Olas dentro de una botella

1. Coloca una toalla (u otra capa protectora que pueda ensuciarse) en el área de trabajo.
2. Llena las dos botellas hasta un tercio de agua. Puedes utilizar un embudo para que sea más fácil llenar las botellas de agua. Añade unas gotas de colorante alimentario.
3. Cierra una botella y déjala a un lado.
4. Llena lentamente la otra botella con aceite vegetal. De nuevo, un embudo te ayudará a evitar derrames.
5. Cierra la botella y déjala a un lado.
6. Comprueba que ambas tapas estén bien cerradas.
7. Lleva las botellas preparadas con cuidado al área donde vas a hacer las observaciones.
8. Deja las botellas apoyadas de lado hasta que estés listo para observar.
9. ¿Qué ves en la botella que contiene agua y aceite? ¿El agua flota sobre el aceite, el aceite sobre el agua o ambos líquidos se mezclan? ¿Cuál crees que es más denso, el aceite o el agua?
10. ¿Qué crees que hay encima del agua en la botella que contiene solo agua de color? ¿Hay algo o es un espacio vacío?

• Empieza con la botella que contenga solo agua. Sostén esta botella horizontalmente y levanta un extremo para provocar una ola. Una vez que la ola ha comenzado, vuelve a colocar la botella en posición horizontal y observa la ola.
• Repite el proceso con la botella que contiene aceite y agua. ¿Notas alguna diferencia en las olas que se producen? ¿Se mueven más rápido las olas en una botella que en la otra? ¿Son más altas?
• Para que la comparación sea más sencilla, cuenta cada vez que la ola rebota en la tapa o en el fondo de la botella. Empieza con la botella que contenga solo agua. Sostén la botella horizontalmente y levanta un lado para provocar la ola. Vuelve a colocar botella en posición horizontal y sigue contando mientras la ola llega al otro lado de la botella.
• Añade un número cada vez que la ola llegue a la tapa o al fondo de la botella. Haz esto hasta que la ola se haya parado.
• Repite el paso anterior con la otra botella. ¿Has observado alguna diferencia? ¿Necesitabas contar más lentamente con una botella que con la otra? ¿Qué indica eso y cuál podría ser el motivo? Las actividades extra a continuación pueden darte una pista.
• Extra: Abre las botellas, pon un pedacito de cera dentro de ambas botellas y vuelva a cerrarlas. Como la cera es más densa que el aceite, pero menos densa que el agua, flotará en el agua pero se hundirá en el aceite. Puede que tengas que esperar un poco para que la cera se hunda en el aceite hasta que llegue a su lugar sobre el agua. Piensa que la cera es como una gaviota, un barco o un surfista flotando sobre el agua. Crea una ola como lo hiciste antes, pero ahora observa cómo se mueve la cera. ¿Se mueve hacia adelante y hacia atrás, o más bien hacia arriba y hacia abajo con la ola? ¿Puedes explicar tus observaciones?
• Extra: Si tienes un cronómetro, puedes medir cuánto dura la ola. Este es el tiempo que tarda una ola en pasar, de la cresta hasta el punto mínimo y de vuelta a la cresta. Reflexionando sobre las observaciones que has hecho antes, ¿crees que la duración es la misma para las olas con aire por arriba y las olas con aceite en la parte superior? Utiliza el cronómetro para medir el tiempo que tarda el trozo de cera en llegar desde la parte superior de una cresta, hasta descender y volver a subir hasta la parte superior de una cresta. Ese tiempo medido es exactamente la duración de la ola. ¿La duración es la misma para olas con aire en la parte de arriba y las olas con aceite en la parte superior?
• Extra: La frecuencia de una ola es la cantidad de olas que pasan en un segundo. Reflexionando sobre las observaciones que has hecho antes, ¿crees que la frecuencia es la misma para las olas con aire por arriba y las olas con aceite en la parte superior? ¿Puedes encontrar una manera de medir o calcular la frecuencia de las olas que has creado?

¿Has observado que el agua con aceite en la parte de arriba produce ondas sorprendentemente lentas?

Una ola se mueve porque el peso adicional del líquido en el pico de la ola empuja el agua desde debajo del pico hacia lugares donde el agua es menos profunda. Esto sucede en ambas botellas.

En el caso de la botella con agua y aire, tanto el agua como el aire empujan las capas más profundas de agua. El aire es aproximadamente mil veces menos denso que el agua, por lo que, cuando pasa una ola, las capas más profundas de agua reciben principalmente el peso de toda el agua acumulada en la ola. La diferencia de peso entre la cresta y el punto mínimo (o punto más bajo) es la fuerza impulsora de la ola. En este caso, la gran diferencia de peso da como resultado una ola que se mueve rápidamente.

De manera similar, en el caso de la botella con agua y aceite, el agua y el aceite empujan las capas más profundas de agua. Al igual que el aire, el aceite es menos denso que el agua (aproximadamente dos tercios), por lo que una cantidad de aceite pesa menos que la misma cantidad de agua. Por lo tanto, a medida que el agua se acumula en una ola, más agua y menos aceite presionarán hacia abajo en un punto debajo del pico de la ola. Sin embargo, en el punto menos profundo de una ola, más aceite y menos agua presionan sobre el agua debajo. Como resultado, la diferencia en el peso de los líquidos en un punto debajo de la cresta y un punto debajo del punto mínimo es mucho menor en este caso, por lo que la fuerza impulsora de la ola es mucho menor, aunque sigue obligando al agua a moverse desde debajo del pico de la ola. Además, el agua y el aceite más pesado que el aire deben moverse, por lo que los líquidos fluyen mucho más lentamente que cuando el aire ligero fluye sobre el agua. Lo que observas es una ola en la superficie del agua que se desplaza mucho más lentamente.

En la actividad extra probablemente has observado que la cera se movía principalmente hacia arriba y hacia abajo mientras que la ola se movía hacia adelante y hacia atrás. Esto se debe a que, en una ola, es el agua debajo de la ola la que se mueve horizontalmente; el agua de la superficie se mueve hacia arriba y hacia abajo.

Puedes verter el contenido de la botella solo con agua de color por el desagüe. ¡Pero no viertas el aceite por el desagüe!

Coloca la botella con agua y aceite en posición vertical y déjala así un tiempo para que los líquidos se separen. Selecciona un recipiente o una botella (como la que usaste para el agua coloreada) para recoger el aceite. Vierte lentamente la capa de aceite en un recipiente o en una botella limpia. No importa si cae algo de agua, pero haz lo posible para transferir la mayor parte del aceite. (Utiliza un embudo si tienes uno). Puedes verter el agua coloreada que queda por el desagüe. Lleva el aceite de cocina usado al punto limpio para reciclarlo. (El aceite de cocina usado se puede convertir en biodiésel, un combustible no tóxico y biodegradable que puede impulsar coches y autobuses y produce menos contaminantes en el aire que el diésel a base de petróleo).