Ludión o diablillo de Descartes

Ludión o diablillo de Descartes

Este invento de Descartes de carácter eminentemente lúdico, consta de una botella plástica llena de agua con un buzo o flotador sumergido que asciende o desciende, dependiendo de la presión que se le imprima con una mano.

     Se necesita una botella de refresco de plástico transparente de un litro o más, con su tapa de rosca y una tapa de bolígrafo (tipo kilométrico) con un extremo cerrado para hacer el buzo; si es transparente, mejor. Además, tres barras de plastilina de diferentes colores. Para su construcción, en primer lugar, se tiene que preparar el buzo para sumergirlo en la botella. El buzo debe contener una cámara de aire con un orificio abierto que le permita la entrada y salida del agua. Por esto se usa la tapa del bolígrafo, al cual se le coloca un pedazo de plastilina en la prolongación (gancho) del extremo abierto, para desplazar su centro de masa y lograr que flote en el agua en posición vertical (figura 14).  Previamente se debe probar el buzo en un vaso lleno de agua. Por tal razón, se introduce en el agua en posición vertical con el extremo abierto hacia abajo; sí está listo, debe flotar verticalmente; si se hunde, se le debe quitar un poco de lastre (plastilina) hasta lograr que flote. Estará preparado para su inmersión en la botella cuando flote en el agua y que una parte muy pequeña de su volumen sobresalga a la superficie. A continuación se introduce cuidadosamente en la botella completamente llena de agua. Debería flotar en el pico de la botella con su extremo superior emergiendo unos dos milímetros por encima de la superficie del agua. Si es así, se tapa la botella y se procede a experimentar como se muestra en la figura 15.

     Existen otras alternativas para preparar el buzo. A la tapa de bolígrafo se le puede colocar un muñequito hecho con plastilina de colores para hacerlo más atractivo. Se puede usar un gotero (dispensador a gotas) de  medicina al que se le introduce cierto volumen de agua con el succionador de goma para controlar el peso del buzo y permitir que flote; también, se puede elaborar otro modelo con un trozo de pitillo y plastilina.

     Cuando el buzo se introduce en la botella completamente llena de agua y se tapa, existen dos fuerzas iguales en magnitud pero en sentidos contrarios que lo mantienen en equilibrio: el empuje del agua que lo hace flotar y su peso que lo tiende a hundir. En tal posición, el empuje se produce por el volumen total de la tapa (con la plastilina) sumergida en el agua, más el volumen de la burbuja de aire que se encuentra en su interior, es decir el volumen de la cavidad. El peso del buzo es la suma del peso de la tapa más el peso del lastre (plastilina). Se puede apreciar que prácticamente no ha entrado agua a la cavidad de la tapa.

     Por otra parte, al presionar la botella con la mano, se observa cómo el buzo se hunde. Este incremento de presión en las paredes, por el principio de Pascal (Un incremento de presión en un punto cualquiera de un fluido incompresible se transmite por igual a todos los puntos del mismo y a las paredes del recipiente que lo contiene), se extiende por todo el líquido en la misma proporción, y el agua que entra a la recámara de la tapa comprime el aire en su interior disminuyendo el volumen de la burbuja de aire. Por consiguiente, la disminución del volumen hace que disminuya el empuje sobre la tapa. El buzo se hunde hasta una profundidad donde el empuje es igual al peso. Si se sigue incrementando la presión con la mano, el buzo sigue hundiéndose hasta tocar el fondo de la botella.

    Al contrario, al disminuir la presión efectuada con las manos a la botella, sale un poco de agua del buzo, aumenta su volumen y el empuje, y asciende. Además, presionando adecuadamente las paredes de la botella se logra que el buzo “levite” y quede  suspendido en el agua a cualquier profundidad; en cuyo caso, el empuje total sobre el buzo es igual a su peso.

     También se puede cambiar la presión del agua en la botella colocándole una inyectadora de 50 cc a su tapa como se indica en la figura 16; bien directamente sobre la tapa o mediante una manguera de plástico de acuario. A tal efecto, se abre un pequeño agujero en la tapa, se introduce del pico de la inyectadora y se sella herméticamente con silicón. Luego, se llena la botella con agua y se coloca el buzo en su interior; se desplaza el émbolo de la inyectadora hasta que marque 50 cc y se tapa. Al introducir el émbolo con la mano, se aumenta la presión y en consecuencia el buzo se hunde. A fin de medir la presión ejercida, se mide el diámetro interior de la inyectadora y con esta medida se calcula el área de su sección transversal, por consiguiente igual al área del émbolo. Posteriormente, se colocan pesas calibradas en gramos sobre el émbolo para aplicar cierta fuerza (en gramo peso) al agua. Esta fuerza por unidad de área es la presión ejercida a la botella. Además, se puede medir la presión a diferentes profundidades y de esta forma se construye una gráfica que interrelaciona la presión con la profundidad del buzo. Se deja al lector la realización de este experimento.

    Otro modelo de Ludión se puede fabricar con un florero cilíndrico de vidrio de 40 cm de largo y 10 cm de diámetro, por ejemplo. Este se llena completamente con agua y se introduce el buzo; luego se le coloca en su boca una membrana recortada de un globo grande, se estira hasta que la cubra por completo y se fija bien con una liga gruesa. Al presionar la membrana el buzo se hunde.

    Existen diversas aplicaciones del principio de Arquímedes. Se usa en los submarinos para ascender y descender, mediante el agua que entra o sale de una recámara. Igualmente, los peces suben y bajan en el agua gracias a su vejiga natatoria, un tipo de recámara flexible cuyo volumen de gas en su interior pueden controlar instintivamente. El ascenso de los voluminosos dirigibles que circundaron los cielos durante los años 20, lo lograron con depósitos de hidrógeno; gas muy ligero, lo cual permitía que el aire circundante le aplicara un empuje de magnitud mucho mayor que su peso.