Nombre:

El agua sube hacia arriba!

Categoría:

Física:

  - Mecánica

Grupo de edad: niños de 6 años o mayores

Número de participantes: de 4 a 6 niños en función del material disponible

Dónde: en el aula

Duración: 15 minutos aprox.

Preparación / material:

2 vasos

Una caja pequeña (del tamaño de los dos  vasos, aproximadamente)

Una pajita (que pueda doblarse)

Objetivos /análisis científico:

Los participantes adquieren experiencia de primera mano sobre los principios fundamentales de mecánica. Algunos de ellos son:

• Masa e inercia
• El efecto palanca y su significado
• Las fuerzas de fricción
• Planos inclinados
• El movimiento uniforme y el movimiento acelerado

Pasos:

Es mejor si el experimento se prueba primero en un plato de ducha.

1. Poner la caja encima del plato de ducha.
2. Llenar un vaso de agua y colocarlo con cuidado dentro de la caja. Colocar el segundo vaso encima del plato de ducha de tal modo que éste último quede situado a un nivel inferior respecto el vaso de la caja.
3. Poner la pajita dentro del vaso lleno de agua y sorber un poco de agua hasta que la pajita esté completamente llena de agua. Entonces, tapar la pajita con el dedo por el extremo por donde se sorbió el agua.
4. A continuación, dirigir la pajita hacia el otro vaso y sacar el dedo.

Explicación científica:

El agua fluye por toda la pajita hasta llegar al segundo vaso. Y va hacia arriba!

¿Cómo funciona esto?

Parece que el agua circula hacia arriba! La explicación no es tan complicada como parece a simple vista.

El peso del agua de la segunda parte (y más larga) de la pajita es ligeramente superior al peso del agua en la zona sumergida. El agua sale de la parte más larga porque unas fuerzas (las llamadas fuerzas de cohesión) mantienen todas las moléculas de agua juntas. Las moléculas de agua en el fragmento más largo arrastran, por decirlo de algún modo, a las moléculas de agua del fragmento más corto.

Este es el motivo por el cual el agua fluye hacia arriba, porque en el extremo donde la pajita se dobla el agua tira hacia abajo hacia el costado el agua del fragmento más corto.

Posibles variaciones:

Consejo: Se puede también dejar la pajita fuera, sin vaso, y utilizar una toalla!

Atención con:

Referencias:

http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/bergauf/index.html

En detalle:

Nombre:

La caja de cerillas y el llavero

Categoría:

Física

   - Mecánica

Grupo de edad: niños de 5 años o mayores

Número de participantes: 2 personas o más

Dónde: en el aula

Duración: 20 minutos aprox.

Material:

Un objeto pesado y un objeto ligero (p.ej., una caja de cerillas y un llavero)

Una varilla, p.ej., un lápiz largo, un tubo o una bomba de bicicletas, una cuerda de 1 metro de longitud, aproximadamente.

Objetivos para los niños:

Adquirir experiencia en:

• Masa e inercia
• El efecto palanca y su significado
• El movimiento uniforme y el movimiento acelerado

Pasos:

Primero, atar los dos objetos a cada uno de los extremos de la cuerda. A continuación, coger la varilla y colocarla horizontalmente a nivel de los ojos y pasar la cuerda por encima de ella, a la vez el objeto ligero se mantiene sujeto con la otra mano. Tirar del objeto ligero hasta que el objeto pesado esté a punto de tocar la varilla. El objeto ligero debe mantenerse en una posición plana como se muestra en el dibujo. Atención debe evitarse sostener el objeto ligero por encima de la varilla.

¿Qué crees que sucede cuando se suelta el objeto ligero? Probablemente, pensarás lo  mismo que pensé yo la primera vez que escuché hablar de este experimento. Estaba convencido de que el objeto pesado iría hacia abajo y arrastraría al más ligero hasta llegar al suelo. Pero eso no es así!

Es cierto que el objeto pesado cae pero no llega al suelo porque el objeto ligero se enrolla en la varilla y el conjunto llega a equilibrarse.

