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"Si quieres resultados distintos no hagas siempre las mismas cosas" Einstein

¿Varía el nivel del agua con el deshielo?

Después de los temas tan teóricos y que han levantado bastante polémica en los dos últimos artículos, vamos a cambiar completamente el rumbo y plantear una cuestión, que no debería suscitar dudas, porque tiene comprobación experimental sencilla, que cualquiera puede hacer, pero ¿quién sabe?

Se ha hablado del aumento del nivel del agua que experimentarán los océanos debido al calentamiento global, que producirá que grandes masas de hielo se derritan, como en el Polo Ártico y en la Antártida, y eleven el nivel de los mares.

Con alguna frecuencia se asocia este hecho con la fusión de grandes icebergs que flotan en el mar.

Vamos a analizar este hecho en condiciones ideales. O sea, sin tener en cuenta variaciones debidas a la temperatura, a la salinidad, a la diferencia de densidades por ese motivo, etc.

Podríamos comenzar por hacer un experimento orientativo. Tomemos un vaso, depositemos en él unos cubitos de hielo, y luego añadamos agua hasta una marca que hayamos hecho en el vaso. Después, simplemente, esperemos hasta que el hielo se haya derretido completamente y miremos si el nivel del agua ha subido, ha bajado o ha permanecido inalterado.

También puede realizarse el experimento llenando el vaso hasta el borde con el hielo flotando, esperar a que se derrita el hielo y ver si el agua se ha desbordado, o si el nivel ha descendido o no ha pasado nada y el nivel sigue siendo el mismo.

En las fotos se aprecia, tal vez no con demasiada precisión, que el nivel aproximadamente permanece invariable.

Todo el mundo sabe que el hielo flota sobre el agua. ¿Por qué? Por la misma razón que explicábamos en el artículo “¿Por qué flotan los barcos?”, porque el hielo pesa menos que el agua, y allí explicábamos que esa comparación había que realizarla tomando el mismo volumen. O sea, comparar el peso, de 1 litro de agua, por ejemplo, con otro de hielo. El de hielo pesa menos y por eso flota.

En general, suele suceder lo contrario, los cuerpos en estado sólido pesan más que en estado líquido, pero el agua es una excepción. Cuando el agua se solidifica y se convierte en hielo, aumenta de volumen. Y ese aumento de volumen es lo que emerge flotando sobre el agua. En la figura Vs es la parte del hielo que está debajo del agua y Ve la parte del hielo que flota.

Si pensamos en un vaso de agua e imaginamos que una porción del agua (la que ocupaba Vs en la figura), del vaso se va a congelar, ese aumento de volumen, una vez convertida el agua en hielo, será visible por encima de la superficie libre del agua (Ve en la figura). Si ahora pensamos en el proceso inverso, y el hielo se funde convirtiéndose en agua (ocupará el volumen Vs en la figura), volverá todo a su estado anterior y el nivel del agua en el vaso no variará.

Más rigurosamente se puede razonar haciendo intervenir fuerzas diciendo que el peso, que es una fuerza que va hacia abajo, tiene que ser equilibrada por otra igual que vaya hacia arriba. Si no, no habría equilibrio. Ésta última es igual al peso del agua desalojada (Vs en la figura) por el hielo, según estableció Arquímedes. En conclusión, el peso del hielo (de volumen Ve+Vs) debe ser igual al peso del agua desalojada (ocupaba el volumen Vs). En otras palabras, la masa total de hielo es igual a la masa Vs de agua y, por tanto, al derretirse ocupará exactamente el volumen de agua desalojada (Vs) y, en consecuencia el nivel de agua no variará.

De todas formas queda pendiente la pregunta del principio:

¿Por qué se dice que aumentará el nivel del agua de los océanos?

Y voy a añadir dos peguntas más:

Primera. ¿Que ocurriría con el nivel del agua del vaso al derretirse el cubo de hielo que flota sobre él si tiene en su interior una pequeña bolita metálica?

Segunda. ¿Y si en lugar de una bolita metálica fuera un corcho?

