A S oMiTA l p de LAs LA Física
DESCUBRE Y APRENDE CON 22 EXPERIMENTOS
EL CURIOSO MUNDO
COCINA EN LA CIENCIA DE LA
AIDAN RANDLE-CONDE
Título original: The Physics of Popcorn
Traducción Alfonso Rodríguez Arias Doctor Ingeniero Industrial Coordinación de la edición en lengua española Cristina Rodríguez Fischer
Primera edición en lengua española 2023
© 2023 Naturart, S.A. Editado por BLUME Carrer de les Alberes, 52, 2º, Vallvidrera 08017 Barcelona
Tel. +34 93 205 40 00 e-mail: info@blume.net
© 2020 UniPress Books Ltd, Londres
ISBN: 978-84-19785-68-8
Depósito legal: B. 14647-2023
Impreso en China
AVISO DE SEGURIDAD Los experimentos que se proponen en este libro se deben realizar bajo la supervisión de un adulto y con todas las precauciones razonables, que incluyen el conocimiento de posibles alergias e intolerancias alimentarias. Las instrucciones que se dan en cada experimento no reemplazan el buen juicio de los participantes. El autor y el editor no aceptan ninguna responsabilidad por cualquier percance o lesión que pueda ocurrir por la participación en los mismos.
Todos los derechos reservados. Queda prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, sea por medios mecánicos o electrónicos, sin la debida autorización por escrito del editor.
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A S oMiTA l p de LAs LA Física