Explicación científica:

Primero hemos de imaginarnos un objeto ligero colgado de una cuerda como en un péndulo. Si el objeto estuviera simplemente atado a la varilla y lo soltáramos se balancearía durante unos segundos y seguramente alcanzaría la misma altura desde la que se soltó. La velocidad de balanceo depende de la longitud de la cuerda. Es fácil observar que los péndulos de cuerda corta se mueven más rápido que los de cuerda más larga.

En nuestro experimento, el objeto ligero no tiene libertad total para balancearse, porque el objeto pesado tira de la cuerda cuando cae hacia abajo. Al caer, la longitud de la cuerda de la que cuelga el objeto ligero se hace cada vez más corta y, en consecuencia, la velocidad de balanceo aumenta hasta que llega a alcanzar una altura superior a la habitual (porque va más rápido). Entonces, pasa por encima de la varilla en dirección al otro lado donde coge impulso de nuevo y continúa balanceándose. La cuerda se hace cada vez más corta y el proceso se repite hasta que queda tan sujeta a la varilla que la fuerza que hace el objeto pesado es insuficiente para continuar tirando del objeto ligero. Todo ello tiene que ver, por supuesto, con la fricción y puede comprobarse muy fácilmente: una vez realizado el experimento probar de hacer subir el objeto pesado tirando de la cuerda sin desenrollarla. Podrá comprobarse que es mucho más difícil que cuando la cuerda simplemente colgaba de la varilla.

Posibles variaciones:

Atención con:

Procurar que los objetos no sean demasiado grandes para evitar que choquen cuando la cuerda se está enrollando. Si esto sucediera, la cuerda dejaría de enrollarse y los dos objetos caerían al suelo.

Referencias:

http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/bergauf/index.html

En detalle:

Nombre:

El buzo en la botella de agua

Categoría:

Física:

  - Mecánica

Grupo de edad: niños de 3 a 6 años

Número de participantes: 6 niños

Dónde: en el  aula

Duración: 60 minutos aprox.

Preparación / material:

• Pensar en símbolos, dibujarlos, pintarlos y recortarlos
• Coger el material
• Probar de hacer el experimento antes de presentarlo al grupo de niños

Para el póster grande, pegar juntas cartulinas amarillas y azules.

Botellas de plástico, plastilina, cartulina, tapones de bolígrafos, agua, vasos, papel lápices, pegamento, tijeras

Objetivos para los niños:

Socioemocionales:

• Los niños aprenden a cooperar.
• Los niños se apoyan los unos a los otros.

Cognitivos:

• Durante la fase de introducción, los niños adquieren conocimientos. Los niños aprenden y entienden cómo funciona.

Buena coordinación:

• Los niños moldean la plastelina para que el buzo permanezca en posición vertical dentro del agua.
• Los niños rellenan las botellas de agua.

Pasos:

1. Introducción

Los símbolos pintados están dentro de una caja. El póster de la tierra y el agua está en el medio. Uno detrás de otro, los niños cogen un símbolo, dicen en voz alta de qué se trata y lo asignan correctamente. Una vez se han pegado todos los símbolos en el cartel comprobamos que todo esté correcto.

2. Realización:

Cada niño coge un trozo de plastelina y lo moldea en forma de pelota. Poner un poco de plastelina en cada tapón. Cada niño comprueba que el “buzo” permanece en el agua en posición vertical. Si es así, los niños rellenarán la botella de agua, colocarán el buzo dentro de la botella y la taparán.

Cuando se aprieta la botella, el buzo se mueve hacia abajo.

Cuando se suelta la botella, el buzo vuelve a subir.

Fase final:

Cada niño presenta nuevamente su buzo.

Explicación científica:

¿Cómo se explica la flotación?

Todos los líquidos tienen una presión hidrostática que aumenta con la altura del líquido en la columna. La presión hidrostática del agua es de 0,1 bar/m, aproximadamente. Esto significa que, en el caso de un cuerpo (que imaginamos como un cuerpo suspendido en un acuario) la presión hidrostática ejercida a ambos lados está equilibrada. En el dibujo, este efecto se ilustra con pares de flechas de la misma longitud en dirección al objeto desde ambos lados (derecha e izquierda).

Sin embargo, la presión que ejerce el líquido en la parte superior e inferior del cuerpo no es idéntica, ya que ésta aumenta a mayor profundidad. En consecuencia, la presión sobre la superficie inferior del cuerpo es mayor que en la superficie superior y la fuerza resultante empuja el cuerpo hacia arriba. Si la fuerza resultante es mayor que el peso del cuerpo, el cuerpo sube hacia arriba.

