The Universe in the Classroom

Agujeros Negros

Actividad #1: Contracción

Propósito:

Demostrar como podría formarse un agujero negro.

Materiales:

Procedimiento:

  1. Prepare dos tarros separados, con un globo inflado en el interior de cada uno.
  2. Sostenga cada globo de tal manera que su boca quede por arriba del borde del tarro, y el resto del globo dentro del tarro.
  3. Infle los globos dentro de los tarros.
  4. Anude el extremo de cada globo para cerrarlo.
  5. Haga una marca en cada globo, justo arriba de la orilla del tarro, con el marcador.
  6. Ponga uno de los tarros en el congelador durante 30 minutos, y deje el otro tarro sobre la mesa para que permanezca a temperatura ambiente.
  7. Después de 30 minutos, saque el tarro del congelador.
  8. Observe la posición de la marca en ambos globos.

Resultados:

El globo a temperatura ambiente no cambia, pero el enfriamiento del globo en el congelador lo hace que se contraiga y se meta dentro del tarro.
At room temperature, the mark on both balloons remains the same. But after one is refrigerated and shrinks, the marks are at different levels.

Explicación:

El gas dentro del globo empuja hacia afuera, mientras que el aire exterior y la superficie elástica del globo empujan hacia adentro. El tamaño del globo no cambia mientras la presión hacia afuera del gas y la presión elástica hacia adentro son iguales. Este es el caso del globo que permaneció a temperatura ambiente.

El globo en el congelador se contrajo cuando la presión del gas en su interior disminuyó. La presión del gas es proporcional a su temperatura. Si la presión del gas interior continuara disminuyendo, la fuerza que la superficie elástica del globo hace hacia adentro lo haría más y más pequeño. Es el balance entre la presión del aire exterior y la de la superficie elástica que empujan hacia adentro, y la presión del aire interior empujando hacia afuera, lo que puede demostrar la formación del agujero negro. Las reacciones nucleares en el centro de una estrella producen una presión de gas hacia afuera. Mientras esta presión balancea la atracción gravitacional hacia adentro, el tamaño de la estrella permanece estable. Cuando las reacciones nucleares se detienen, se altera el balance, y la gravedad atrae los materiales de la estrella hacia el centro. Si la masa de la estrella, y por tanto su gravedad, es suficientemente grande, entonces nada puede evitar que la contracción continúe hasta que la estrella es tan pequeña que se vuelve invisible. Se convierte en un agujero negro.
Balloon diagram 1
Balloon diagram 2
Balloon diagram 3
1) At room temperature, the pressure of gas inside the balloon pushing out balances the pressure of air outside the balloon pushing in. 2) As the balloon cools in the refrigerator, the pressure inside decreases. The pressure is determined, in part, by how fast the gas molecules move. As the temperature cools, the molecules slow down, resulting in a decreased pressure inside the balloon. Without enough pressure to resist the inward push of the outside air, the balloon shrinks. 3) The balloon stops shrinking when the pressure inside once again balances the outside pressure. Even though the gas molecules inside are moving slower (due to lower temperature), they are moving within a smaller volume, and so the inside pressure starts to increase as the balloon continues to shrink. Once the two pressures are equal, the shrinking stops.

"Shrinking'' de Astronomy for Every Kid, por Janice Van Cleave. Copyright 1991, John Wiley and Sons, Inc. Usado con permiso.

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