AIDAN RANDLE-CONDE
CONTENIDO
6 INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 1: ENERGÍA Y CALOR
10 DESCUBRE: Densidad y flotación
12 EXPERIMENTA: Las primeras palomitas
14 DESCUBRE: Estados de la materia
16 DESCUBRE: Calor y energía
18 EXPERIMENTA: Modelo de convección
20 APRENDE: Densidad
21 APRENDE: Transmisión de calor
22 DESCUBRE: Gases ideales y máquinas de vapor
24 EXPERIMENTA: Convertir agua en vapor
26 DESCUBRE: Estallido del grano
28 EXPERIMENTA: La presión del estallido
30 APRENDE: Ajuste de ecuaciones
32 EXPERIMENTA: Eleva un globo de aire caliente
34 APRENDE: Propiedades de los sólidos, los líquidos y los gases
CAPÍTULO 2: ONDAS Y ELECTROMAGNETISMO
38 DESCUBRE: Electricidad y magnetismo
40 EXPERIMENTA: Electricidad y magnetismo en la cocina
44 APRENDE: Electricidad y magnetismo
46 DESCUBRE: ¿Qué es una onda?
48 EXPERIMENTA: Crea ondas
52 DESCUBRE: El espectro electromagnético
54 EXPERIMENTA: Haz un arcoíris
56 APRENDE: Velocidad de las ondas
57 APRENDE: Más allá de la luz visible
58 DESCUBRE: Cómo trabajan los hornos de microondas
60 EXPERIMENTA: Microondas y la velocidad de la luz
62 DESCUBRE: Generación de electricidad
64 APRENDE: Circuitos
65 APRENDE: Plantas eléctricas
66 EXPERIMENTA: Construye un motor con pilas
68 DESCUBRE: ¿Qué es la luz?
70 EXPERIMENTA: Filtrar la luz
74 APRENDE: Envío de mensajes secretos con fotones
CAPÍTULO 3: FUERZAS Y GRAVEDAD
78 DESCUBRE: Fuerzas
80 EXPERIMENTA: Comprobar la tercera ley de Newton
82 APRENDE: Gráficos de velocidad
84 DESCUBRE: Gravedad
86 EXPERIMENTA: Caída por la gravedad
88 APRENDE: Gravedad y experimentos mentales
90 DESCUBRE: Cantidad de movimiento
92 EXPERIMENTA: Conservación de la cantidad de movimiento
94 APRENDE: Billar americano
96 DESCUBRE: Pelotas de béisbol y balas de cañón
98 EXPERIMENTA: Proyectiles de maíz
100 APRENDE: Momento angular
102 DESCUBRE: Rozamiento y resistencia
104 EXPERIMENTA: El rozamiento en acción
106 APRENDE: El rozamiento y los camiones
CAPÍTULO
4: LA FÍSICA
Y EL ESPACIO
NUCLEAR
110 DESCUBRE: Los átomos y el núcleo
112 EXPERIMENTA: Palomitas nucleares
114 APRENDE: El interior del átomo
116 DESCUBRE: La física en la medicina
118 EXPERIMENTA: Escáneres de rayos X y maletas
120 APRENDE: Radiación y naranjas
122 DESCUBRE: Granos de maíz necesarios para crear una estrella
124 EXPERIMENTA: Construir un sistema solar
126 APRENDE: Velocidad de escape
128 DESCUBRE: Cómo funcionan los cohetes y las naves espaciales
130 EXPERIMENTA: Construye tu propia lanzadera espacial
132 APRENDE: Misiones espaciales
134 DESCUBRE: La relatividad especial
136 EXPERIMENTA: La gravedad y la relatividad general
138 APRENDE: Naves espaciales muy veloces
140 DESCUBRE: La Tierra y el sistema solar
142 EXPERIMENTA: Cómo se ven las cosas desde la Tierra
144 APRENDE: Conoce los planetas
146 RESPUESTAS
156 ÍNDICE
160 CRÉDITOS DE LAS IMÁGENES
DESCUBRE: ESTALLIDO DEL GRANO
En las páginas 24 y 25 hemos visto que el vapor ocupa cientos de veces más volumen que el agua cuando esta se calienta a 100 °C. El volumen del agua en estado líquido no cambia sensiblemente cuando se calienta de 0 °C a 100 °C, ya que solo aumenta en un 4 por ciento ¿Qué ocurre cuando se produce vapor y no se puede expandir?
El vapor es un gas y se mezcla con el aire que lo rodea. Esto se puede expresar con la ecuación del gas ideal (página 23):
Presión × Volumen = Constante × Cantidad de gas × Temperatura
Piensa en lo que te dice esta ecuación sobre el vapor contenido dentro de un grano de maíz a 100 °C. El grano es un recipiente cerrado, por lo que el volumen permanece constante. La temperatura es de 100 °C, por lo que sigue siendo la misma. Eso significa
que, si aumenta la cantidad de vapor al hervir el agua, la presión del vapor debe aumentar.
EL GRANO DE MAÍZ ESTALLA
En el experimento de conversión de agua en vapor, cuando el agua llegó a ebullición, cambió de estado, de líquido a gaseoso, y la presión se mantuvo igual. (La presión era la misma que en el resto de la habitación, ya que la tetera es un recipiente abierto; el vapor puede escaparse por la boca). ¡POP!
26 ENERGÍA Y CALOR
¿Qué ocurriría si el volumen de la mezcla de aire y vapor de agua se mantuviera constante? O, dicho de otro modo: ¿qué habría pasado en aquel experimento si la tetera hubiera estado totalmente cerrada, sin la boca para dejar salir al vapor? En lugar de aumentar el volumen del vapor, habría aumentado la presión. Y si la tetera no hubiera sido lo bastante resistente, habría explotado como consecuencia de la presión. Por ello es bueno que las teteras tengan boca.
Cuando se calienta el grano de maíz, en su interior tiene lugar el mismo proceso. Al calentarse la pequeña cantidad de agua contenida en el grano, hierve y se convierte en vapor. Al aumentar la cantidad de este, aumenta también la energía contenida en el grano. La presión del vapor se incrementa hasta que el grano no puede resistirla. En la parte más débil del grano,
OLLAAPRESIÓN
su superficie se abre y la palomita se expande con un estallido. A partir de ese momento, el vapor se puede expandir con rapidez, y esto conlleva que el almidón y las proteínas del grano lo hagan también, lo que cambia un material duro y denso a un refrigerio ligero y tierno.
27 LA FÍSICA DE LAS PALOMITAS
EXPERIMENTA: MICROONDAS Y LA VELOCIDAD DE LA LUZ
Las microondas son una forma de radiación electromagnética, lo que significa que viajan a la velocidad de la luz. Esta es tan grande que es muy difícil medirla directamente. Sin embargo, es posible hacerlo de forma indirecta con un horno de microondas.