A los lectores

Aquellos lectores que se animen a hacer el experimento del vaso de agua con el hielo, pueden mandarme las fotografías (probablemente serán mejores que las mías), y procuraré publicárselas (con su nombre o seudónimo).

19 comentarios

  1. Dice ser el diario de exaltacion al ano

    Haga el favor de centrarse en el tema principal de este diario y escriba articulos sobre el ano, por ejemplo, ¿cuanto tarda un cubito de hilo en derretirse sobre el ano? o ¿influye el ano en el cambio climatico?

    30 noviembre -0001 | 00:00

  2. Dice ser david

    Cuando introducimos el hielo con la bolita en su interior el conjunto bolita-hielo está más hundido que si fuera solo hielo, es la bolita la que hace que el hielo esté mas hundido de lo que el propio hielo es capaz de hundirse segun su relacion volumen-peso, entonces cuando se derrite el hielo y la bola cae el fondo el hielo “se libra” de ese peso extra que hacia que estuviera mas hundido de lo que puede y por tanto el hielo sube, al subir y estar menos hundido el hielo, el nivel de agua baja.

    30 noviembre -0001 | 00:00

  3. Dice ser david

    Bien por mí, acabo de ver que estaba resuelto el problema de la bolita en el siguiente post…

    30 noviembre -0001 | 00:00

  4. Dice ser Joanfont

    A Cristina.El arco iris en realidad no tiene forma de arco sino de circunferencia , vamos que si lo vieras en lugar de desde el suelo desde por ejemplo un globo verías una “circulo-iris” perfecto. La forma se debe al ángulo en que llegan a ti la luz procedente de la refracción de la luz en las gotas de agua, que siempre el mismo. (con un dibujo se entiende enseguida).

    30 noviembre -0001 | 00:00

  5. Dice ser no lo se

    Creo que fue por este mismo principio por el que una vez un físico me convenció de que un kilogramo de paja pesa menos que un kilogramo de piedras, porque debido a la atmosfera terrestre el kilogramo de piedras experimenta menos empuje hacia arriba que el kilogramo de paja.Creo que si el hielo lleva bolita o corcho la cosa será igual, digo yo.Fin: si andas por aqui leyendo este comentario, que sepas que no, no tengo una mente privilegiada, pero tengo otras cosas privilegiadas por si quieres probarlas ;-)

    22 agosto 2008 | 08:22

  6. Dice ser oss

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    22 agosto 2008 | 08:40

  7. Dice ser A.W.

    Como decia Paris, creo que el problema no es el hielo de los icebergs, sino el hielo que esta sobre superficies mas “solidas (lease tierra) como en la antartida, los fiordos, y en general el que cubre las zonas terrestres (canada, paises nordicos…) ese hielo/nieve/agua no esta en los oceanos desde un principio, asi que, siguiendo el experimento anterior, seria como si ademas del hielo flontado, pusieramos una “rampa” o superficie con una pequeña inclinacion y pusieramos alli algunos cubitos mas, de modo que al derretirse el agua iria al vaso. En este caso, si que subirira por encima del nivel marcado.

    22 agosto 2008 | 10:04

  8. Dice ser Dais Asco

    El DIARIO ANAL 20 MINUTOS, estudia, en una reunión de sus “celebros” (Escolar, Calvo, la tía esa, etc) cambiar por tercera vez el nombre del diario por el de “Tragedia en Barajas Anal”. Viendo la portada, ya casi se titula así porque salta más a la visa. Durante años, informarán de cada opinión de cada portera y mujer de la limpieza y nombrarán a Albino subdirector científico para que explique porque el avión se fue a tomar por “culo”.

