¡Enciende con el poder del aire! Experimenta la fuerza de la compresión adiabática con el “Fire Piston”
Soy Ken Kuwako, entrenador de ciencias. ¡Cada día es un experimento!
¿Me creerían si les dijera que existe una forma de encender fuego en un instante utilizando solo la fuerza del aire, sin cerillas ni encendedores? Suena a truco de magia, pero es pura ciencia. Hoy les presento un dispositivo sorprendente que aprovecha las propiedades del aire: el “pistón de fuego” (o encendedor por compresión).
Una imagen vale más que mil palabras. Primero, echen un vistazo a este video para ver el experimento en acción.
¿Qué les pareció? ¡Zas! Se oyó un estallido y las llamas brotaron en un abrir y cerrar de ojos. ¿Qué secreto se esconde detrás de este fenómeno? Sigamos los pasos del experimento para desvelar el misterio.
¡Cuestión de un instante! El proceso del experimento
El mecanismo de este dispositivo es muy sencillo. Solo consta de un tubo transparente y un pistón que se empuja por su interior. Primero, colocamos un trozo de pañuelo de papel (que arde fácilmente) en el fondo del tubo de vidrio cerrado.
A partir de aquí hay que tener cuidado, ya que conlleva cierto riesgo. Para evitar que el vidrio salga disparado si se rompe por la presión repentina, colocamos una cubierta protectora transparente alrededor.
Colocamos firmemente la tapa (el pistón) desde arriba y ya estamos listos.
Ahora viene el momento de la verdad. El truco está en empujar “sin dudar, de un solo golpe y con mucha fuerza”. Si titubeas y empujas despacio, no se encenderá. Prepárate mentalmente y… ¡¡Allá vamos!!
Y entonces, ¡sorpresa!
¡¡Se encendió!!
Una luz roja recorrió el tubo por un instante y se llenó de humo. Por muchas veces que lo haga, este momento siempre me sobresalta. Aunque como profesor de ciencias conozca el resultado, ver nacer el fuego ante mis propios ojos sigue siendo emocionante. De hecho, es posible fabricar este dispositivo con materiales caseros. Aquí tienen un video de un pistón de fuego hecho a mano.
¿Por qué se encendió? La explicación científica
¿Por qué ardió el papel si no usamos ninguna herramienta para prender fuego? La clave está en la “compresión del aire”. En este experimento, comprimimos el gas de golpe, a una velocidad tal que el calor no tuvo tiempo de entrar ni salir. En física, esto se llama “compresión adiabática”.
Imaginen un vagón de metro lleno de gente donde, de repente, empujamos a más personas hacia dentro a la fuerza. El interior se volvería un caos y la temperatura subiría, ¿verdad? Lo mismo ocurre aquí: al obligar al aire a ocupar un espacio muy reducido a la fuerza, las moléculas de aire chocan violentamente entre sí y esa energía se transforma en “calor”. En ese momento, la temperatura dentro del tubo es tan alta que supera el punto de ignición del papel.
Entendiendo la física (Primera Ley de la Termodinámica)
Podemos entender este fenómeno mucho mejor si utilizamos la fórmula de la “Primera Ley de la Termodinámica” que se estudia en el bachillerato.
Q ＝ ΔU + W
Calor ＝ Cambio en la energía interna ＋ Trabajo realizado por el gas
En este caso, como la compresión es instantánea, no hay intercambio de calor (es adiabático). Es decir, Q＝０. Transformemos la ecuación:
０ ＝ ΔU ＋ W
ーW ＝ ΔU
Aquí, “ーW” significa que “se realizó trabajo sobre el gas (el ser humano empujó el pistón)”. En resumen: “La energía (trabajo) con la que empujamos con todas nuestras fuerzas se convirtió directamente en un aumento de la energía interna (temperatura) del gas”.
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