Experimentació lliure

Un bloc de recursos per a les Ciències Experimentals

Any de la Llum 2015. El drac de Gardner

Posted by Lorenzo Ramírez a 11 març 2015

Continuem amb la celebració de l’Any Internacional de la Llum i les Tecnologies basades en la Llum amb la visita d’una il•lusió òptica increïble que es diu drac de Gardner o drac Thinky. El va dissenyar Jerry Andrus (Jerry’s Paradox Box), un mag i il•lusionista, amb l’ajuda de Bill Ritchie, de l’empresa ThinkFun, per a la conferència matemàtica Gathering for Gardner de l’any 1998.

Com es veu a la fotografia de baix, el nostre drac està fet de cartró i és una recreació en gran del petit drac de paper original.

Amics del drac

Per veure aquesta meravella us he de baixar el retallable, imprimir-lo, muntar-lo i ficar-lo sobre una taula o un armari. Després us moure-ho al voltant del drac mirant-li a la cara amb un sol ull (l’altre no cal que us el tragueu, només tanqueu-lo), i d’aquesta manera el cap del drac us seguirà la mirada. També ho podeu veure en el vídeo de sota o en molts d’altres penjats a youtube. L’efecte es veu molt bé en vídeo amb els dos ulls oberts ja que s’ha gravat amb un sol ull (el de la càmera).

 

Com funciona? Si ens movem al voltant d’un objecte sòlid, el nostre cervell sap a priori com s’han de comportar les cares que ens mirem, però el drac ens dóna pistes equivocades, perquè el seu cap és còncau mentre que nosaltres suposem que ens està apuntant amb el nas. Es tracta de la il•lusió de la cara buida que té la seva versió més simple en un cub de paper que flota i la més atrevida en la visió d’unes popes de disfressa de carnaval mirades al revés.


 

Posted in Esdeveniments, Experiments, Física, Joguines | Etiquetat: , , | Leave a Comment »

Any de la Llum 2015. La càmera obscura

Posted by Lorenzo Ramírez a 31 gener 2015

Com he explicat en l’entrada anterior, el 2015 ha estat escollit per la UNESCO com l’Any Internacional de la Llum i les Tecnologies basades en la Llum. Per a celebrar-lo a l’institut hem pensat en preparar de tant en tant experiments sobre la llum que puguin estar a l’abast de l’alumnat en qualsevol racó o passadís del centre, fins que traspassin de mort natural de l’excessiu us que d’ells se’n faci.

Per començar, un grup d’alumnes de 1r de batxillerat ha confeccionat una Càmera obscura de grans dimensions (2 x 1,2 x 0,8 m) i l’ha posat en un racó d’un replà de les escales des d’on es té una vista de l’exterior de l’edifici, que s’observa invertida en l’interior de la cambra. La caixa ha estat construïda amb dues supercaixes pensades per portar en palet i ens han costat 18 € cadascuna.

Le millors observacions s’obtenen quan el dia és solejat i entra abundant llum a la caixa, el que de moment no hem tingut a Lleida.

Camera en posició

La càmera disposa d’una pantalla fixa en el fons de paper blanc i una altra de mòbil par a poder enfocar les imatges, si cal. A l’entrada de la llum és possible col•locar un orifici de 5 mm o dues lents d’una o dues diòptries, o el que cadascú vulgui, per exemple el vidre de les seves pròpies ulleres.

Entrada de la llum

Les lents que hem penjat al dispositiu (1 i 0,5 m de focal) són vidres (més aviat plàstics) de dues ulleres de vista cansada, que els de la meva edat podeu tenir per casa o, si sou joves, comprar en un xinès per 3 o 4 euros. Prement una mica la lent, surt de la ullera sense cap dificultat (no es trenca, que és de plàstic).

Com sabeu, és possible construir càmeres fosques més petites, de mà, amb cartolina o cartró. Vaig conèixer d’aquests artefacte i la seva utilitat a la física en el llunyà any de 1977 de la mà d’una publicació de de l’ICE de la Universidad Politécnica de Barcelona, titulada Óptica Geométrica (Guía del profesor i Guía del alumno), i escrita per Aureli Caamaño, Nuri Custodio, Elisabet Laplana, Emilio Llorente, Manel Pau, Jordi Roig, Jordi Sanchez, Alicia Serra i Armand Servent, on es descriu la forma de construir-la, fer-la funcionar i les seves utilitats didàctiques, així com uns plànols per fer-la a partir d’una cartolina negra. Els plànols no són els originals de la publicació, però les dimensions, si.