    22 agosto 2008 | 15:21

  9. Dice ser Torquemada

    Jajaja… este meapilas mojigato borró los comentarios de las chicas porque enseñan el culito en sus páginas, jajajajajajajajajajajajajjaajajajajajajajajjaajjajajajajaj… por eso siempre habla de hielo, jajajajajjajajajajajajajajajjajajajajjajajaja

    22 agosto 2008 | 19:50

  10. Dice ser Cioran

    Como ya han comentado por ahí, el deshielo del agua congelada que reposa sobre los continentes, es realmente la que propiciará la subida del nivel del mar. Especialmente la de la Antártida, que supone una lámina de varios kilómetros de hielo encima del continente. (Tema aparte, sería si el continente se está hundiendo, o está emergiendo, por el peso que soporta, siguiendo la teoría de la tectónica de placas)Respecto a las otras preguntas que formulas, mi querido Albino, me temo que la respuesta ya la ofreces de antemano cuando nos hablas de la densidad del agua sólida respecto al agua líquida. Pensemos entonces en la densidad del metal, y la densidad del corcho.a) Bolita de metalLa estructura hielo-metal, en tanto está más o menos hundido, desalojará un volumen x de agua. Cuando el hielo se derrita y la bolita se hunda, la bolita seguirá desalojando su propio volumen, mientras que el hielo habrá pasado a formar parte del agua del vaso. Por lo tanto, el nivel del agua permanecerá inalterable.b) CorchoExactamente como en el caso anterior, con la diferencia de que en este caso, el cubito estará por encima de su línea normal de flotación, por ser el corcho menos denso que el agua. Cuando el hielo se derrita, el hielo pasará a formar parte del agua del vaso, y el corcho, quedará flotando. El nivel del agua permanecerá inalterable.Conclusión: siguiendo a Arquímedes, podemos afirmar que los cuerpos, al ser sumergidos en agua, desalojan su propio volumen. Y esto, es independiente del material o densidad. Lo importante es el VOLUMEN.Nota: en el caso del corcho, pudiera llevar a confunsión pensar que el corcho, una vez flotando, desaloja “algo” de agua, por lo tanto el volumen aumenta, aunque sea un poquito. Pero no nos confundamos. También el corcho, hacía hundirse un “poquito” más al hielo al principio, en comparación con un cubito con un vacio en su interior equivalente al volumen del corcho.

    22 agosto 2008 | 20:49

  11. Dice ser Cristina

    Muy curioso sí señor… gran sabio arquímedes.Claro ahora el deshielo de la Antártida es lo que debe preocuparnos, a no ser que el hielo del ártico lleve dentro un pelotón enorme de corcho.Como siempre muy buena explicación: Muchas gracias Doctor Arenas!.Y una preguntilla por si la puede desarrollar otro día: en casa nos preguntábamos porqué el arco iris tiene forma de arco, es decir, porqué adquiere esa determinada forma??? Es debido a la refracción?¿?¿?

    23 agosto 2008 | 19:13

  12. Dice ser Luis

    A Cristina, creo que eso te lo puedo explicar yo, aunque no sé si sera correcto (las horas que son…)Lo principal es el ángulo que tienes que guardar con las gotas de agua para que éstas puedan descomponer la luz y qeu es aproximadamente de 42º. Aquellas gotas que no formen con tu ojo ese ángulo, no te permitiran ver el arco iris; y si te lo imaginas un poco, no sólo hay un punto que forme contigo 42º sino un arco de ellos.Una forma que se me ocurre ahora mismo de “visualizar” esto es coger una escuadra y apoyar un cateto sobre la mesa y el otro sobre la pared. Si rotas la escuadra sobre la mesa, obtendrás un arco dibujado en la pared (imagina que los extremos de la hipotenusa son tu ojo y el arco iris propiamente).Espero que te haya servidoUn saludo

