Arquímedes

Uno de mis estudiantes de este año (y creo que, a pesar de ello, amigo), Iñaki García Arnáez, me pasa este vídeo que tiene su gracia, bastante peligro y que puede dar a mis lectores profesores la posibilidad de plantear a sus estudiantes un problema de Física al estilo de los que ahora se llevan, "inmersos en la realidad cotidiana que nos circunda". Los pirados que aparecen en el vídeo se dedican a inhalar helio con profusión y a insuflarlo posteriormente en un chicle, hasta formar un globo de grandes dimensiones, lo que les permite tirarse al vacío con una cierta seguridad, como si estuvieran colgados de un paracaídas.

Sobre los efectos del helio en la voz de los humanos ya hablamos en una entrada anterior, hace más de dos años (¡horror!). Pero no enumerábamos allí otras características del mismo, como son su baja densidad, el pequeño tamaño de sus átomos y cosas similares aparentemente sin importancia. Pero, mire Ud. por donde, lo de la baja densidad es la base sobre la que se sustentaría la gracia del vídeo. Aunque si uno rasca más en los fundamentos, uno se encuentra con la inconmensurable figura de Arquímedes y su Principio.

El Principio de Arquímedes nos ha dado más de un quebradero de cabeza a los que andamos implicados en la medida de cómo se absorben algunos gases sobre polímeros en forma de filmes delgados, como los constituyentes de la pared de una botella de plástico. Se trata de una propiedad relevante, porque condiciona hechos tan "decisivos" como el que la chispa de la vida se nos escape de la botella de Coca-Cola, como ya expliqué con algo más de detalle en otra entrada. El caso es que, para investigar estas cosas, nosotros disponemos en nuestro Laboratorio de balanzas extremadamente sensibles (aunque de estructura similar a las de toda la vida, las llamadas balanzas romanas de dos brazos). En nuestro caso, de esos brazos cuelgan dos diminutos platillos. Uno está vacío y el otro tiene unos pocos miligramos del filme a investigar. Se hace el vacío en el interior de la balanza y, electrónicamente y no con pesas como en la balanza ancestral, se equilibra el asunto para que la balanza marque cero. Se introduce el gas en el recinto vacío y uno espera que el platillo con el filme vaya ganando peso como consecuencia de que el gas inyectado se disuelve en el mismo.

Pues hete aquí que, dependiendo de la naturaleza del gas, resulta que la balanza empieza a dar pesos ¡¡¡negativos!!!. La primera vez que me pasó junto a una estudiante de doctorado, montando la balanza en cuestión, casi la devolvemos al fabricante. Menos mal que somos sesudas gentes de Ciencias y con un poco de lectura de las instrucciones tropezamos con el Principio de Arquímedes: "todo cuerpo sumergido en un fluido (fluido hace referencia tanto a un líquido como a un gas) experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo en cuestión". Traducido a nuestro experimento sorprendente, cuando introducíamos gas en el recinto vacío, nuestro filme experimentaba un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del gas que, por estar el filme en el recinto, no puede ser ocupado por el gas introducido. Y si ese empuje, como pasa a veces, es superior a lo que pesa el gas absorbido en el filme, el resultado es que la balanza nos muestra una lectura negativa. Así que sólo calculando y restando ese empuje podemos determinar realmente el peso absorbido por nuestro filme.

Pues esto del chicle y el helio de mi amigo Iñaki podría ser lo mismo. Fijaros que el globo que hacen con el chicle es grande y, por tanto, también el volumen que ocupa en el aire. El globo está lleno de helio, cuya densidad a temperatura ambiente es de 0.18 gramos por litro, mientras que la densidad del aire que el globo ha desplazado es 1.30 gramos por litro (más de siete veces más grande). Con lo que cuanto más grande hagamos el globo, más pesará el nitrógeno desplazado por él y, consiguientemente, más empuje se ejecutará sobre el mismo. Y como ese globo pesa poco porque el helio es poco denso, el resultado neto es que se nos escapa a las nubes con rapidez, lo que permitiría las piruetas de los "actores" del vídeo o suavizar su caída en el vacío.

Pero las cuentas a realizar no son tan obvias como mi explicación cualitativa. Yo pondría el problema a Iñaki y sus colegas este junio, pero no les doy Física y quizás Arquímedes me tachara de arribista.

Y además, por gentileza de mi amigo Xabi Gutierrez, podeis ver que todo es un montaje.