Levantar agua con un tornillo de Arquímedes

Jul 01, 2023

Un proyecto científico que desafía la gravedad de Science Buddies

Conceptos claveFísicaLíquidosGeometríaIngeniería

Introducción ¿Puedes pensar en una manera de hacer que el agua corra cuesta arriba sin usar electricidad? ¡Los antiguos griegos descubrieron cómo hacer precisamente esto! Desarrollaron un dispositivo llamado tornillo de Arquímedes para llevar agua de un lugar a otro. Esta herramienta es tan útil que todavía se usa ampliamente en la actualidad. En esta actividad, construirá su propio tornillo de Arquímedes manual con materiales simples.

Fondo Arquímedes de Siracusa nació en el siglo III aC Le gustaba resolver problemas y fue uno de los inventores más importantes de su época. El rey le pidió a Arquímedes que construyera el barco más grande posible. Este barco resultó tener fugas y Arquímedes tuvo que inventar un dispositivo para sacarle el agua. Así que diseñó lo que ahora llamamos el tornillo de Arquímedes. Fue muy efectivo porque eliminó el agua y solo requirió una persona para operarlo. El tornillo de Arquímedes pronto también se utilizó para transportar agua desde las zonas bajas hasta las acequias de riego. El diseño es tan efectivo que todavía se usa en la actualidad. Por ejemplo, se utiliza para elevar aguas residuales en plantas de tratamiento de agua e incluso para elevar agua en algunas atracciones de parques de diversiones. Es una herramienta que nunca ha pasado de moda.

El tornillo de Arquímedes es una forma de bomba de desplazamiento positivo. Una bomba de desplazamiento positivo atrapa el fluido de una fuente y luego obliga al fluido a moverse a un lugar de descarga. El tornillo de Arquímedes está formado por un cilindro hueco y una parte espiral (la espiral puede estar dentro, pero aquí la pondrás fuera del cilindro). Un extremo se coloca en una fuente de fluido de baja altitud y el otro extremo se inclina hacia un área de descarga más alta. Para mover el agua todo lo que necesita hacer es girar el tornillo. A medida que el tornillo se mueve, recoge una pequeña cantidad de agua en el primer bolsillo. En el siguiente giro del tornillo, la primera bolsa de agua se mueve hacia la segunda bolsa y una nueva cucharada de agua entra en la primera bolsa. Este movimiento continúa y finalmente la primera cucharada de agua sale por el otro extremo.

Hay muchos factores que determinan qué tan bien funcionará el tornillo de Arquímedes, como la longitud, su ángulo, el radio y más. En este proyecto construirás y demostrarás tu propio tornillo de Arquímedes. Opcionalmente, incluso puede intentar cambiar el diseño del tornillo para descubrir cómo hacer que levante el agua más rápido.

Materiales

Preparación

Procedimiento

Observaciones y Resultados ¿Cómo se las arregla el tornillo de Arquímedes para mover el agua cuesta arriba? Cuando dobla el tubo en forma de espiral, forma bolsas individuales donde el agua puede quedar atrapada porque el tubo se curva hacia arriba en ambos lados. Si mira su tornillo desde un lado, verá estos bolsillos llenos de agua. A medida que gira el tornillo, atrapa bolsas alternas de aire y agua, y las bolsas individuales suben por el tornillo hasta el recipiente superior. Si inclina el tornillo hacia arriba en un ángulo demasiado pronunciado, eventualmente un lado de cada bolsillo apuntará hacia abajo permitiendo que el agua fluya hacia abajo. Esto es más fácil de ver si coloca la tubería verticalmente; observe cómo no hay ningún lugar para que el agua quede "atrapada" sin fluir cuesta abajo.

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Esta actividad presentada en asociación con Science Buddies

Ben Finio es científico sénior en Science Buddies y profesor en la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Cornell Sibley. Síguelo en Twitter @BenFinio.

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