    24 agosto 2008 | 04:52

  13. Dice ser Juan

    “Cuando el hielo se derrita y la bolita se hunda, la bolita seguirá desalojando su propio volumen, mientras que el hielo habrá pasado a formar parte del agua del vaso. Por lo tanto, el nivel del agua permanecerá inalterable.”Error. El nivel del agua, en este caso, descenderá. Curioso, ¿no?.Cuando la bolita está en el interior del hielo, no hace a éste desalojar un volumen adicional de agua equivalente al volúmen de la bolita (que puesto que sustituye a un volúmen idéntico de hielo dentro del cubito, haría que el hielo mantuviera exactamente la misma flotación. Esto ya nos da una idea de que tu apreciación es incorrecta. Sabemos que si sustituímos parte del volumen interno del hielo por metal, el cubito va a sumergirse más… y por tanto desalojará más agua.El hecho es que el cubito como decía no desaloja un volumen adicional de agua equivalente al volumen de la bolita, sino equivalente al PESO de la bolita. Este volumen es mucho mayor que el volumen de la bolita. Y esto hace que al derretrise el hielo e irse la bolita al fondo, ésta pase a desalojar sólo su volumen (menor que el que desalojaba antes el conjunto). Esto hace que en esa situación el nivel del agua sea inferior al inicial.Resumiendo:Antes: la bolita “flota” junto con el hielo. Se ha desalojado un volumen de agua “x” equivalente al peso de la bolita y mucho mayor que el propio volumen de la misma.Después: La bolita no flota. Únicamente desaloja un volumen de agua “y” equivalente a su propio volumen. (x>>y).Se puede complicar más el tema. Por ejemplo:¿Qué pasa si el peso de la bolita es tal que lleve al cubito al fondo?. Simplemente tenemos un cuerpo en el fondo, desalojando un determinado volumen (bola + resto de hielo). Cuando se derrita, el volumen de la bola permanece inalterado. Pero el del resto del hielo que la rodea, al derretirse, ocupa menos volumen -> el nivel del agua baja igualmente.

    25 agosto 2008 | 08:06

  14. Dice ser Juan

    El caso del corcho es más puñetero. Uno podría pensar que es justo el contrario que el de la bolita, y que el nivel subirá.Pero no, y el error es que la bolita cuando se derrite el hielo, se sumerge completamente, mientras que el corcho cuando se derrite el hielo, flota con lo que no desaloja todo su volumen como la bolita, sino menos.Curiosamente en el caso del corcho el nivel… ¡también se mantiene!.El razonamiento se ve mucho mejor con números. Supongamos que la mitad del cubito es corcho y la mitad hielo. Tomamos como densidad del corcho 0,25 g/cm3 y como densidad del hielo 0,9 g/cm3 (es aproximado pero bastante exacto).Tenemos un volumen de 2 cm3. Su densidad total es de 0,575 g/cm3 (la media de ambas densidades, ya que hay volúmenes iguales de ambos materiales) y su peso total es de 1,15g (0,9g de agua + 0,25g de corcho). Así pues, desalojará exactamente 1,15 cm3 de agua manteniéndose a flote.Cuando el cubito se derrite, los 0,9g de agua pasan a desalojar 0,9 cm3 de agua (lógico, ¿no?). El corcho, por el contrario, como también flota, desaloja una cantidad de agua adicional equivalente a su propio peso, que como dijimos, son 0,25g. Es decir, desaloja otros 0,25 cm3 de agua.0,9 + 0,25 siguen saliendo 1,15 cm3 de agua desalojada. Luego el nivel del agua no varía en absoluto.

    25 agosto 2008 | 08:33

  15. Dice ser Cristina

    Muchas gracias Luis! creo que lo hemos entendido todos por aquí por casa. :)

    25 agosto 2008 | 13:00

  16. Dice ser Kevin

    He leído un artículo sobre el canal de Panamá, en el se comenta que entre las superficies de los océanos Atlántico y Pacífico hay varios de metros de diferencia ( Era uno de los motivos para que se construyese dicho canal ).¿ No se tendría que cumplir la ley de los vasos comunicantes, y tener ambos océanos la misma altura ?Gracias

    25 agosto 2008 | 19:12

  17. Dice ser Yo

    La bolita metalica al estar encerrada dentro del hielo se haria mas pequeñita… pero al derretirse el hielo y hundirse en el agua, se haria un poquito mas grande (por el aumento de la temperatura), con lo que desalojaria un mayor volumen de agua… ¡asi que el nivel de agua subiria!

    27 agosto 2008 | 01:25

  18. Dice ser FDFD

    FDGFHGFB GFHGFHGJ

    03 septiembre 2008 | 22:59

  19. Dice ser adriana

    eso es devido a que, el helo esta por debajo del nivel del agua o al mismo nivel, pero si el helo sobresale o esta por encima del agua, el nivel del agua aumenta, le recomiendo repetir el exxperimento dl baso de agua con el hielo sobresliendo

    17 octubre 2008 | 05:17

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