Experimentos

Retos a la experimentación

Los retos pretenden enfrentar a los talentos con situaciones de confrontación con la realidad observada. En cada caso se describe un sistema con ciertas características particulares y en ciertas condiciones preestablecidas, las cuales se especifican previamente; se pide que, mediante algún procedimiento basado en sus experiencias previas, modifiquen las condiciones imperantes y establezcan aquellas que se solicitan, para cumplir con el desafío planteado. Alrededor del sistema se colocan varios accesorios que les permitirían resolver el problema planteado, algunos de los cuales son señuelos falsos que sirven para llamar y distraer la atención. Al resolver el desafío el Talento debe explicar mediante un modelo sencillo los cambios que tuvieron lugar, además de justificar por qué no fueron de utilidad los demás objetos puestos a su disposición. Algunos retos tienen más de una solución.

Este es el bloque principal de la actividad donde los Talentos tendrán la oportunidad de observar fenómenos. 

Se espera que adquieran:

· Destrezas en el montaje de experimentos de Ciencias Naturales y habilidades en la elaboración de modelos explicativos.

· Fortalecimiento del razonamiento lógico-matemático.

· Aproximación al pensamiento abstracto.

· Capacitación en la formulación de preguntas, y en el planteamiento y resolución de problemas, utilizando la matemática como herramienta.

· Capacitación en la organización y planificación del trabajo analítico.

· Producción de conocimiento científico y tecnológico.

· Habilidades para la exposición oral y presentación de informes escritos.

Reto 1

Vaciado de la botella

Este es un experimento cualitativo. Con este recurso se pretende introducirlos en el trabajo experimental donde van a observar objetos, identificar sus propiedades, clasificarlos y presentar conclusiones. Al final se le pide a cada talento que plantee una pregunta relacionada con un objeto particular y que entre todos traten de responderla. 

   En tal sentido, se colocan dentro de una botella plástica de boca ancha, de medio litro de capacidad, un tapón de corcho, un balín de acero, una metra de vidrio, un tornillo, un aro de alambre de cobre y otro de alambre galvanizado, clip metálico, así como pequeños objetos diversos de plásticos, madera y anime; además de varias monedas, dos piedritas, una tuerca grande, entre otros. Se pide al Talento que saque todos los objetos sin voltear la botella; esta última y los demás objetos los puede tocar con sus manos, aunque sin meterla en la botella. Se le suministra como accesorios adicionales por fuera de la botella y alrededor de ésta, otra botella con 3/4 de litro de agua, un pote o caja cerrada con cinco botellitas pequeñas llenas de agua que contengan en total un poco más de 1/4 de agua; un imán, un clavo de hierro, dos clips, un tornillo de aluminio, dos pitillos, tres piedras y medio metro de hilo de coser. Algunos de estos últimos objetos servirán para armar alguna estructura sencilla que les permita llegar al fondo de la botella y sacar los del fondo; otros sólo servirán de distractores. 

   Aprenderán que: 

· Los conceptos de vacío y lleno tienen otros significados en física. 

· Los materiales se clasifican según las propiedades termodinámicas que les permiten sus estados de agregación molecular. Qué el sistema en cuestión está constituido por sustancias diferentes en estados sólido, líquido o gaseoso. 

· Algunos materiales tienen propiedades magnéticas. Unos son atraídos por el imán, otros no. Aprovecharán esta propiedad para sacar algunos de los objetos (balín, cllip). 

· De los objetos suministrados, todos se hunden en el aire mientras otros se hunden o flotan en el agua. Oportunidad propicia para lidiar con los conceptos de masa, peso, fuerza de empuje y equilibrio mecánico. Observarán que el aire ocupa un espacio, y el desplazamiento del aire y el tapón de corcho por efecto del agua. Aprovecharán esta propiedad para sacar otro de los objetos (tapón). 

· El tercer objeto (metra) no se puede sacar con los accesorios suministrados. Se propone investigar cómo hacerlo con otras sustancias u objetos, respetando las condiciones establecidas. Se les pide describir un modelo cualitativo (o cuantitativo) que permita resolver el problema. Una solución sería verter en la botella una sustancia con densidad superior a la del vidrio de la metra, como el mercurio. Esta solución se deja planteada hasta que la resuelvan en cualquier momento. 

· Finalmente, el maestro podrá precisar las propiedades magnéticas de algunas sustancias, los estados de agregación de la materia, el concepto de densidad de una sustancia, y las condiciones de flotabilidad o no de los cuerpos. Se les puede aproximar al concepto de fuerza de empuje a través de la comparación de las densidades del agua y de los objetos sumergidos; también mediante la comparación del peso del cuerpo sumergido con el peso del agua que ha desplazado. 