Posibles variaciones:

El buzo no puede  modificarse a menos que se juegue con los colores de la plastelina. Sin embargo, la introducción y la fase final pueden modificarse según se desee.

Tener presente que:

No agitar el buzo para evitar que se hunda. No utilizar botellas de plástico de la cadena Aldi.

Referencias:

Ardley, Neil / Burnie, David: Spannende Experimente aus Natur und Tecn., Loewe-Verlag

http://www.koftball.de/arcexp.phtml?kbsec=arcexp&selExperiment=326&dr=datum#auftr

En detalle:

Nombre:

El tubo escalador

Categoría:

Física

   - Mecánica

Grupo de edad: niños de 5 años o mayores

Número de participantes: 4-6 niños al mismo tiempo

Dónde: en el aula

Duración: 45 minutos aprox.

Preparación / material:

Un tubo de cartón (lo mejor es un tubo para guardar pósters, con tapas de plástico a ambos extremos, pero también pueden utilizarse tubos de papel de cocina y dos círculos hechos de cartón), una varita de madera de longitud igual al diámetro del tubo y una cuerda.

Explicación científica:

Instalación:

Habitualmente, un conjunto de levantamiento está formado por dos bloques unidos. La cuerda para subir el peso está enhebrada de tal modo que va alternando cada uno de los bloques. El ajuste o la diferencia de tamaño de los bloques asegura que las distintas partes de la cuerda no se rozan. Un set se une a un elemento estructural de soporte del edificio mientras que el otro set, con un gancho para poder cargar, cuelga de la cuerda.

Incluso para el transporte horizontal, los bloques de levantamiento pueden utilizarse si se conectan con una manivela.

Efecto

El efecto reductor de fuerza del bloque de levantamiento se basa en el efecto de palanca. Como consecuencia de la disposición en paralelo de las distintas partes que forman la cuerda, la altura de la carga es menor que la longitud de la cuerda tensada. La fuerza necesaria para tirar de la cuerda es inversamente proporcional al número de bloques movibles más 1. Por ejemplo, si el conjunto tiene un bloque movible, la fuerza necesaria a aplicar se reduce a la mitad: 1/ (1 +1) = ½. Cuando se utilizan tres bloques movibles, solo es necesaria una cuarta parte de la fuerza pero entonces la longitud de la cuerda debe de ser cuatro veces mayor.

Teóricamente, la fuerza necesaria podría reducirse hasta el punto que una hormiga podría levantar un elefante si utilizara un bloque de levantamiento. Sin embargo, existen una serie de limitaciones:

• El espacio necesario sería mucho mayor de lo imaginable.
• La distancia sería tan larga que la hormiga moriría antes de alcanzarla.
• Los bloques y la cuerda también debería levantarse lo que implicaría mayor energía potencial.

Dado que sobre los bloques siempre actúan fuerzas de fricción, parte del trabajo se transforma en calor de fricción. Un cierto número de bloques absorbe toda la energía utilizada y esto obligaría a la hormiga a pararse.

Pasos:

Primero, colocar la varita de madera cruzada dentro del tubo y fijarla con chinchetas. A continuación, hacer pasar un trozo de cuerda a través de un orificio de la tapa superior en dirección al interior del tubo. Hacer lo mismo en la tapa inferior. Aquí, la cuerda se dirige hacia arriba a través del lazo de la otra cuerda, vuelve hacia abajo, pasa por la varita de madera y de nuevo, otra vez, hacia arriba. Atar ambas cuerdas con un nudo.

Si se utilizan discos de cartón en lugar de tapas de plástico, utilizar pegamento para pegarlos al tubo.

Para terminar, pintar el tubo y el tubo escalador estará listo. Si ahora se tira de la cuerda inferior el tubo se mueve hacia arriba.

Posibles variaciones:

Construir bloques de levantamiento en el exterior y transportar pesos.

Referencias: http://www.physicsfurkids.de/lab1/versuche/kletterrohr/index.html

http://www.net-lexicon.de/Flaschenzug.html

Atención con:

En detalle:

La construcción interior recibe el nombre de “conjunto de levantamiento”.