Posted in Experiments, Física | Etiquetat: , , | Leave a Comment »

Comença l’Any Internacional de la Llum 2015

Posted by Lorenzo Ramírez a 29 gener 2015

BlockLogoIYLEl 2015 ha estat escollit per la UNESCO com l’Any Internacional de la Llum i les Tecnologies basades en la Llum. L’Any Internacional de la Llum pretén comunicar a la societat la importàncies de la llum, i les seves tecnologies associades, en el món actual en àrees tan importants com l’energia, l’educació, la salut, la comunicació, etc.

 

La cerimònia d’inauguració de l’Any Internacional de la Llum 2015 ha estat el 19 i 20 de gener a París, on s’han reunit personalitats polítiques, líders industrials i reconeguts científics d’un gran ventall de disciplines (incloent cinc premis Nobel).

A Espanya, l’acte inaugural es celebrarà el proper dia 16 de febrer de 2015 a les 19 hores en el Teatre Poliorama de Barcelona. Si voleu, podeu assistir a la inauguració, però és imprescindible comunicar el nom i cognoms a luz2015@cells.es, ja que l’aforament del teatre és limitat.

En aquest acte tres conferenciants oferiran diferents perspectives sobre el paper i l’impacte de la llum a les nostres vides: Dr. Ignacio Cirac (Insttitut Max-Planck), Dra. Caterina Biscari (Sincrotró ALBA), Dr. Jeroni Nadal (Clínica Barraquer). L’esdeveniment serà amenitzat amb l’actuació del violoncel•lista Lluís Claret.

Aquestes cerimònies d’inauguració són el punt de partida d’un any ple d’activitats científiques, artístiques i culturals per posar de manifest el rol de la llum en àrees com la salut, les comunicacions, l’economia, el medi ambient o l’art, que s’aniran desenvolupant per tot el Món, també a Catalunya i Espanya, al llarg d’aquest any.

Per tal d’impulsar les activitats de l’Any, s’ha constituït un comitè espanyol format per membres procedents dels l’àmbits acadèmic i industrial, que engloben àrees de coneixement multidisciplinàries pròpies de l’ampli ventall de camps en els que la llum intervé: física, comunicacions i GPS, medi ambient o patrimoni cultural i manifestacions artístiques.

Una proposta

Per tal de començar a treballar us recomano la web de l’Any de la Llum del comitè espanyol i els materials que ha preparat l’amic José Luis Cebollada director de Ciencia Viva del Departament d’Educació d’Aragó amb colaboració de l’Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA) i l’Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (i3A).

 

Kit llum educació AragóHan preparat una maleta de la llum per distribuir en els centres docents d’Aragó amb la que es poden realitzar tallers d’òptica i fotònica amb l’alumnat de primària i secundària amb activitats pràctiques que giren al voltant de com viatja la llum, el color, el sentit de la visió, la reflexió i refracció, la polarització, la visió humana, interferències, detectors de llum i comunicacions òptiques, entre d’altres temàtiques. Els continguts dels tallers es recullen en unes estupendes guies dirigides als docents de primària i secundària, i descarregables en la seva pàgina web.

 

Perquè l’any 2015

Com explica la propaganda del comitè internacional, l’any 2015 és un candidat natural per a l’Any Internacional de la Llum, en commemoració d’una sèrie de fites importants en la història de la ciència de fa 50, 100, 150, 200 anys, i encara més.

 

En 1815 Fresnel va publicar el seu primer treball introduint la teoria de la llum com una ona, i el 1865 Maxwell descriu amb rigor la teoria electromagnètica de la llum. En 1915 la teoria de la relativitat general desenvolupada per Einstein va demostrar com la llum era al centre de l’estructura mateixa de l’espai i el temps.

El 1965 Penzias i Wilson van descobrir el Fons Còsmic de Microones, un ressò electromagnètic de la mateixa creació de l’univers, i Charles Kao va desenvolupar la fibra òptica de baixa pèrdua que va permetre la comunicació a internet.

