Conceptos clave
Física
Clima
Aire
Presión atmosférica

Introducción
¿Alguna vez ha visto un pronóstico del tiempo en la televisión? Si es así, es posible que haya notado que las letras «H» y «L» se mueven en el mapa del tiempo. A menudo se les conoce como zonas de «alta presión» (H) y «baja presión» (L). La presión de la que hablan es la presión atmosférica. Los cambios en la presión del aire pueden pronosticar cambios a corto plazo en el clima. Pero, ¿cómo sabes si la presión del aire cambia—o si es alta o baja? Los científicos han desarrollado un instrumento llamado barómetro que puede medir la presión atmosférica. En esta actividad, descubrirá cómo funciona un barómetro construyendo uno usted mismo.

Background
La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. La atmósfera tiene aproximadamente 300 millas de espesor, y la mayor parte está a 10 millas de la superficie de la Tierra. El aire se compone de moléculas de gas como nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono. Todas estas moléculas presionan sobre la tierra, y esta presión se llama presión del aire o presión atmosférica.

Es posible que te sorprenda saber que el aire tiene un peso, aunque no lo sientas. Hemos evolucionado para que la presión dentro de nuestro cuerpo coincida con la presión atmosférica externa. Sin embargo, son capaces de sentir cambios en la presión atmosférica. Por ejemplo, si vuelas en un avión, es posible que te duelan los oídos. Esto se debe a que a gran altitud la presión interna es mayor que la presión externa. Solo cuando equilibre ambas presiones haciendo que sus oídos «resuenen» dejarán de doler.

La presión atmosférica es más alta a nivel del mar y disminuye cuando subes a la atmósfera. A nivel del mar, la presión de aire normal varía de 800 a 1050 milibares. En la parte superior del Monte Everest, la presión de aire es aproximadamente un 30 por ciento menos. La presión del aire cambia con la altitud y con la temperatura. El aire caliente, que es menos denso, se eleva y da como resultado una presión de aire más baja. Cuando se eleva, se enfría y se convierte en vapor de agua, que luego se condensa en líquido. Esto conduce a la formación de nubes y lluvia. Por lo tanto, la baja presión generalmente se asocia con un clima nublado y lluvioso. Por otro lado, el aire frío de alta densidad aumenta la presión del aire. A medida que el aire frío se hunde, se seca, causando condiciones climáticas cálidas y secas en zonas de alta presión.

Ahora que sabemos cómo la presión del aire puede ayudar a predecir el clima, todavía necesitamos averiguar cómo medir la presión del aire. Para ello, los científicos han desarrollado el barómetro. Existen muchos tipos diferentes de barómetros. Uno de ellos es el barómetro a base de agua: el agua está sellada en un recipiente de vidrio con un pico estrecho que conecta el exterior con el interior. Cuando la presión de aire exterior aumenta, empuja el agua en el pico, lo que resulta en una disminución del nivel de agua. Cuando menos aire (presión de aire más baja) empuja el agua dentro del pico, el nivel del agua aumenta. En esta actividad construirás una variación de este barómetro. ¿Crees que puede predecir el clima de mañana?

Materials

• Heat-resistant glass jar
• Rubber band that fits around the mouth of the glass jar
• Balloon
• Wooden skewer
• Scissors
• Tape
• Paper
• Pen
• Three bowls
• Tap water (hot and cold)
• Ice cubes
• Paper toallas

Preparación

• Corte y deseche la abertura del globo, luego estire el trozo de globo restante alrededor de la abertura del frasco de vidrio, envolviéndolo firmemente.
• Asegure el globo al frasco con la banda elástica.
• Pegue el extremo de la brocheta de madera plana en la parte superior del globo con la punta puntiaguda apuntando lejos del frasco.
• Llene el primer tazón con agua a temperatura ambiente, el segundo tazón con agua caliente del grifo (tenga cuidado con agua caliente y pida ayuda a un adulto si es necesario) y el tercer tazón con agua helada.
• Coloque su barómetro cerca de una pared con el pincho paralelo a la pared.
• Pegue un trozo de papel detrás del barómetro en la pared.
• Dibuje una línea en el papel que se alinee con la punta del pincho.
• Marque la posición donde se coloca el barómetro. Tendrá que colocarlo en el mismo lugar más adelante durante la actividad.

