Forma natural de los líquidos

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

• Fisika

Hemos oído y creído que los líquidos no tienen forma propia y que se toman la de su envase. Pero no es una verdad redonda. Es la forma esférica propia de cualquier líquido (fluido). En la mayoría de los casos, debido a la influencia de la gravedad, esta forma natural no se percibe y por ello, cuando se vierten fuera del envase, adquieren la forma de una lámina y cuando están dentro del envase, la del propio envase. Dentro de un líquido con la misma densidad, los líquidos, según el principio de Arquímedes, pierden su “peso” y actúan como si no tuvieran ningún peso, es decir, si no fueran gravitatorios. En estos casos se puede observar la forma natural del líquido, como se ha indicado anteriormente, que es esférico.

El aceite de oliva se queda flotando sobre el agua, pero si se mete en el alcohol va directamente al fondo. Por lo tanto, la mezcla de agua y alcohol permite comparar un líquido con la misma densidad que el aceite de oliva, en el que éste no flotará ni irá al fondo. Cuando introducimos el aceite de oliva a través de una jeringa en esta mezcla, podemos observar un fenómeno sorprendente: el aceite de oliva se recoge en su interior formando una gran gota esférica. Esta gota no baja ni sube, queda como una isequita en el líquido. A la hora de realizar el experimento hay que tener cuidado si en lugar de una gota grande no queremos conseguir una gran cantidad de esferas. El resultado será siempre el descrito.

Una vez conseguida esta gran esfera de aceite, podemos hacer pasar por su centro una cuña de madera o un alambre que actuará como un eje. Si hacemos girar el eje, la esfera también empezará a girar (para llevar a buen fin el experimento, es conveniente proteger la parte del eje que queda dentro de la gota de aceite con un cartoncillo impregnado de aceite). Debido al movimiento de rotación, la esfera empieza a pisar. Después de unos segundos se suelta un anillo de la esfera. Más tarde, el anillo se deshace en varias partes, pero no en todas partes: se formarán esferas que también girarán alrededor del centro de la esfera original.

Este experimento fue realizado por primera vez por el físico belga Plateau. Lo que nosotros hemos descrito es un experimento clásico, pero también se puede hacer de otra manera, de una manera más sencilla y clarificadora. Coge un vaso pequeño y, después de secarlo bien, llévalo con aceite de oliva, mete este vaso en otro más grande y, por favor, llena el segundo vaso de alcohol hasta que el primero quede completamente cubierto. Ahora estamos preparados con mucho cuidado para echar agua con una cucharilla —para que el experimento salga bien, lo tiraremos deslizando agua por las paredes del vaso grande—.

La superficie del aceite de oliva del vaso pequeño irá tomando forma de gymbilla poco a poco. A medida que aumenta la cantidad de agua, el aceite sale del vaso pequeño y adopta la forma de una esfera grandiosa, que queda escurrida en la mezcla agua-alcohol. En 1963, los cosmonautas Nikolaiev y Papovich, situados en los espacios Vostik-3 y Vostik-4, pudieron analizar en el espacio el comportamiento de los líquidos sin influencia de la gravedad. Algunas de las conclusiones de estas investigaciones fueron realmente sorprendentes. Por ejemplo, vieron que el líquido que había en un recipiente esférico no se almacenaba en su interior y que no formaba una esfera, como era de esperar, que, contra la “lógica”, tapó los líquidos en la pared interior del recipiente y dejó una bomba de aire en el centro. Es decir, en el experimento de Plateau el aire jugó en el espacio como el aceite.

Los drenes son redondos

Como hemos visto, cuando se liberan de la influencia de la gravedad, los líquidos nos muestran su forma natural, la esférica. Cuando los cuerpos caen libremente, el efecto de la gravedad, por decirlo de alguna manera, se “gasta” durante la caída y, al margen de la misma caída, podemos decir que los cuerpos se comportan libremente con respecto a la gravedad. Si descartamos la baja fricción del aire, podemos pensar que a lo largo de la caída las partes de un líquido tomarán la forma natural, es decir, tendrán una forma esférica, y así es. Por ejemplo, cuando llueve podemos ver que las gotas de lluvia son más o menos esféricas.

En la misma línea, se puede decir que los drenes son sólo gotas de plomo fundido refrigeradas. Una vez fundido el plomo en las fábricas, se vierte desde cierta altura a una cuba llena de agua fría. De este modo, las gotas de plomo adquieren una forma casi esférica y, en contacto con el agua fría, la solidifican y la mantienen.

Por oniles

Hasta el momento nos hemos ocupado de la forma propia de los líquidos, mientras que la siguiente nos permitirá analizar otra particularidad de los fluidos a través de un ejemplo muy conocido para muchos.

Cualquier persona que haya utilizado alguna vez la onila para llenar una botella sabe que a veces hay que levantar la misma para que el líquido entre en el interior de la botella, ya que de lo contrario muchas veces se queda en la misma. La razón es que el aire que hay en la botella, debido a la imposibilidad de extraer de la misma, ejerce una presión ascendente sobre el líquido contenido en el onil. En un principio el líquido entra bien comprimiendo el aire de la botella, pero a medida que entra el líquido, la presión del aire aumenta hasta impedir la entrada del fluido. Entonces tenemos que levantar un poco la onila para que el aire comprimido del interior tenga salida, así conseguimos embotellar más líquido.

Así pues, es muy útil que el tubo de la onila tenga unas estrías que permiten que la entrada a la botella no se cierre completamente y que el aire interior salga.

Pregunta de siempre

Continuando con las particularidades de los líquidos, hemos querido traer la pregunta que todos hemos escuchado varias veces: ¿qué pesa más un kilo de madera o un kilo de hierro? Más de uno, sin pensarlo demasiado, responde “el hierro”, provocando, de paso, el ansia del adicto. En cualquier caso, quien ha querido coger el pelo haría más carcajada si respondiera “madera” porque la respuesta parece absurda. Pero es correcto.

La razón de ello se basa nuevamente en el principio de Arquímedes. Este principio lo cumplen todos los fluidos, es decir, los líquidos y los gases. Así, todo cuerpo en el aire sufre una fuerza ascendente cuyo valor es igual al volumen de líquido correspondiente al lugar en el que se encuentra. Con ello debemos entender que para saber cuál es el “peso” del cuerpo que hay en el aire, debemos quitar el empuje del aire a su peso real.

La madera y el hierro sufren este empuje hacia arriba. Pero como el volumen de un kilo de madera es mucho mayor que el del hierro (aproximadamente quince veces), si en realidad medimos un kilo de hierro y un kilo de madera con un peso, como la medición se ha hecho en el aire, el peso real del trozo de madera es mayor que el del hierro. ¡Ahí tienes la respuesta!