Vés al contingut (premeu Retorn)

E9: Un líquid que balla

EXPERIMENT 9: Un líquid que balla

 

Els nostres amics del Caltech a la sèrie "Big bang theory" estan entusiasmats. No, no és degut al fet que hagin fet un complex experiment al pol nord per buscar monopols magnètics. Senzillament estan barrejant aigua amb midó de blat de moro (maizena) i l'estan fent ballar damunt un altaveu...

 

pick video big bang

 

Totes i tots tenim clar què és un líquid: Si omplim un got d'aigua amb una gerra, primer l'aigua té la forma de la gerra. Després el raig d'aigua cau i el líquid perd aquella estructura, per adoptar la del got finalment. En resum: els líquids no tenen una forma determinada. El contrari succeeix amb els sòlids: tenen una estructura fixa i no poden fluir, encara que fem força sobre ells: es trencarien abans. 

Hi ha, però, algunes substàncies que es noten dures com una pedra en moure-les ràpidament, però semblen líquides si les movem a poc a poc. Estrany, no? Doncs també ho és el seu el nom: fluids no-Newtonians. Nosaltres us proposem investigar-ne un a casa vostra. Farem un experiment amb un muntatge per mesurar la viscositat dels líquids, amb un nom tan estrany com el del líquid que estudiarem: un reòmetre.

1.- Ens preparem

L'experiment que farem consisteix a mesurar el temps que triga a enfonsar-se un regle en un got amb la barreja d'aigua i maizena. Per fer-lo necessitarem el següent material:

pick material

   200 g de Maizena

   Un got gran per fer l'experiment

   Un got petit per posar l'aigua

   Un regle

   Una cullera

   Una xeringa (si no la teniu, podreu utilitzar una cullera!)

   Cel·lo (optatiu)

   Cronòmetre (el del vostre mòbil, per exemple)

  

Per tal de preparar l'experiment hem de fer encara uns passos previs:

  • Omplirem el got gran amb 200 g de maizena i introduïm el regle una mica (un centímetre) dins la pols de la maizena. 
  • Ara marquem l'alçada del regle respecte a la vora del got. Per fer això cal que enrasem la nostra mirada de forma que veiem tota la vora del got al mateix pla (tal com indica la figura). 
  • Traiem ara el regle del got, contem cinc centímetres cap a dalt del regle i fem una altra marca. Aquesta la podeu fer amb un tros de cel·lo amb forma de banderola enganxada al regle, ja que us serà més fàcil a l'hora de fer l'experiment.
  • Per últim, és molt convenient tenir paper i boli a mà, i fer una taula amb la quantitat d'aigua que afegirem, i el temps que triga el regle a enfonsar-se els cinc centímetres.


img procediment E9

Important: quan el regle arriba a la marca (la bandereta de cel·lo en groc al dibuix) el regle no ha de tocar el cul del got. Les distàncies que us proposem les podeu variar per tal que el regle faci tot el recorregut: les que us donem són orientatives

2.- Experimentem!

Ja estem preparades per mesurar amb el nostre reòmetre casolà! Amb ell estudiarem com varia la viscositat de la barreja d'aigua amb maizena, en anar afegint aigua a poc a poc. Per fer-ho mesurarem el temps que triga el regle a enfonsar-se cinc centímetres dintre la barreja. Si el líquid és poc viscós (com l'aigua), ni el podrem mesurar a causa de la rapidesa amb què ho fa. Si el líquid és molt viscós (com la mel) podrem mesurar aquest temps amb comoditat... i si ho és molt, el regle trigarà tant en baixar que ens semblarà que no es mou!

Procediment:

Comencem l'experiment amb el got ple de maizena i afegim 10 ml d'aigua. Si no teniu una xeringa podeu afegir dues cullerades d'aigua (cadascuna té un volum aproximat de 5 ml). Abans de fer l'experiment, tingueu en compte que al principi, quan la barreja tingui poca aigua, el regle es pot quedar "clavat" i no baixar. En aquest cas aneu afegint 5 ml d'aigua, barregeu aigua i maizena, i intenteu-ho un altre cop. En el moment que tingueu suficient aigua perquè comenci a baixar:

  • Posem el regle enrasat amb la seva marca inferior, i posem el cronòmetre ben a prop nostre.
  • Quan vulgueu deixeu caure el regle i premeu el botó per començar a mesurar el temps.
  • Quan la banderola (o la marca que hàgiu fet) arriba a estar enrasada pareu el cronòmetre. Anoteu la mesura del temps.
  • Traieu el regle i netegeu-lo. Aquest pas és molt important per no barrejar efectes en les vostres mesures.
  • Torneu a repetir la mesura (tranquil·litat si és molt diferent de l'anterior: a vegades la barreja no és homogènia!). Anoteu la mesura del temps.
  • Afegiu 5ml més d'aigua (o una altra cullerada). Netegeu el regle, i comenceu de nou des del primer pas.
Arribarà un moment en què serà impossible mesurar el temps de caiguda perquè el regle es mou massa ràpid. En aquest cas conteu que el temps de caiguda és zero. 

 

 gif E9 maizena


Dues coses importants (que ja hem dit): Cal netejar el regle sempre abans de deixar-lo caure. Encara més important: cal barrejar molt bé l'aigua i la maizena. Això serà força difícil (i divertit!) quan tingueu poca aigua al vostre fluid no-Newtonià. Ho sabem!... precisament per això el fluid és no-Newtonià ;-)

3.- Analitzem!

Ja tenim una llista de la quantitat d'aigua en funció del temps. Representem en una gràfica* aquests valors... o millor encara, ho podem fer en funció de la concentració. 5 ml d'aigua tenen una massa de 5g, per tant, si la massa total d'aigua que heu afegit és ma, la concentració de maizena (en massa!) es pot calcular com:

Percentatge de maizena en pes: Pa en pes (%) = 100 · ma/(ma+mm

 

Observant les vostres dades podem respondre a la següent pregunta:
  • El temps que triga a baixar el regle (la viscositat) varia a poc a poc amb la concentració d'aigua o ho fa sobtadament?
Per últim, la part més important del nostre experiment és treure el nostre fluid no-newtonià del got, i jugar amb ell!
pick milimetrat
* La gràfica dels angles del camp de visió en funció del nombre de voltes la podeu  dibuixar de tres formes: la clàssica,  imprimint el nostre pdf . Utilitzant algun programa com excel, origin, geogebra, matlab... Per últim podeu utilitzar també una plataforma web com codap que us permet generar gràfics d'una forma molt senzilla.

4.- Compartim!

Després de barallar-nos amb la barreja de Maizena amb poca aigua i patir les propietats d'un fluid no-newtonià hem obtingut la següent gràfica del temps de caiguda del regle en funció de la concentració d'aigua:
Solucio maizena
Com podeu veure el canvi del que seria un fluid més semblant a un líquid a un més semblant a un sòlid a no es fa a poc a poc: quan a la barreja tenim un 40% d'aigua aproximadament veiem un canvi sobtat!
Ara ja sabeu més d'aquests fluids tan estranys, i fins i tot podríeu pensar en estratègies si caieu en un altre de semblant a la barreja de maizena amb aigua: les arenes movedisses!


Ens pots deixar els teus comentaris sobre aquesta iniciativa aquí