Diablillo de descartes

Resumen
En esta página presentamos una versión casera del experimento denominado como 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.
Materialnecesario
El diablillo: Un recipiente abierto tan sólo por un extremo, debe caber por la boca de la botella (ver a continuación). Resultan ideales los frascos de muestra de perfumes, como el mostrado en la figura 1.
Figura 1. (Nota: Si utilizas un frasco de perfume, debes pedir permiso a la propietaria del mismo, o al menos procurar que ésta no se entere).
La botella: Una botella de refrescos oagua 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 llenarcompletamente, a rebosar, la botella.
Unos brazos fuertes y firmes para presionar la botella una vez llena ;)
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. Denuevo, 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 losprincipios más conocidos de la hidroestática, conocidos como principios de Arquímedes y de Pascal. Dichos principios rezan tal que así:


Figura 2. 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.

Principiode 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.
Para más detalles acerca de estos y otros principios en hidroestática, por favor consulte los apuntes de Física General de Fluidos (por hertz).

En la situación inicial, donde no estamos aplicandopresión sobre la botella (ver figura 2) el diablillo contiene, practicamente 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 delagua 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...