de agua.
- Cuenta cuántos alfileres o gotas de agua fueron necesarios para que el contrapeso se separara de la superficie del agua.
- Registra esta cantidad.
- Haz el mismo experimento varias veces (5 o 6) para obtener resultados más precisos.
- Obtén un promedio de los resultados. Para ello, suma la cantidad de alfileres que fueron necesarios en cada experimento y divídela entre la cantidad de experimentos que hayas realizado.
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Multiplica el peso en gramos por 0,00981 N/g para convertir la cantidad de alfileres en una fuerza. Para poder calcular la tensión superficial, necesitas la cantidad total de fuerza necesaria para que la aguja se separara de la superficie del líquido. Puedes usar el factor de conversión 0,00981 N/g para realizar este cálculo fácilmente debido a que obtuviste el peso de los alfileres en el paso anterior. [4] X Fuente confiable Science Buddies Ir a la fuente
- Multiplica la cantidad de alfileres que colocaste en el recipiente de aluminio por el peso de cada alfiler. Por ejemplo: 5 alfileres que pesan 0,5 g por alfiler = 5 x 0,5 = 2,5 g.
- Multiplica esta cantidad en gramos por el factor de conversión 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
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Reemplaza las variables en la ecuación y resuélvela. Puedes encontrar la fuerza en la ecuación mediante las medidas que hayas obtenido en el experimento. Para ello, reemplaza cada valor por la variable correspondiente y emplea el orden de operaciones para resolver la ecuación.
- Siguiendo el ejemplo anterior, si la aguja medía 0,025 m, obtendrías lo siguiente al reemplazar las variables en la ecuación: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. El líquido tiene una tensión superficial de 0,05 N/m.
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Comprende qué es la acción capilar. Para poder comprenderla, primero es necesario comprender el concepto de la adhesión y las fuerzas cohesivas. La adhesión es una fuerza mediante la cual un líquido se pega a una superficie sólida (por ejemplo, el borde de un vaso). Las fuerzas cohesivas hacen que las moléculas de los líquidos se sientan atraídas unas a otras. [5] X Fuente de investigación Lo que hace que un líquido suba por el centro de un tubo delgado es la combinación de la adhesión y las fuerzas cohesivas.
- Puedes usar la altura hasta la cual llegue el líquido en el tubo para calcular su tensión superficial.
- La cohesión es lo que ocasiona que el agua forme burbujas o gotitas sobre una superficie. Cuando un líquido entra en contacto con el aire, las moléculas sienten unas fuerzas que las atraen unas a otras, formando burbujas sobre la superficie.
- La adhesión es lo que crea el menisco que se puede ver cuando los líquidos se pegan a los lados de un vaso. El menisco es la forma cóncava que se puede ver al nivel de los ojos en la parte superior del líquido. [6] X Fuente de investigación
- Un ejemplo de la acción capilar es cuando colocas una pajita en un vaso de agua y observas al agua subir por ella.
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Establece la ecuación para encontrar la tensión superficial. Esta puede encontrarse mediante la ecuación S = (ρhga/2) , donde S es la tensión superficial, ρ es la densidad del líquido que quieras medir, h es la altura hasta la cual el líquido llegue en el tubo, g es la aceleración debido a la gravedad que actúa sobre el líquido (9,8 m/s 2 ) y a es el radio del tubo capilar. [7] X Fuente de investigación
- Asegúrate de que todas las unidades que uses al resolver esta ecuación estén en la forma métrica correcta. Es decir, la densidad debe estar en kg/m 3 , la altura y el radio deben estar en metros y la gravedad debe estar en m/s 2 .
- Si no tienes la densidad del líquido, puedes consultarla en un libro de referencia o emplear la ecuación densidad = masa/volumen para calcularla .
- La tensión superficial se mide en newtons por metro (N/m). Un newton equivale a 1 kg m/s 2 . [8] X Fuente de investigación Puedes determinar las unidades tú mismo resolviendo la ecuación utilizando únicamente las unidades: S = kg/m 3 * m * m/s 2 * m. Esto hace que dos de las unidades en metros cancelen a dos de las unidades "por metro", con lo cual te queda 1 kg-m/s 2 /m o 1 N/m.
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Llena un recipiente con un líquido cuya tensión superficial quieras calcular. Llena el recipiente hasta una altura de aproximadamente 2,5 cm (1 pulgada) usando un plato poco profundo o un tazón. No importa cuánto líquido añadas con tal que puedas verlo subir claramente por el tubo capilar.
- Si vas a hacer el experimento con más de un líquido, asegúrate de limpiar y secar bien el plato que uses para verter el líquido antes de verter un líquido diferente. También puedes verter cada líquido con un plato diferente.
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Introduce un tubo transparente y delgado en el líquido. Aquí es en donde tomarás las medidas para calcular la tensión superficial. Es importante que el tubo sea transparente para permitirte observar hasta dónde llega el líquido por encima del nivel del recipiente. El tubo también debe tener el mismo radio en toda su longitud.
