¡Aprieta el aire con una jeringa! Un experimento visual para entender la Ley de Boyle
Soy Ken Kuwako, tu entrenador de ciencia. ¡Cada día es un experimento!
El “aire”, aunque es invisible, nos está empujando constantemente con una fuerza increíble. ¿Qué pasaría si lo encerramos y lo comprimimos aún más? Hoy vamos a explorar la fascinante relación entre la “fuerza (presión)” y el “tamaño (volumen)” del aire con un experimento sobre la “Ley de Boyle”. ¡Quizás resolvamos el misterio de por qué las bolsas de patatas se inflan tanto en la cima de una montaña!
Los instrumentos que utilizamos en el experimento
Lo que usamos esta vez fue un kit de experimentos de la empresa Narika. El contenido es sencillo: una jeringa grande, un manómetro (medidor de presión) y un tubo de goma para conectarlos. ¡Pero con esto, podemos desvelar los secretos del aire!
¡Comienza el experimento! Comprimimos el aire
Primero, la configuración. Conectamos el tubo de goma a la jeringa y también el manómetro. Esta vez, para facilitar la lectura del volumen de aire dentro de la jeringa, comenzamos desde la marca de 50 ml.
Como el manual también indicaba 50 ml, las condiciones son las mismas.
En este punto de partida, el manómetro marca aproximadamente 100 kPa (kilopascales). Este valor es casi idéntico a la presión atmosférica (la presión causada por el peso del aire) a la que estamos expuestos en nuestra vida diaria.
A partir de aquí, presionamos el émbolo de la jeringa. Al reducir el volumen del aire atrapado… ¡como era de esperar, el indicador del manómetro sube rápidamente!
¡Resultados! La hermosa relación entre presión y volumen
Ajustando la fuerza con la que empujamos, medimos el volumen del aire en cada momento: cuando la presión es de 100 kPa (al inicio), cuando sube a 110 kPa, a 120 kPa, y así sucesivamente. Aquí están los datos recopilados:
Puede que estos números por sí solos no te digan mucho, pero al plasmarlos en un gráfico (llamado gráfico P-V), ¡se revela una relación sorprendentemente hermosa!
¡Mira esto! Esta curva es exactamente el gráfico de “proporcionalidad inversa” que aprendimos en matemáticas. En otras palabras, se esconde la relación de que “si reduces el volumen a la mitad, la presión se duplica”.
¿Por qué es una proporcionalidad inversa?
Entonces, ¿por qué existe esta relación? El aire es invisible, pero está lleno de pequeñas “partículas de aire (moléculas)” que se mueven por todas partes. La presión se genera porque estas partículas chocan constantemente contra las paredes de la jeringa.
Si presionas la jeringa y reduces el volumen (el “espacio”), ¿qué pasa? El espacio para que las partículas se muevan se reduce, por lo que el número de veces que chocan contra las paredes aumenta, ¿verdad? Esto es lo que significa que “la presión sube”. Si el volumen se reduce a la mitad, la frecuencia de los choques simplemente se duplica. Por eso, la presión y el volumen tienen una hermosa relación de proporcionalidad inversa. Esto es, ni más ni menos, la “Ley de Boyle”.
El desafío en el aula
Compré un juego de este kit de experimentos y lo puse a prueba inmediatamente con los estudiantes en clase. Hicimos que un estudiante representante presionara y jalara el émbolo, mientras todos leían las marcas, tomaban notas y dibujaban los puntos en el papel cuadriculado.
Más allá de simplemente aprender en el libro de texto que “es una relación inversa”, esta experiencia de “ver con los ojos, sentir con las manos y dibujar en un gráfico” les permitió comprender realmente las propiedades del aire. Como la ley se puede verificar tan fácilmente, me encantaría tener un kit de estos para cada grupo.
Equipo de experimentación de la Ley de Boyle y Charles
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