Aquests descobriments van canviar profundament la física quan es van fer, i segueixen tenint un gran impacte en la ciència i la tecnologia actual. La teoria ondulatòria de la llum i les lleis de l’electrodinàmica han portat a l’evolució que va dels làsers i els DVD, als telèfons mòbils, a internet sense fils i a la radioastronomia. Les lleis de la relativitat general i l’estudi del fons còsmic de microones han repercutit des del disseny del sistema global de satèl•lits GPS fins en les preguntes fonamentals sobre l’origen de l’Univers.

Fins i tot de manera més general, l’any 2015 també celebra 1.000 anys des que van ser escrites les primeres obres sobre l’òptica pel científic Ibn Al-Haytham, i representa 400 anys de la invenció en 1615 d’un prototip de motor solar.

Cientifics de la llum

Posted in Esdeveniments, Experiments, Física, General | Etiquetat: , , | Leave a Comment »

Les 10 (o més) reaccions de Química més espectaculars (4)

Posted by Lorenzo Ramírez a 13 gener 2015

Quarta entrega de les 10 reaccions de Química més espectaculars que es poden fer en un laboratori escolar. Aquesta entrega va d’àcids i pasta de dents


 7.- Reaccions amb àcids forts

Són diverses les reaccions químiques que resulten molt vistoses i que es poden fer utilitzant àcids forts com a reactius. A més de la seva perillositat, la pega que tenen en general és que produeixen vapors i residus tòxics, per la qual cossa NO és gens recomanable fer-les al laboratori escolar. Molt millor és mirar-les en els vídeos ja penjats a la xarxa.

Polimerització explosiva (amb àcid sulfúric)

gresol amb nitroanilina

Imatge de youtube

El que es veu a la tassa (gresol) de la fotografia de la vora no és cafè que s’hagi preparat un company al laboratori. És una mescla de 4-nitroanilina i àcid sulfúric que s’està escalfant a sobre d’una reixeta. Si mireu el vídeo veureu que la reacció és espectacular, sobre tot per lo ràpida que és.

Es produeix una reacció de polimerització explosiva quan la 4-nitroanilina reacciona escalfant-la amb àcid sulfúric. Com a resultat de la reacció es formen diòxid de sofre, SO2, diòxid de carboni, CO2, òxids de nitrogen, NOx, i aigua, que produeixen l’expansió del carboni que apareix en forma d’escuma negra (un fal•lus negre), com es veu també en aquest altre vídeo.

L’escuma de carboni que es produeix és de baixa densitat i retardant de foc. En la dècada de 1970, la NASA va estudiar la reacció del dibuix de dalt perquè van veure el seu potencial per a ser utilitzada per controlar els brots de foc a les naus espacials.

 

Una altra reacció forta (amb àcid nítric)

Es diu àcid nítric fumant quan la concentració d’àcid nítric és superior al 70%. L’àcid nítric fumant és un oxidant molt fort i reacciona ràpidament en contacte amb compostos orgànics com la acetona. A més, el seu vapor és corrosiu i causa cremades greus.

Nitric-nitril

Quan l’àcid nítric fumant entra en contacte amb guants de nitril, per exemple, els hi cala foc, com es pot veure en el vídeo, produint una reacció molt exotèrmica. Jo no tinc nítric d’aquesta concentració i no he fet la prova, ara bé, a tot arreu on he mirat els fabricant de guants de nitril diuen que els seus guants són dolents pel àcid nítric del 70%, però en cap moment indiquen que es poden incendiar espontàniament en contacte amb l’àcid.

 

Els guants de “goma” que es troben a les botigues normalment són de làtex o de nitril. A diferencia del làtex natural que es bàsicament poliisoprè, el nitril és un copolímer que es composa de dos monòmers, l’acrilonitril i el butadiè.

 

I una altra més (una altra vegada amb sulfúric)

Les esponges de bany sintètiques i barates estan fetes d’escuma de poliuretà. Si s’afegeix àcid sulfúric concentrat a una esponja d’aquestes la deshidrata i trenca la seva estructura, desfent-la. En el vídeo es pot veure a càmera lenta.