- Puedes medir el radio simplemente colocando una regla a través de la parte superior del tubo para medir el diámetro. Luego, divide este número entre 2 para obtener el radio.
- Puedes comprar estos tubos en Internet o en un ferretería.
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Mide hasta qué altura llega el líquido en el tubo por encima del recipiente. Coloca la parte inferior de una regla justo en el nivel del líquido en el recipiente para medir hasta qué altura llegó el líquido en el tubo. El agua sube a causa de la fuerza ejercida hacia arriba por la tensión superficial, la cual es mayor que la fuerza ejercida hacia abajo por la gravedad. [9] X Fuente de investigación
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Reemplaza en la ecuación los valores que hayas obtenido y resuélvela. Después de obtener todas las variables que necesites, puedes reemplazarlas en la fórmula y obtener la tensión superficial. Para poder resolver el problema de la forma correcta, asegúrate de haber convertido todos los valores al sistema métrico.
- Por ejemplo, imagina que quieres medir la tensión superficial del agua. Su densidad es de aproximadamente 1 kg/m 3 (para este ejemplo, se usarán valores aproximados). [10] X Fuente de investigación La variable g siempre será igual a 9,8 m/s 2 . El radio del tubo mide 0,029 m y el agua sube hasta una distancia de 0,5 m. ¿Cuál es la tensión superficial del agua?
- Si reemplazas las variables en la ecuación, obtendrás: S = (ρhga/2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5)/2 = 0,1421/2 = 0,071 J/m 2 .
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Reúne tus materiales. Para hacer este experimento, necesitas un gotero para los ojos, una moneda seca de un centavo o su equivalente, agua, un tazón pequeño, detergente lavavajillas, aceite y una toalla. Puedes encontrar la mayoría de estos en casa o comprarlos en el supermercado. El detergente lavavajillas y el aceite no son necesarios pero te permitirán tener más de un líquido cuyas tensiones superficiales puedas comparar.
- Antes de empezar, la moneda debe estar completamente limpia y seca, ya que, si tiene algún otro líquido, el experimento no será preciso.
- Ten en cuenta que, con este experimento, no podrás calcular la tensión superficial sino simplemente determinar la tensión superficial de diferentes líquidos en relación a las de otros.
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Deja caer una gota de líquido a la vez sobre la moneda. Coloca la moneda sobre una toalla o cualquier otra superficie que no te importe mojar. Luego, llena el gotero con el primer líquido y deja que este caiga gota a gota sobre la moneda. Cuenta con cuántas gotas se llena la moneda hasta que el líquido se derrame.
- Registra después de cuántas gotas el líquido empieza a derramarse por un lado de la moneda.
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Repite el experimento con otro líquido. Después de probar un líquido y antes de probar otro, limpia y seca muy bien la moneda. Antes de repetir el experimento, seca también la superficie en donde haya estado la moneda durante el experimento anterior. Limpia el gotero entre cada experimento o utiliza uno diferente para cada líquido.
- Puedes mezclar un poco de detergente lavavajillas con agua y volver a dejar que gotee sobre la moneda para determinar si hay algún cambio en la tensión superficial.
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Compara cuántas gotas de cada líquido se necesitan para que la moneda se llene. Puedes hacer varias veces el experimento con el mismo líquido para asegurarte de obtener un resultado preciso. Luego, calcula el promedio de todos los experimentos sumando los resultados y dividiéndolos entre el número de experimentos que hayas realizado. Anota cuáles líquidos necesitaron la mayor cantidad de gotas para llenar la moneda y cuáles necesitaron la menor cantidad.
- Un líquido que tenga una mayor tensión superficial necesitará más gotas para llenar la moneda que un líquido que tenga una menor tensión superficial.
- El detergente lavavajillas reduce la tensión superficial del agua, por lo que necesitará una menor cantidad de gotas para llenar la moneda.
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Referencias
- ↑ http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Chem_p021.shtml#background
- ↑ http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Phys_p012.shtml#background
- ↑ http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Phys_p012.shtml#procedure
- ↑ http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Phys_p012.shtml#procedure
- ↑ https://www.teachengineering.org/view_lesson.php?url=collection/duk_/lessons/duk_surfacetensionunit_lessons/duk_surfacetensionunit_less2.xml
- ↑ https://www.teachengineering.org/view_lesson.php?url=collection/duk_/lessons/duk_surfacetensionunit_lessons/duk_surfacetensionunit_less2.xml
- ↑ https://www.teachengineering.org/view_lesson.php?url=collection/duk_/lessons/duk_surfacetensionunit_lessons/duk_surfacetensionunit_less2.xml
- ↑ http://study.com/academy/lesson/what-is-a-newton-units-lesson-quiz.html
- ↑ https://www.teachengineering.org/view_lesson.php?url=collection/duk_/lessons/duk_surfacetensionunit_lessons/duk_surfacetensionunit_less2.xml
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