Respuestas
Las propiedades del aire
Ya conocemos que se denomina aire a la mezcla de gases que forma la atmósfera terrestre, específicamente los que existen en la troposfera, que es la envoltura que está alrededor de nosotros y en contacto directo con las restantes esferas terrestres, o sean la hidrosfera, la litosfera y la biosfera. Estos gases están “sujetos” alrededor de la Tierra por la fuerza de gravedad de nuestro planeta.
El aire es esencial para la vida en el planeta y está compuesto, en proporciones ligeramente variables, por sustancias tales como el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0 - 7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón.
El aire posee ciertas propiedades físicas, algunas de las cuales es necesario demostrar a nuestros escolares. Entre ellas se encuentran la expansión, la contracción, la fluidez, el volumen, la masa y la densidad.
Se denomina expansión al aumento de volumen de una masa de aire al estar reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la incorporación de calor. A los efectos de su demostración, se puede tomar un tubo de pasta dental o de cualquier otra crema, que se encuentre vacío de su contenido normal (pero no de aire, por supuesto), pero tapado, y sujetándolo por la tapa, se pone encima de una fuente de calor, como puede ser un mechero. Los escolares observarán cómo, al cabo de uno o dos minutos, comienza a inflarse el tubo. Es el momento de retirarlo del fuego. Los alumnos pueden expresar sus respuestas hipotéticas. El maestro completa la información: el aire se expande al recibir calor. Se puede dibujar en el pizarrón lo que sucede a nivel molecular: las moléculas comienzan a moverse con mucha velocidad al recibir la energía térmica y chocar unas con otras, lo que hace que se alejen o se separen rápidamente en un movimiento que cesa cuando la temperatura vuelve a ser la misma que tenía el sistema antes de someterlo a la fuente de calor.
La propiedad de contracción consiste en la reducción del volumen del aire, al estar presionado por una fuerza, pero este llega a un límite después del cual el aire tiende a expandirse de nuevo. La demostración debe hacerse con una jeringuilla en la que se ponga un dedo en el extremo de su tubo y se presione entonces con el émbolo hacia delante. El aire atrapado en el interior del tubo se contrae hasta cierto punto. Al soltar el émbolo, este retrocede y el aire ocupa un volumen proporcional a su masa.
La fluidez: es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración, sin que exista gasto de energía. Esto quiere decir que el aire fluye desde donde está más concentrado hacia un lugar donde su concentración sea menor. Esto se advierte en las zonas en que la presión atmosférica es alta, o sea, donde el aire ejerce mayor fuerza por unidad de superficie. Generalmente ese aire es más frío y fluye hacia los lugares donde hay menor presión atmosférica, es decir, donde el aire alcanza mayor temperatura y por eso tiende a elevarse.
El volumen es el espacio que ocupa el aire. Dicho así sencillamente, no se comprende muy bien, pero si decimos a los escolares que no se puede llenar un balón de oxígeno solamente hasta la mitad, le estaremos planteando un problema relacionado con el volumen. Podemos explicar esto a partir de una ilustración, en la que coloreemos con una tiza todo el interior de un rectángulo. Explicamos que ese aire en el interior de un depósito, como puede ser un balón, se expande y ocupa todo el volumen. Si continuamos llenando ese balón, comenzará a contraerse ese aire, sin dejar de ocupar todo el espacio, pero llegará el momento que suceda como el caso de la jeringuilla, que el aire estará comprimido y entonces ya no cabrá más aire.
Por volumen está compuesto, aproximadamente, por 78.08 % de nitrógeno (N2), 20.94 % de oxígeno (O2), 0.035 % de dióxido de carbono (CO2) y 0.93 % de gases inertes, como argón y neón. En esta capa, de 7 km de altura en los polos y 16 km en los trópicos, se encuentran las nubes y casi todo el vapor de agua.