Esponja

La moneda es dissol

Un clàssic de les monedes de coure o de les joies d’or nòrdic o plata alemanya és que no són atacades pels àcids forts, com el clorhídric o el sulfúric, ja que el potencial d’oxidació del coure és més petit que el de l’hidrogen. Recordo de petit, a les fires, que sempre hi havia venedors que feien passar per plata el que no era i demostraven a les senyores que era plata submergint la joia en un plat amb salfumant.

Un altre clàssic, aquesta vegada dels laboratoris escolars, ha estat el fer reaccionar (dissoldre) coure en àcid nítric concentrar. La reacció és molt bonica: és exotèrmica, apareixen vapors de color marró-vermellós, el nítric bull i es torna de color verd, la moneda es desfà i es forma una atmosfera tòxica i irrespirable. Per tant, o es fa en campana de gasos o millor no fer-la.

Nitric i moneda

El que passa no és que el coure desplaça a l’hidrogen, sinó que l’àcid nítric és molt oxidant i és capaç d’oxidar el coure metall a coure (II), que dona color verd a la dissolució, mentre l’àcid es redueix a diòxid de nitrogen, que és el gas de color marró-vermellós:

Cu (s) + 4 HNO3 (ac) → Cu(NO3)2 (ac) + 2NO2 (g) + 2H2O (l)


8.- La reacció de la pasta de dents de l’elefant

La reacció de la pasta de dents de l’elefant és la descomposició del peròxid d’hidrogen catalitzada per l’ió iodur. La reacció produeix un munt d’escuma calenta i fumejant que a més pot ser de color o fins i tot a ratlles per semblar-se a certes pastes de dents. Per això es diu aquesta reacció com es diu, només els elefants tenen un ullal tant gran que necessiti una quantitat de pasta de dents tan gran com la produïda per aquesta increïble reacció!

Elephant Toothpaste Denver JDS Labs

Elephant Toothpaste Denver JDS Labs

Aquest experiment és mol fàcil de fer, tot el que es necessita és sabó per rentar plats, peròxid d’hidrogen (aigua oxigenada) i iodur de potassi. En la wikipedia trobeu les reaccions químiques que succeeixen i en el quadern de pràctiques de Pol Lambea una proposta de quantitats a ficar. Teniu en compte que l’aigua oxigenada que s’ha de fer servir no és la de la farmaciola, que només és de 10 volums d’oxigen (3%), sinó de 30 volums (9%) que s’ha de comprar en un lloc especialitzat.

De tota manera el que passa és que l’ió iode del iodur de potassi catalitza la descomposició del peròxid d’hidrogen, de forma que es desprèn ràpidament oxigen gas. En el vídeo, Pep Anton Vieta afegeix colorant alimentari per donar-li color a la pasta, i sabó rentavaixelles que atrapa l’oxigen en el seu intent d’escapar i formar l’escuma tant aparatosa. El resultat és una serp d’escuma que s’assembla a la trompa d’un elefant o a la pasta de dents que surt d’un tub enorme. En aquest altre vídeo l’escuma és encara més abundant.


Fins la propera

Posted in Experiments, Laboratori, Química | Etiquetat: , , , , , | Leave a Comment »

Les 10 (o més) reaccions de Química més espectaculars (3)

Posted by Lorenzo Ramírez a 22 novembre 2014

Tercera entrega de les 10 reaccions de Química més espectaculars que es poden fer en un laboratori escolar. Aquesta vegada amb foc per tot arreu.


5. La serp del faraó de sucre

La serp de sucre cremada

Aquesta serp del Faraó (o Serp Negra o, fins i tot, Mamba Negra), com podeu veure al vídeo de Delcopond, no te gens que envejar a la que anomeno a sota verdadera (perquè és la que surt a totes les compilacions) ja que és tant o més espectacular i, per contra es fa amb uns components molt fàcils d’aconseguir (sucre, millor si és glas, i bicarbonat).

Mamba negra

Imatge del vídeo de Delcopond

Primer s’han de preparar el ous de la serp barrejant una cullerada de bicarbonat per cada quatre cullerades de sucre glas i fent unes pastilles comprimint la mescla humitejada en alcohol. Es fiquen les pastilles sobre sorra de platja ben mullada amb alcohol i s’encén. Poc a poc començaran a sortir les serps dels seus ous. S’ha de tenir paciència ja que les serps triguen a desenvolupar-se.