NECESITARÁS:
• Horno de microondas
• Un plato adecuado para microondas
• Una barra de mantequilla o una tableta de chocolate
• Una bolsa de maíz palomitero para microondas
• Tijeras
SEREQUIERELA SUPERVISIÓNDEUN ADULTO
Este experimento parte de la ecuación de la velocidad de las ondas:
Velocidad = Frecuencia × Longitud de onda
La frecuencia de las microondas en un microondas es de 2450 MHz. Como se ha explicado en la página 58, el oscilador en los hornos de microondas mueve las cargas eléctricas hacia delante y hacia atrás para generarlas. La frecuencia de 2450 MHz significa que el oscilador va y viene 2 450 000 000 veces por segundo, creando microondas que también van y vienen a la misma velocidad.
Para medir la longitud de onda de las microondas, necesitas crear algunas ondas y encontrar las zonas donde se produce la mayor transferencia de energía. Los hornos de microondas crean puntos calientes y puntos fríos. Para calentar los alimentos de manera uniforme, estos se colocan sobre una base giratoria. Para este experimento, retira esta base.
60 ONDAS Y ELECTROMAGNETISMO
CÓMO HACERLO:
1. Retira la envoltura de la barra de mantequilla o de la tableta de chocolate y colócala en el centro del plato.
2. Coloca el plato en el centro del horno de microondas. Conéctalo a baja potencia durante un minuto.
3. Comprueba si la mantequilla o el chocolate han empezado a fundirse. En caso negativo, caliéntalos del mismo modo otro minuto. Una vez que la mantequilla o el chocolate empiecen a fundirse, apaga el microondas y saca el plato. (Ten cuidado, pues puede estar muy caliente).
4. La mantequilla o el chocolate habrán empezado a fundirse en los puntos calientes, y la distancia entre esos puntos
está relacionada con la longitud de onda del horno. Mide la distancia ente los centros de dos puntos calientes y regístrala como d. Esta es la mitad de la longitud de onda del microondas.
5. Multiplica este valor d por 2 para obtener la longitud de onda, y multiplícala después por la frecuencia (2450 MHz) para calcular la velocidad de las microondas. ¿Qué velocidad obtienes?
Quizá quieras expresarla en kilómetros por hora. Para hacerlo, divide el resultado entre 100 000 (centímetros por kilómetro) y multiplícalo por 3600 (segundos por hora). Un avión comercial vuela a unos 885 km/h. ¿Cómo es esta velocidad comparada con la de las microondas (y, en consecuencia, de la luz) que has medido?
¿QUÉ SUCEDE?
Los hornos de microondas funcionan creando microondas que cuecen los alimentos al calentar el agua. Esos hornos generan ondas que encajan bien dentro de la guía de ondas, lo que significa que hay puntos calientes y fríos. Dos puntos calientes están separados exactamente por la mitad de la longitud de onda, por lo que la distancia entre dos zonas de comida derretida será igual a la mitad de la longitud de onda de las microondas. El plato giratorio asegura que la comida se cocine de manera uniforme porque todas sus partes se mueven a través de los puntos calientes y fríos, y de todo lo intermedio.
Al medir la longitud de onda y conocer la frecuencia de las microondas, es posible calcular la velocidad de las microondas con
la ecuación de la velocidad de onda (página 52). Esta velocidad es la misma que la velocidad de la luz, que es más de un millón de veces más rápida que la de un avión.
61 LA FÍSICA DE LAS PALOMITAS
Los puntos calientes derriten el chocolate.
Los puntos calientes ocurren en los picos de las ondas.
A S oMiTA l p de LAs LA Física
¡Prepárate para jugar (y aprender) con los alimentos!
Descubre cómo se genera la electricidad, aprende cómo funciona el interior de los átomos, realiza experimentos con ondas y mucho más.
La física de las palomitas utiliza la ciencia aplicada para un enfoque de aprendizaje divertido e interactivo para toda la familia.
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ISBN 978-84-19785-68-8
9 7 8 8 4 1 9 7 8 5 6 8 8