Forma natural dels líquids

1997/05/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Hem sentit i cregut que els líquids no tenen forma pròpia i que es prenen la del seu envàs. Però no és una veritat rodona. És la forma esfèrica pròpia de qualsevol líquid (fluid). En la majoria dels casos, a causa de la influència de la gravetat, aquesta forma natural no es percep i per això, quan s'aboquen fora de l'envàs, adquireixen la forma d'una làmina i quan estan dins de l'envàs, la del propi envàs. Dins d'un líquid amb la mateixa densitat, els líquids, segons el principi d'Arquimedes, perden el seu “pes” i actuen com si no tinguessin cap pes, és a dir, si no fossin gravitatoris. En aquests casos es pot observar la forma natural del líquid, com s'ha indicat anteriorment, que és esfèric.

L'oli d'oliva es queda surant sobre l'aigua, però si es fica en l'alcohol va directament al fons. Per tant, la mescla d'aigua i alcohol permet comparar un líquid amb la mateixa densitat que l'oli d'oliva, en el qual aquest no surarà ni anirà al fons. Quan introduïm l'oli d'oliva a través d'una xeringa en aquesta mescla, podem observar un fenomen sorprenent: l'oli d'oliva es recull en el seu interior formant una gran gota esfèrica. Aquesta gota no baixa ni puja, queda com una isequita en el líquid. A l'hora de realitzar l'experiment cal anar amb compte si en lloc d'una gota gran no volem aconseguir una gran quantitat d'esferes. El resultat serà sempre el descrit.

Una vegada aconseguida aquesta gran esfera d'oli, podem fer passar pel seu centre un tascó de fusta o un filferro que actuarà com un eix. Si fem girar l'eix, l'esfera també començarà a girar (per a portar a bona fi l'experiment, és convenient protegir la part de l'eix que queda dins de la gota d'oli amb un cartoncillo impregnat d'oli). A causa del moviment de rotació, l'esfera comença a trepitjar. Després d'uns segons es deixa anar un anell de l'esfera. Més tard, l'anell es desfà en diverses parts, però no a tot arreu: es formaran esferes que també giraran al voltant del centre de l'esfera original.

Aquest experiment va ser realitzat per primera vegada pel físic belga Plateau. El que nosaltres hem descrit és un experiment clàssic, però també es pot fer d'una altra manera, d'una manera més senzilla i clarificadora. Agafa un got petit i, després d'assecar-lo bé, porta'l amb oli d'oliva, fica aquest got en un altre més gran i, si us plau, plena el segon got d'alcohol fins que el primer quedi completament cobert. Ara estem preparats amb molta cura per a tirar aigua amb una cullereta —perquè l'experiment surti bé, el tirarem lliscant aigua per les parets del got gran—.

La superfície de l'oli d'oliva del got petit anirà prenent forma de gymbilla a poc a poc. A mesura que augmenta la quantitat d'aigua, l'oli surt del got petit i adopta la forma d'una esfera grandiosa, que queda escorreguda en la mescla aigua-alcohol. En 1963, els cosmonautas Nikolaiev i Papovich, situats en els espais Vostik-3 i Vostik-4, van poder analitzar en l'espai el comportament dels líquids sense influència de la gravetat. Algunes de les conclusions d'aquestes recerques van ser realment sorprenents. Per exemple, van veure que el líquid que hi havia en un recipient esfèric no s'emmagatzemava en el seu interior i que no formava una esfera, com era d'esperar, que, contra la “lògica”, va tapar els líquids en la paret interior del recipient i va deixar una bomba d'aire en el centre. És a dir, en l'experiment de Plateau l'aire va jugar en l'espai com l'oli.

Els drenis són rodons

Com hem vist, quan s'alliberen de la influència de la gravetat, els líquids ens mostren la seva forma natural, l'esfèrica. Quan els cossos cauen lliurement, l'efecte de la gravetat, per dir-ho d'alguna manera, es “gasta” durant la caiguda i, al marge de la mateixa caiguda, podem dir que els cossos es comporten lliurement respecte a la gravetat. Si descartem la baixa fricció de l'aire, podem pensar que al llarg de la caiguda les parts d'un líquid prendran la forma natural, és a dir, tindran una forma esfèrica, i així és. Per exemple, quan plou podem veure que les gotes de pluja són més o menys esfèriques.

En la mateixa línia, es pot dir que els drenis són només gotes de plom fos refrigerades. Una vegada fos el plom a les fàbriques, s'aboca des de certa altura a una cuba plena d'aigua freda. D'aquesta manera, les gotes de plom adquireixen una forma gairebé esfèrica i, en contacte amb l'aigua freda, la solidifiquen i la mantenen.

Per oniles

Fins al moment ens hem ocupat de la forma pròpia dels líquids, mentre que la següent ens permetrà analitzar una altra particularitat dels fluids a través d'un exemple molt conegut per a molts.

Qualsevol persona que hagi utilitzat alguna vegada l'onila per a omplir una ampolla sap que a vegades cal aixecar la mateixa perquè el líquid entre a l'interior de l'ampolla, ja que en cas contrari moltes vegades es queda en aquesta. La raó és que l'aire que hi ha en l'ampolla, a causa de la impossibilitat d'extreure d'aquesta, exerceix una pressió ascendent sobre el líquid contingut en l'onil. Al principi el líquid entra bé comprimint l'aire de l'ampolla, però a mesura que entra el líquid, la pressió de l'aire augmenta fins a impedir l'entrada del fluid. Llavors hem d'aixecar una mica l'onila perquè l'aire comprimit de l'interior tingui sortida, així aconseguim embotellar més líquid.

Així doncs, és molt útil que el tub de l'onila tingui unes estries que permeten que l'entrada a l'ampolla no es tanqui completament i que l'aire interior surti.

Pregunta de sempre

Continuant amb les particularitats dels líquids, hem volgut portar la pregunta que tots hem escoltat diverses vegades: quin pes més un quilo de fusta o un quilo de ferro? Més d'un, sense pensar-ho massa, respon “el ferro”, provocant, de pas, l'ànsia de l'addicte. En qualsevol cas, qui ha volgut agafar el pèl faria més riallada si respongués “fusta” perquè la resposta sembla absurda. Però és correcte.

La raó d'això es basa novament en el principi d'Arquimedes. Aquest principi el compleixen tots els fluids, és a dir, els líquids i els gasos. Així, tot cos en l'aire sofreix una força ascendent el valor de la qual és igual al volum de líquid corresponent al lloc en el qual es troba. Amb això hem d'entendre que per a saber quin és el “pes” del cos que hi ha en l'aire, hem de llevar l'embranzida de l'aire al seu pes real.

La fusta i el ferro sofreixen aquesta embranzida cap amunt. Però com el volum d'un quilo de fusta és molt major que el del ferro (aproximadament quinze vegades), si en realitat mesurem un quilo de ferro i un quilo de fusta amb un pes, com el mesurament s'ha fet en l'aire, el pes real del tros de fusta és major que el del ferro. Aquí tens la resposta!