Us he de dir que a mi no m’han sortit mai tan bé com en el vídeo de Delcopond. És preferible que les pastilles estiguin seques i, pot ser, millor no fer pastilles i posar la mescla directament sobre la sorra mullada en alcohol fent una muntanyeta.

Per a fer pastilles grosses va bé el coll tallat d’una ampolla d’aigua petita on es fica la mescla, i un bocí de pal d’escombra de fusta per comprimir. Si volem pastilles més petites podem utilitzar els recipients buits de les pastilles de medicaments, com els de les aspirines (idea de Josep Corominas).

 Ous de serpFer pastilles

En aquesta reacció, en cremar amb alcohol la mescla de bicarbonat i sucre col·locada sobre una base de sorra de la que sortirà la serp, el bicarbonat es descompon en carbonat de sodi, vapor d’aigua i diòxid de carboni.

2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

Els de Quimicefa ho fan molt similar però aposten pel nitrat d’amoni:

NH4NO3 → N2O + 2 H2O

Mentre que la combustió del sucre produeix vapor d’aigua i diòxid de carboni:

C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

Al mateix temps, el sucre es caramel·litza per acció de la calor. En aquest estat plàstic, el sucre s’infla per acció del gas desprès. Mentre el sucre s’infla i la reacció contínua, el sucre acaba per cremar-se en una reacció que combina la combustió i la deshidratació:

C12H22O11+ 12 O2 → 12 CO2+ 11 H2O

C12H22O11 + Q  → 12 C + 11 H2O

El que s’obté de la reacció és carboni inflat, amb una forma que recorda a una serp.

La serp de sucre deshidratada

Deshidratacio sucreUna alternativa clàssica ha estat la formació de la serp de sucre per deshidratació amb àcid sulfúric. Pot ser, més que una serp sembla un fal·lus negre, però ..

La reacció desprèn gran quantitat de gasos tòxics i deixa un residu impregnat de sulfúric per la qual cosa, encara que s’ha fet tradicionalment en els laboratoris escolars, no és gens recomanable fer-la a classe. En tot cas, si es fa, en la campana de gasos i neutralitzant després els residus amb carbonat de sodi.

La reacció és molt fàcil de fer. En un vas de precipitats petit es fica fins la meitat de sucre, se completa amb sulfúric, es remena una mica amb una vareta i es deixa que l’àcid faci el seu efecte.

Aquí s’expliquen les reaccions que tenen lloc i es veu la serp de sucre en acció.

La serp del faraó de veritat

La veritat és que aquest experiment de la serp del faraó (la verdadera) que es fa cremant tiocianat de mercuri (II) [sulfocianur de mercuri (II) – Hg(SCN)2] és ben guapo, però a causa de l’alta toxicitat dels fums, que contenen vapor de mercuri, cianogen, diòxid de sofre, etc, i de que els residus també són prou tòxics (mercuri). NO és gens recomanable fer-la a classe.

 Serp del faraó

A més a més, el tiocianat de mercuri (II) és un compost més difícil d’aconseguir que el bicarbonat i bastant car. Hi ha l’alternativa de sintetitzar-lo un mateix a partir de tiocianat de potassi, mercuri metall i àcid nítric concentrat com ho expliquen aquí, però encara tot el procés és més tòxic.

Els de Triple enlace expliquen prou bé la concatenació de reaccions que es produeixen en encendre el tiocianat.

Aquí teniu l’enllaç a diferents vídeos en es veu la formació de la serp a partir d’un bocí de tiocianat, a partir de la substància en pols, i una variant en la que el tiocianat està amagat a sota d’una muntanyeta de dicromat d’amoni amb la qual s’inicia la reacció, de manera que sembla que la serp surt del foc del volcà.

 


6.- La botella de foc

És una combustió ràpida del vapor de alcohol que plena una botella. La reacció és espectacular però molt ràpida. Per veure-la bé el laboratori ha d’estar una mica a les fosques i, si es grava per visionar-la a càmera lenta després, millor.

