138138Qu vela se apaga antes?

(16 20 noviembre 2009)Encendemos tres velas de diferente altura y las cubrimos con un bote de vidrio

colocado boca para abajo, tal como se ilustra en la figura.1 Es obvio que todas las velas se apagarn cuando se consuma el oxgeno del interior del bote. Pero, cul de ellas se apagar antes?

AVISO: El objeto de Simple+mente fsica no va ms all del placer que proporciona plantearse y resolver sencillas cuestiones razonando (y experimentando) de acuerdo con principios bsicos de la fsica. No hay ningn tipo de compensacin, excepto la satisfaccin personal y no van dirigidas a ningn grupo de personas en particular (es decir, estn abiertas a todo el mundo).

El primer da hbil de cada semana se presentar una nueva cuestin y la respuesta a la cuestin de la semana anterior.

Rafael Garcia Molina, Departamento de Fsica - CIOyN, Universidad de Murcia (rgm@um.es)

http://bohr.inf.um.es/miembros/rgm/s+mf/

1 El dibujo que ilustra esta cuestin ha sido realizado por Marta Galindo Romero, estudiante de Fsica en la Universidad de Murcia.

Resp.: La llama de la vela se produce porque tiene lugar una reaccin de combustin, en la cual el oxgeno del aire se combina con los hidrocarburos que constituyen la cera. Como resultado de la reaccin se produce dixido de carbono (CO2), agua y se libera energa trmica y luz:

hidrocarburo + oxgeno dixido de carbono + agua + luz + energa trmica .

Se apagar primero la llama de cuyo entorno disminuya ms rpidamente la concentracin de oxgeno; no es necesario que desaparezca completamente el oxgeno, pues basta con que su concentracin sea inferior a la necesaria para mantener la reaccin de combustin. En condiciones normales de presin y temperatura, el CO2 es ms denso que el aire; por ello podramos pensar que el CO2 generado en la combustin va depositndose en la parte inferior del recipiente; si ste fuera el caso, la vela de menor altura se apagara en primer lugar.

Pero el CO2 generado durante la combustin de la vela est caliente, por lo que su densidad es menor que la del aire que hay en el interior del recipiente y asciende, desplazando el aire (y el oxgeno que contiene) del entorno de la vela de mayor altura, que es la que se apaga en primer lugar. A continuacin de sta se apaga la vela de altura intermedia y, en ltimo lugar, se apaga la vela de menor altura, pues el CO2 tarda ms tiempo en desplazar el aire que hay a su alrededor, hasta que la concentracin de oxgeno se reduce por debajo del umbral necesario para mantener la combustin.

Puesto que el CO2 caliente asciende en el aire de su entorno, para evitar asfixiarse durante un incendio conviene caminar tumbado, con las vas respiratorias lo ms cerca posible al suelo, que es el ltimo lugar de donde desaparecer el oxgeno.

Miscelnea (frases, ancdotas , curiosidades) : Los contemporneos de Ludwig Boltzmann (1844-1906) criticaron duramente su uso de teoras atomistas para explicar los fenmenos fsicos. A causa de ello padeci fuertes depresiones que le condujeron al suicidio durante unas vacaciones en la costa adritica, poco tiempo antes de que los experimentos de Perrin en 1908 (sobre el movimiento browniano) y de Millikan en 1909 (de la gota de aceite) pusieran claramente de manifiesto la naturaleza atmica de la materia.