Principio de Pascal
El incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible, contenido en
un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del
mismo.
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascensional (conocida como
empuje), de valor igual al peso del fluido que desaloja, dirigida hacia arriba y aplicada sobre el
centro de masas del cuerpo.
Diablillo de Descartes
Este experimento se basa en los principios de Arquímedes y de Pascal. Consiste en un pequeño
recipiente (llamado diablillo) que se encuentra normalmente flotando en el interior de una
botella. Sin embargo, al aplicar una presión sobre dicha botella, el diablillo se hunde.
Material necesario
El diablillo: Un recipiente abierto tan sólo por un extremo, debe caber por la boca de la botella.
Resultan ideales los frascos de muestra de perfumes
La botella: Una botella de refrescos o agua de plástico transparente. Debe ser lo
suficientemente flexible para poder ser presionada una vez llena. Resultan ideales las botellas
de refrescos de cola de un litro y medio o dos litros. También son útiles botellas de agua de un
litro. En cualquier caso, debe conservarse el tapón, que debe cerrar herméticamente incluso
cuando la botella está llena a rebosar.
Agua corriente para llenar completamente, a rebosar, la botella.
Procedimiento
Una vez recopilados los materiales, realizar el experimento es muy sencillo. Son necesarios tan
sólo cuatro pasos:
Llena la botella de agua completamente hasta rebosar. Cerciorarte de que el menisco del agua
sobre sale por el cuello de la botella.
Introduce el diablillo (frasco de perfume) vacío (lleno de aire) en la botella con la abertura
hacia abajo. Debe realizarse lentamente y con cuidado, de forma que no rebose más agua de la
necesaria, ya que si quedan burbujas de aire en la botella será más complicado realizar la
experiencia. En caso necesario, puede añadirse agua para suplir posibles pérdidas.
Cerrar la botella herméticamente con su tapón original. De nuevo, debe tenerse especial
cuidado en no dejar burbujas de aire dentro de la botella (fuera del diablillo).
Presionar firmemente los laterales de la botella. Si todo va bien, observaras como el diablillo se
llena de agua y se hunde en la botella.
Explicación teórica
La explicación teórica de la experiencia del diablillo de Descartes es, en realidad, muy sencilla.
Se basa en dos de los principios más conocidos de la hidrostática, conocidos como principios
de Arquímedes y de Pascal.
En la situación inicial, donde no estamos aplicando presión sobre la botella el diablillo
contiene, prácticamente en su totalidad, únicamente aire. La densidad del aire es,
aproximadamente de 1,3 g/l. El agua es algo menos de mil veces más densa, 1000 g/l. Por lo
tanto, dado que el aire es mucho menos denso que el agua, el peso del diablillo, incluyendo el
peso del recipiente de cristal, es en esta situación menor que el peso del agua desalojada. Por
lo tanto, el empuje de Arquímedes es capaz de vencer completamente el peso del diablillo, por
lo que lo vemos flotar. De hecho, normalmente la flotabilidad del diablillo en estas
circunstancias es tan grande que tiende a pegarse al tapón de la botella. Si la destapamos con
cuidado, observaremos que la tendencia natural del diablillo es a flotar con una fracción de
masa por encima de la superficie, tal y como sucede con las embarcaciones.
En el cuello del diablillo se crea una superficie de contacto entre el agua de la botella con el
aire de su interior. Si se ha llenado correctamente la botella, esta es la única interfaz que aireagua que contiene la botella.
Sin embargo, al apretar firmemente los laterales de la botella estamos sometiendo el
contenido a presión extra, que debido al principio de Pascal es transmitida a todas las partes
del fluido instantáneamente. Dicha presión no es capaz de comprimir el agua, ya que esta es a
efectos prácticos incompresible.
En particular, la presión ejercida se transmite a la interfaz aire-agua dentro del diablillo, y al
aire dentro de este. Debido a que el aire si es muy compresible, este reduce su volumen en
gran medida. La reducción del volumen del aire se compensa con la entrada de nueva agua
dentro del diablillo.
Por tanto, ahora en el interior del diablillo tenemos la misma masa de aire, pero mucha más
agua, por lo que el peso total aumenta. Sin embargo, el volumen total del diablillo es el mismo,
por lo que el empuje de Arquímedes es constante. Así las cosas, llegará un punto en que el
peso del diablillo sea superior al empuje de sustentación, por lo que se hunde hasta el fondo
de forma irremediable.
De hecho, es incluso posible conseguir flotabilidad neutra regulando cuidadosamente la
presión ejercida. En este caso, podemos observar el diablillo suspendido a media altura. Dado
que la densidad del agua no es constante, sino que aumenta levemente con la profundidad, es
posible controlar la altura del diablillo variando lentamente la presión ejercida.
Por último, al liberar de repente la presión ejercida sobre la botella, el aire en el interior del
diablillo se expande hasta recuperar su volumen original. De esta forma, la flotabilidad del
diablillo se ve restablecida, y este vuelve rápidamente a la superficie
Ejemplo del experimento
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