S’agafa una botella de plàstic transparent seca per dins d’un litre i mig o dos litres (millor encara una garrafa de plàstic de 5 litres) i es fica a dins una mica d’alcohol de cremar o de farmaciola. Amb 1 o 2 mL n’hi ha prou i va bé qualsevol alcohol (metanol, etanol, isopropanol). S’escampa bé per tota l’ampolla i es llança l’excés d’alcohol.

Es col·loca la botella en una taula i s’apropa l’extrem d’un encenedor de cuina de gas a la boca de l’amolla. Es veurà una flamarada i es sentirà un xiulet fort. La mà no ha d’estar mai damunt la boca de la botella quant s’encén!.

Imatge de Youtube de Flinn Scientific

Imatge de Youtube de Flinn Scientific

Aquest és el vídeo que més apareix en les pàgines que recopilen experiments espectaculars, però a mi m’agrada més el de la foto de dalt o aquest d’un profe que ho fa davant l’alumnat amb una garrafa gran de plàstic i alcohol isopropílic per parlar d’energia química.

La serp de foc

Una alternativa molt elegant que vaig aprendre de Josep Corominas consisteix en muntar en espiral un tub de plàstic transparent d’uns dos metres de llarg i un parell de centímetres de diàmetre, de manera que es pot fer lliscar des del forat de dalt una mica d’alcohol o d’acetona. El líquid va baixant pel tub mentre una part se va evaporant. Quan el que queda de combustible arriba al final del tub es troba amb una espelma encesa.

El gas s’encén i una bonica flama va ascendint per tot el tub amb un resultat preciós.

Coet d’alcohol

Base de llançament vertical

Base de llançament vertical

Aquesta deflagració de l’alcohol de la que parlem es pot aprofitat per utilitzar-lo com a combustible de coets i fer una altra experiència que agrada de debò a la canalla.

S’ha d’aconseguir una ampolla de plàstic buida (de gasosa, de cola, MAI de VIDRE!) que es pot utilitzat tal qual, o bé posar-li una punta i alerons de cartró per convertir-la en un coet. Al tap se l’ha de fer un petit forat al centre d’uns 4 mil·límetres de diàmetre. Aquesta serà la via d’escapament dels gasos que es produeixen en la combustió de l’alcohol.

Es buida bé l’envàs i s’asseca. Amb l’ampolla destapada se li fiquen aproximadament 1,5 mL de alcohol i es va girant i agitant la botella per tal d’aconseguir que la major part de l’alcohol s’evapori. Se li posa el tap ben roscat i, si hem ficat alcohol en excés, s’acaba de buidar ficant-la vertical.

Ara s’ha de posar l’ampolla-coet al terra o en una base de llançament apuntant a un espai buit on no pugui xocar amb res. No s’ha d’encendre directament amb un encenedor sinó amb la punta d’un pinxo doblegada (d’aquells que s’usen per fer pinxos moruns). Si s’apropa la punta del pinxo encesa a l’orifici del tap de l’ampolla i l’envàs sortirà a mil per hora fent un xiuxiueig fort.

Es pot usar la botella diverses vegades si no es deforma massa amb l’escalfor dels gasos de la combustió del vapor l’alcohol amb l’oxigen de l’aire, però entre llançament i llançament convé refredar l’envàs agitant-lo sense el tap, el que de pas aconsegueix que torni a entrar aire net a l’ampolla.

 Com encendre el coet  Base de llançament 2

Si fem l’experiment sense gaire llum veurem com instantàniament l’ampolla es posa incandescent. En encendre’s la mescla de l’interior de la botella augmenta molt la pressió, el que fa que els gasos surtin a gran velocitat pel petit orifici del tap. En contrapartida l’ampolla surt impulsada cap al costat oposat de la fuita pel principi d’acció i reacció.

Aquí, en el programa d’Spangler Science TV ho fan de forma similar a la meva proposta i molt bé explicat i aquí teniu una versió de la Royal Society of Chemistry en la que fan el forat en el cul de la- botella i la rampa de llançament és un metre de canaló dels que es fiquen per recollir l’aigua de les taulades.


Posted in Experiments, Laboratori, Química | Etiquetat: , , , , , , , | 1 Comment »

 
Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 35 other followers