libro1 expgalileo

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  • 1. EXPERIMENTOS SIMPLES PARA ENTENDER UNA TIERRA COMPLICADA1 La presin atmosfrica y la cada de los cuerpos Texto: Susana A. Alaniz-Alvarez, Angel F. Nieto-Samaniego Ilustracin: Luis D. Morn Diseo: Elisa Lpez
  • 2. Universidad NacionalAutnoma de MxicoJuan Ramn de la FuenteRectorEnrique del Val BlancoSecretario GeneralDaniel Barrera PrezSecretario AdministrativoRen Drucker ColnCoordinacin de la Investigacin CientficaLuca Ferrari PedraglioDirector del Centro de Geociencias Primera edicin, 2007 D.R. Centro de Geociencias Universidad Nacional Autnoma de Mxico Boulevard Juriquila No. 3001, Juriquilla, Quertaro 76230, Mxico ISBN (Obra General) 978-970-32-4388-4 ISBN 978-970-32-4389-1 Impreso y hecho en Mxico
  • 3. ndice Introduccin.......................... i 1. La botella est vaca?................. 1 Ley de Charles y Gay-Lussac 2. El vaso que no tira el agua 3 Presin atmosfrica 3. La vela que hace subir el agua.. 5 Presin contra volumen 4. Cmo atravesar un globo sin que se reviente. 7 Ley de Boyle 5. Cmo hundir un gotero vaco 9 Principios de Pascal y Arqumedes 6. Cul cae primero?........................ 11 La Ley de Gravedad 7. Mndalos a volar. 13 Resistencia del aire 8. Bajan!!! ........................................... 15 Experimenta como Galileo Galilei Anexo.............. 16 Agradecimientos.............................. 17Acerca de los autores................................... 19
  • 4. Introduccin El lugar que el homo sapiens ocupa en la historia de la Tierra podra considerarse muy, pero muy pequeo, ya que nicamente ha estado presente en los ltimos 200,000 aos de ms de 4,500 millones de aos que tiene la Tierra. Adems, slo alcanza una altura de menos de 2 m sobre la capa superficial de un planeta de ms de 6,380 km de radio de capa slida-lquida y bajo una capa de casi 120 km de atmsfera. No obstante, los humanos nos hemos empeado en conocer nuestro planeta a fondo, calculan- do o estimando el valor de sus atributos fsicos: masa, volumen, densidad, temperaturas, presiones, etc., los cuales estn muy fuera de los lmites que pueden percibir sus sentidos. Uno se pregunta por qu esta criatura insignificante conoce tanto de la naturaleza de su planeta y a qu se debe su insistencia en desentraar las leyes que lo gobiernan? Una respuesta entre otras puede ser: por lacuriosidad de ciertos personajes que se atrevieron avisualizar ms all de sus horizontes, uno de ellos sin dudafue Galileo Galilei. Galileo Galilei (1564-1642)Gran parte del avance de la fsica se debe a Galileo Galilei,considerado el padre de la ciencia experimental. Esteprofesor de Matemticas nacido en Pisa, Italia, fue el primer hijo de un msico virtuoso del lad. El principal inters de Galileo no se limit a preguntarse cmo funciona el i
  • 5. movimiento en la Tierra, sino tambin el del sistema solar. Su fama se debe a la frase y sin embargo se mueve, que supuestamente dijo ante un jurado de la Inquisicin. Independientemente de que la haya dicho o no, lo que s se sabe es que descubri el meollo del movimiento de un pndulo en plena misa observando las oscilaciones de una lmpara en la catedral de Pisa y midiendo el tiempo con sus pulsaciones. En el s. XVIIno exista un sistema de medicin como el que ahoratenemos, pero se las arregl para cronometrar susexperimentos: primero con sus pulsaciones, despuscon el pndulo; tambin midi el tiempo con lacantidad de volumen de agua que caa en unaprobeta graduada y aprovech una meloda tocada por l en el lad para marcar en la partitura hasta dnde haba llegado. Se las ingeni para escudriar el cielo y dise un telescopio de 8 aumentos, con l descubri: los crteres de la Luna, las manchas solares, el anillo de Saturno y las lunas de Jpiter. Adems se dio cuenta de que Coprnico tena razn y que la Tierra gira alrededor del Sol, pero a diferencia de aqul, Galileo lo public. Esto ltimo le ocasion muchos problemas con la Iglesia catlica y con esto un gran pesar dentro de su grandiosa y exitosa vida. La genialidad de Galileo consisti, entre otras cosas, en medir el espacio y el tiempo, con esto consigui establecer las frmulas matemticas para describir el movimiento, desde la cada de los objetos de la Torre de Pisa hasta el desplazamiento de Jpiter. ii
  • 6. Experimenta con... la presencia del aire La botella est vaca? Te has fijado queel aire est aunque no lo veamos, y que lo respiras por la nariz y por la boca? Materiales: Agua caliente 1 botella de plstico Agua fra 1 globo (con hielitos) 2 recipientes Procedimiento:Tapa el cuello de la botella con el globo.Llena uno de los recipientes con agua caliente y el otro con agua fra. a v r!!Pon la botella dentro del recipiente con agua caliente y despus Oe s bpsalo al que contiene agua fra. Qu pas? En uno de los dos casos se infla el globo, en el otro se desinfla. Variaciones: *Mete la botella tapada con el globo al congelador. *Hazlo con una botella de refresco. El experimento puede fallar si hay fuga de aire entre el globo y la botella, y tambin si la diferencia de temperatura no es suficiente para cambiar notablemente el volumen del aire dentro de la botella. 1
  • 7. Explcalo: El aire es un gas, y como todos ellos, se expande con el aumento de la temperatura y ocupa ms espacio. Por el contrario, con el fro se comprime y ocupa menos espacio. Nota que es la misma cantidad de aire. Aplcalo a tu vida: Los globos aerostticos vuelan porque el aire caliente se expande hasta que pesa menos que el aire que lo rodea. Los buzos respiran bajo el agua gracias al aire comprimido que est en un tanque, es decir mucho aire en poco espacio.Quieres saber ms? Los gases pueden cambiar su volumen por un cambio de la temperatura o de la presin. A ms temperatura y menos presin, ocupan mayor volumen. Obsrvalo en la naturaleza La atmsfera Ley de Charles y Gay-Lussac:La atmsfera es la envoltura gaseosa que El volumen de un gas esrodea el planeta y est compuesta directamente proporcional a suprincipalmente por una mezcla de gases temperatura si la presin seque denominamos aire. mantiene constanteLa temperatura del aire disminuye con laaltura a una razn de 6.5C por cada -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 C 120 km1000 m; si consideramos que la 110 100 Ionsferatemperatura promedio a nivel del mar es 90 80de 20C, alcanzaremos la temperatura de 70 Messfera 60congelacin del agua cerca de los 3000 50 Capa de 40 ozono metros sobre el nivel del mar. 30 20 Estratsfera La atmsfera est compuesta por 10