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La tensión superficial es el concepto empleado por los físicos para cuantificar una característica especial de los líquidos, fácil de entender y que da lugar a divertidos y sorprendentes efectos. Para entender bien lo que es la tensión superficial imaginad un vaso de agua. En ese vaso hay infinidad de moléculas de agua y las moléculas de agua interaccionan unas con otras, es decir, cada molécula tira de todas las demás moléculas que le rodean. Una molécula en el interior del vaso recibe tirones de todas las direcciones y como todos los tirones son iguales, se anulan entre ellos y la molécula no experimenta ningún efecto consecuencia de ellos. Sin embargo una molécula en la superficie del vaso sólo está rodeada de moléculas por los laterales y la parte inferior y por lo tanto ahora los tirones no se anulan sino que la molécula experimenta una fuerza neta (una fuerza es la forma rigurosa en física de llamar a un tirón) hacia abajo. Esto que os he contado hasta ahora se puede terminar de entender gracias a la siguiente imagen:

Tension Superficial

El efecto neto de que todas las moléculas de agua de la superficie reciban un tirón hacia abajo es que la superficie del agua se tensa, igual que si estiramos una prenda de ropa. Esta lámina de agua tensada se comporta igual que una cama elástica, es decir, soporta pesos encima de ella que no soportaría si no estuviera tensa. Ahora es el momento de definir tensión superficial: es la magnitud que cuantifica, es decir, que otorga un valor numérico a esta tensión de la superficie de dicho líquido. El agua es uno de los líquidos con mayor tensión superficial que existen y esto por ejemplo, es fundamental para los zapateros, esos insectos que andan sobre el agua.

Vamos con los experimentos para entenderlo todo mejor:

Para el primero necesitas agua, jabón y aceite de oliva. Este es el video:

Piensa bien lo que has visto. Justo en el borde de la gota de aceite las moléculas de agua que están allí situadas sienten los tirones de sus compañeras y lo mismo pasa con las moléculas de aceite de ese borde. El aceite tiene menos tensión superficial que el agua lo que significa que los tirones del aceite son mas débiles que los del agua y por tanto el aceite se extiende.  El jabón reduce la tensión superficial del agua (la fuerza de los tirones de sus moléculas) y por tanto ahora quien se extiende es el agua y el aceite recupera su forma inicial. Otra forma de que al aceite recuperara su forma sería calentar el agua. El agua caliente tiene menos tensión superficial que al agua fría. Por eso en la sopa fría se forma una capa de aceite en la superficie y en la sopa caliente no se ve esa capa. ¡El sabor de la sopa es consecuencia de la tensión superficial!

El segundo experimento nos lo cuentan como una fábula de la actual crisis económica pero yo me quedo con la física que hay detrás. Tanto la pimienta, como el talco, como los alfileres flotan inicialmente en el agua sostenidos por la tensión superficial. Cuando toco el agua con la punta del palillo mojado en jabón líquido, rompo esa membrana de agua y todo cambia. El jabón se expande por el agua y la pimienta y el talco se retiran al borde. Este es el video:

La tensión superficial también explica que el agua a veces no se derrame cuando prevemos que lo haga. Lo que sucede es una batalla entre la fuerza de la gravedad y la tensión superficial y esta batalla tiene lugar en las moléculas de agua del borde del vaso. Estas moléculas sienten la fuerza de la gravedad que tira de ellas hacia abajo favoreciendo que se derrame el agua y a la vez sienten los tirones del resto de moléculas  de agua que tiran de ellas hacia dentro del vaso. Y manejando bien esta batalla de tirones podemos lograr efectos tan espectaculares como los que muestran estos dos experimentos. El primero de los videos corresponde a una feria de la ciencia en Córdoba. Lo he elegido porque representa el espíritu con el que escribo este blog: divertir con la ciencia al público en general.

El segundo está en inglés pero se entiende perfectamente con las imágenes. Usan agua coloreada para que sea mas visual pero funciona igual con agua incolora.

Son dos videos perfectos para hacer apuestas con amigos y familia… ¿Qué te apuestas que meto 100 monedas en un vaso lleno de agua sin que se derrame una gota?

Vamos con otro experimento sorprendente y divertido:

Lo que sucede es que al añadir el jabón, ya hemos visto que se reduce la tensión superficial, por tanto se “rompe” la membrana tensa de agua. Esta ruptura genera fuerzas y movimientos en el seno del agua (como ya vimos en el caso de la pimienta, el talco y los alfileres). Y si provocamos estos movimientos dentro de una espiral de alambre, se logra que esta sea empujada por el jabón abriéndose paso a través del agua y por tanto que la espiral se ponga en movimiento.

Y para terminar algo muy espectacular:

En este caso usamos leche, colorantes alimentarios (los venden en todos los supermercados y son muy baratos) y nuevamente jabón líquido. El experimento se basa en la disminución de la tensión superficial de la leche pero en este caso hay algo más. La leche es una disolución de grasa y proteína en agua. El jabón limpia la grasa porque es una molécula con dos partes, una se une al agua y la otra a la grasa. Por eso al pasar agua por un plato con grasa y jabón, el agua arrastra al jabón que va unido a la grasa y el plato queda limpio. En nuestro experimento, el jabón reduce la tensión superficial de la leche y con la membrana líquida rota comienza una mágica caza de grasa por parte del jabón. Esta caza de grasa por el jabón produce el espectacular movimiento que vemos en el video ¡A pasarlo bien con la física!

PD: Es mas complicado de explicar pero la tensión superficial también permite que existan las fantásticas pompas de jabón. En internet hay cientos de páginas (y videos en youtube) donde os explican como hacerlas de manera profesional. ¡Es muy barato y muy divertido!

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