CURIOSIDADES FÍSICA

Masa y Peso

¿Qué pesa más, 1 kg de paja o 1kg de plomo?

¿Qué pesa más, 1 kg de paja o 1 kg de plomo? La mayoría de la gente responde sin dudar que pesan lo mismo. ¡Pues se equivocan! el peso aparente, o dicho de otra forma, lo que apreciamos si los ponemos en una balanza... dista mucho de ser el mismo para los dos.

Empecemos con un ejemplo muy fácil, una mochila cargada de piedras tiene mucha masa y por tanto pesa un huevo, pero si alguien te ayuda a llevarla, te parecera que pesa menos aunque la masa de la mochila sea la misma.
La masa se define como cantidad de materia de un cuerpo y su unidad son los kilogramos, el peso que mide una báscula es realmente, la resultante de todas las fuerzas que se están dando en un cuerpo, la unidad de la fuerza son los newtons.

Coloquialmente no se disitingue entre peso o masa, pero aquí esta la clave de la pregunta, alrededor de la paja o el hierro hay un aire que lo envuelve, es decir, estan sumergidos en un fluido.

En este punto hay que recordar el principio de Arquímedes, todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

FTOT = Fpeso - Fempuje = mcuerpo · g - Vcuerpo · densidad fluido · g

El peso aparente o final del cuerpo, lo determina tanto su masa como su volumen. Esta diferencia de densidades aparentes (masa/volumen total que ocupa) explica porqué un clavo se hunde y un barco, que tiene mucha mas hierro que el clavo, flota.

La paja al ser más voluminosa que el plomo desaloja más aire y experimenta mas empuje, en la práctica, "pesaría" 175 gramos menos que el kg de plomo.

Para obtener la masa real simplemente habrá que pesar las cosas al vacío, sin aire alrededor.

De todas formas, si no te ha quedado muy claro imagina que fueras a pesar la paja y el plomo bajo el auga, directamente no podrías. Aquí la paja flotaría ya que el empuje sería mucho mayor debido a que la densidad del agua es superior a la del aire.

¿Por qué se congela el agua caliente antes que la fría?

Así es , como están escuchando. El agua caliente se congela antes que la fría. Bueno, para ser ciertos, bajo ciertas condiciones... Pero empecemos por el principio.

En 1963, Erasto B. Mpemba estaba en una clase de cocina de su escuela de secundaria en Tanzania. Preparando helados, observó cómo las mezclas calientes se solidificaban antes que las frías. Anteriormente, personas como Descartes o Aristóteles se habían percatado de este hecho, pero nadie había sido capaz de darle una explicación. Incluso hoy en día no se ponen de acuerdo. A este fenómeno se le conoce como Efecto Mpemba.

Os propongo que hagáis un experimento. Coged dos vasos de agua idénticos e introducid una misma cantidad de agua (podéis tomar como medida un vaso más pequeño, como un vaso de chupito por ejemplo). Mientras que en uno echad agua cogida de la nevera, en el otro cogedla caliente del grifo (pero que esté muy muy caliente), eso sí, con cuidado! Ahora metedlos en el congelador. Como no podemos ver cual se congela antes, lo que vamos a hacer es dejarlos 10 minutos y ver cual está más congelado. Tachán!

Habréis comprobado que el vaso caliente se encuentra en un proceso más avanzado de congelación. Para los que sean más perezosos, les dejo un vídeo donde se realiza el experimento en un laboratorio. Lo que hay dentro de los tubos de ensayo parecen ser unas sondas para medir la temperatura.

Veamos por qué ocurre el efecto Mpemba. El tiempo de congelación de un líquido depende de muchos factores: la temperatura, el recipiente, si tiene impurezas disueltas, las imperfecciones del recipiente... (por este motivo os pedí coger dos vasos iguales para hacer el experimento)

El efecto Mpemba dice que dados dos recipientes con agua cuyas temperaturas difieran más de 30º (aprox.), el recipiente con agua caliente se congelará antes que el de agua fría. Esto se debe a muchos factores:

La evaporación: El agua caliente se evaporará más rápido. De esta manera, la masa de agua resultante que deberá congelarse es menor. Si se taparan los recipientes con un plástico, se comprobaría que aunque sigue produciéndose el efecto Mpemba, la diferencia de tiempos es menor.
La convección: La convección es una forma de transmitir calor. Durante la congelación, las partes frías de agua bajan hacia la parte baja del recipiente (y al revés), repartiendo la temperatura. En el agua caliente, al tener mayor temperatura, ese movimiento de agua es más activo.
Gases disueltos: El agua caliente posee más facilidad para disolver gases, cuyas burbujas actuarían como nucleantes en el proceso de congelación.
Superenfriamiento: A este efecto le dedicaré una entrada en el futuro. De momento deciros que el agua fría podría entrar en un estado metaestable, permaneciendo a una temperatura menor a 0º sin congelarse.

Debido a la multitud de variables, los científicos se han visto en problemas para diseñar experimentos que analicen cada una por separado, aislando su efecto. A esto, se debe añadir la complejidad de las ecuaciones (diferenciales en derivadas parciales) del sistema y su dificultad de resolución.

Para terminar, os dejo un vídeo, donde se ve mucho mejor el efecto Mpemba. Si alguno vive en alguna zona tan fría que en invierno se alcancen estas temperaturas, le animaría a realizar esta sencilla prueba. De hecho, en el hemisferio sur, seguro que por estas fechas ya se están alcanzando esas temperaturas, por lo que si me enviáis un vídeo, prometo colgarlo.

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