Procedimiento

• Tomar el barómetro y coloque el vaso en el recipiente con el agua caliente. El agua no debe llegar más allá de la banda elástica. ¿Qué observa del barómetro? ¿Notas algún cambio? En caso afirmativo, ¿qué tipo de cambios?
• Después de un minuto, saque el barómetro del agua, séquelo rápidamente y colóquelo en el mismo lugar cerca de la pared donde ha colocado el papel. Haz otra línea en el papel para que se alinee con la punta puntiaguda del pincho. ¿Dónde apunta la punta ahora? ¿Cómo cambió el barómetro?
• Coloque el barómetro en el recipiente con agua a temperatura ambiente. De nuevo observa lo que sucede. Manténgalo en el tazón durante unos 10 minutos. Después de 10 minutos, ¿cómo se ve el barómetro diferente del anterior?
• Después de 10 minutos, coloque el barómetro en su lugar junto a la pared y haga otra línea en el papel donde apunta el pincho. ¿Qué notaste esta vez?
• A continuación, coloque el barómetro en el recipiente con agua helada durante aproximadamente un minuto. ¿Qué pasa con el barómetro en el agua helada? ¿Qué diferencias notas?
• Vuelva a colocar el barómetro delante de su gráfico de papel y haga otra línea hacia donde apunta la punta del pincho. ¿Puede explicar sus observaciones?
• Coloque el barómetro en el recipiente con agua a temperatura ambiente y repita los pasos una vez más. ¿A dónde apunta la punta del pincho esta vez? ¿Por qué?
• Extra: Repita sus pruebas con diferentes temperaturas del agua. ¿Cómo cambian sus resultados con otras temperaturas del agua?
• Extra: Lleve su barómetro al exterior para medir la presión atmosférica. Dibuja una escala que parezca una regla en otro pedazo de papel. A continuación, coloque el gráfico junto al barómetro para que la línea central se alinee con la punta del pincho. Deje el barómetro afuera durante varios días y marque todos los días dónde apunta el pincho. ¿Qué significa cuando la punta se mueve hacia arriba o hacia abajo en su báscula?

Observaciones y resultados
¿Pudo medir el cambio en la presión del aire con su barómetro? En esta actividad, en realidad se midieron los cambios de presión de aire dentro del frasco de vidrio, no el cambio de presión atmosférica externa. Como no podemos cambiar la presión atmosférica externa nosotros mismos, cambiamos la presión del aire dentro del frasco de vidrio para demostrar cómo funciona el barómetro de globos.

Cuando sellas el frasco de vidrio con el globo, hay una cierta presión de aire dentro del frasco de vidrio. La punta del pincho de madera debe estar bastante nivelada con la parte superior del frasco de vidrio, ya que la superficie del globo es muy plana. Sin embargo, cuando pones el frasco de vidrio en el agua caliente, el aire dentro del frasco se calienta y se expande. A medida que el frasco se sella con el globo, no tiene dónde escapar, y el globo comienza a abultarse. Esto se debe a que la presión del aire dentro del vidrio aumenta y presiona contra el globo. Como resultado, el pincho de madera apunta hacia abajo. La línea que hiciste debe estar por debajo de la línea original.

Cuando colocas el globo en agua a temperatura ambiente, el aire se está enfriando a temperatura ambiente donde estaba antes, por lo que el globo debería volverse plano de nuevo. Al mismo tiempo, el pincho de madera debe alinearse con su línea original. Lo contrario sucede cuando pones el frasco de vidrio en agua helada. A medida que el aire dentro del frasco se enfría aún más, se contrae y tira del globo hacia el frasco. Esto hace que el pincho de madera apunte hacia arriba. La línea que hiciste para el agua helada debe estar por encima de la línea original. De vuelta al agua a temperatura ambiente, el globo y el pincho de madera deben volver a sus posiciones originales.

Si mide la presión del aire externo con su barómetro, ocurrirá lo contrario: el pincho apuntará hacia arriba con una presión atmosférica creciente a medida que el aire fuera del frasco empuja hacia el globo. Con la caída de la presión atmosférica, el pincho de madera apuntará hacia abajo. Marcar la ubicación del pincho de madera todos los días puede decirle qué tipo de clima esperar.

Más para explorar
¿Qué es la Presión Atmosférica?, de NASA
Ciencia que Cambia de Tamaño: Cómo se Contraen y Expanden los Gases, de Scientific American
Suck It Up, ¡con Aire de Refrigeración!, de Scientific American
Actividades Científicas para Todas las Edades!, de Science Buddies

Esta actividad se presenta en colaboración con Science Buddies