· Al final cuando hayan terminado de sacar la mayoría (o todos) de objetos, se les pide clasificarlos según las propiedades más resaltantes de cada uno. Por ejemplo, si son atraídos o no por el imán (magnéticos), tamaño (dimensiones), color, tipo de material (metales, plásticos), sí flotan o se hunden en el aire, sí flotan o se hunden en el agua. 

· Se sugieren algunas aplicaciones: a) Globos aerostáticos, peces, submarinos y barcos. Ascensión de aire caliente en la atmósfera y flotación de una persona en agua dulce y salada. b) El ciclo del agua en la atmósfera.

A continuación se presenta el registro de la actividad realizada.

Video donde se muestra con más detalle el desarrollo de la actividad:

 

Reto 2

Flotan o se hunden

Se puso a disposición de los Talentos varias  objetos (balín, metra, tapón de corcho, esfera de yesca o anime, tuercas, clavos, piedras, cubitos de madera, entre otros) de diferentes materiales, amorfos unos y otros con formas geométricas definidas, todos metidos dentro de una botella de plástico cortada por la mitad. Se les suministró un litro de agua. A continuación se les pidió verter agua en la botella, y luego clasificar los objetos según la capacidad de flotar o de quedarse hundidos  en el fondo. 

   También se les invitó a clasificarlos según otras propiedades (magnéticos, forma geométrica, amorfos, metálicos, plásticos). Luego, plantearon y respondieron inquietudes sobre algunos objetos, por ejemplo, procedencia, edad, propiedades, quién lo fabricó, con qué finalidad, etc. 

A continuación se muestra cómo se desarrolló la actividad ese día.

Reto 3

El ludión o buzo de Descarte

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 le muestra el ludión (con buzo de gotero) funcionando. Se exhibe el dispositivo y sin que se den cuenta, se aplica con las manos presión suficiente hasta que el buzo se hunda y luego se afloja hasta que suba.

   Se le pide que, en primer lugar, hagan uno similar con los materiales que tienen a disposición: la botella plástica de refresco de un litro o más con su tapa, pitillos, tapa de bolígrafo (tipo kilométrico) con un extremo cerrado, tijera, pega loca, barras de plastilina de diferentes colores, alambre de cobre, piedritas, vaso de plástico grande, agua. 

   Luego se les pide que elaboren otro con los materiales del segundo kit suministrado. Este contiene una botella de vidrio completamente llena de agua de 3/4 de litro con su tapa, otra tapa de botella con un agujero en su centro, una manguera plástica de desecho de un metro de largo de las utilizadas para colocar suero fisiológico intravenoso, una inyectadora de 20 ml, pistola de silicón.

   Finalmente se le propone a los Talentos que construyan otro con la botella de vidrio de refresco de 350 ml suministrada con su respectiva tapa, tres palitos de fosforo (de madera), otros tres palitos de fósforo (de papel), tres pedazos de espagueti y tres clavos de acero. 

Aprenderán: 

· Que la fuerza de empuje sobre el buzo depende del volumen de aire en la cámara y que el peso se mantiene constante.

· A predecir mediante la comparación de las magnitudes de estas fuerzas, si el buzo flota, levita o se hunde.

· Cómo el llenado y vaciado de la cámara de aire del buzo produce el efecto de subir o bajar. 

· Que 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 mayor o igual a su peso.

Modelos alternativos

El ludión Gigante 

Lo elabora el profesor con un florero grande, el gotero o la tapa de bolígrafo, globos, la inyectadora grande, la manguera, etc. Con este experimento se consolidan los conceptos antes discutidos. 

  Este modelo de Ludión se puede fabricar con un florero cilíndrico de vidrio de 40 cm de largo y 10 cm de diámetro, por ejemplo. Se llena completamente con agua y se introduce cualquier buzo previamente elaborado; luego se le coloca en su boca una membrana elástica 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 con la mano, el buzo se hunde; al soltarla el buzo sube. 

  Otra variante es usar un pote de plástico de diámetro un poco menor al diámetro del florero; éste se llena de agua hasta el tope y con el pote se ejerce la presión requerida. En este, como existe suficiente espacio, se pueden colocar dos buzos hechos con pitillos, tapas de bolígrafos o gotero, así como otro buzo hecho con un globo pequeño o una pelota de pimpón. 

Referencias

1. Escalona T., O. B. y Cabral, G. (2011). Ludión o Diablillo de Descartes. 

Disponible en:          http://senderospedagogicos.blogspot.com/2011/10/ludiono-  diablillo-de-descartes-este.html#more

2. Arquímedes y los Griegos-Érase una vez los Inventores. Disponible en:  https:https://www.youtube.com/watch?v=2SCfgi-pYsA&t=658s