Nombre:

Una torre de canicas mecánica  Torre de canicas 1

Categoría:

Física

  - Mecánica

Grupo de edad: niños de 4 años o mayores con instructores

Número de participantes:

5 niños o más

Dónde: en el aula

Duración: duración del proyecto, 4 semanas aprox.

Material / Preparación:

Plataforma de madera, listones de madera de distintos tamaños y grosores, 4 tablas, mangueras de plástico, cajas de cartón de Ikea, materiales pequeños (coronas, cristales rotos, algodón, lana). Red, periódicos, cinta de Velcro, neumáticos y cámaras de bicicleta, pegamento (del que se funde cuando se aplica calor) en grandes cantidades, clavos, tornillos, alambre y otros materiales menores.

Objetivos para los niños:

Aplicación de los principios básicos en mecánica adquiridos en experimentos previos.

Pasos:

Primero se hizo un dibujo en una pizarra y se recogieron ideas. En base al dibujo obtenido ofrecimos unos materiales u otros.

A continuación, se montó una estructura de tres pisos. Dentro de ella se colocan los tres departamentos de arriba a abajo siguiendo el recorrido de las canicas.

Los elementos individuales se diseñaron en color.

Paralelamente se hicieron el departamento para el dominó y el elevador.

En la parte superior de la torre hemos puesto láminas de madera con una ranura en el medio a través de la cual las canicas pueden pasar.

Tuvieron que hacerse varios agujeros en la parte superior de la torre para permitir el paso de las canicas de un departamento a otro.

En el departamento 1 los túneles se sujetaron con cuerda para cometas. La manguera del segundo departamento fue relativamente fácil de sujetar pero fue necesario utilizar una cuerda normal (gradiente) para que las canicas no se atasquen.

El departamento 3 fue fácil de integrar. Sin embargo, la opción de hacer pasar las canicas por la derecha o por la izquierda fue algo más difícil y al final solucionamos el problema con una cuerda.

No hubo ninguna dificultad cuando se montó y se instaló el set de dominó. Pero dirigir la bola de tal forma que dé con la primera ficha para que desencadene la caída en serie fue complicado y se requiere mucha habilidad cuando quiere hacerse funcionar la máquina!

La construcción de cada uno de los elementos que formaban el elevador no supuso ningún problema. Sin embargo, instalar todo el sistema puede ser, a veces, dramático y no exento de riesgo!

Explicación científica:

Sin cambios respecto a los experimentos previos relacionados con el tema.

Atención con:

Posibles variaciones:

Referencias:

BBS VII – Sozialwesen -, Böklinstrasse 29, 38106 Braunschweig

En detalle:

1. Tirar de la cuerda (1) que cuelga de uno de los lados. Como resultado de ello, se abre la pequeña barrera (2) que bloquea el paso de la canica hacia el circuito y la canica empieza su descenso. Tras recorrer unos centímetros, la canica llega al final de la pista e impacta con la primera ficha, del conjunto de fichas de dominó (3). La canica cae en un vaso donde queda atrapada.
2. Se inicia una reacción en cadena que provocará la caída de todas las fichas de dominó, una detrás de otra. Para volver a colocar las fichas de nuevo en su posición original tirar de las cuerdas pequeñas (5).
3. En la cesta (6) del elevador (7) hay una segunda canica que se hace subir hasta la segunda pista. Al final del recorrido la canica llega hasta un vaso (8) y cae en el departamento 1.
4. El departamento 1 es un sistema de tubos de cartón largos y de forma rectangular (9).
5. Los puntos se integran en este sistema gracias al cual la canica puede seguir dos trayectorias diferentes.
6. En el departamento 2, la canica circula por una manguera larga y transparente de plástico duro.
7. Al principio del departamento 3, la canica llega a un túnel largo y rectangular de cartón (11) al final del cual uno puede decidir si hacerla circular por el lado izquierdo o por el derecho simplemente tirando de una cuerda.
8. En el lado derecho hay un “petanco” (12) y en el izquierdo un circuito en “zig-zag” (13).

Al final del recorrido hay un tubo (14) que devuelve la canica de nuevo a la cesta del elevador.

Nombre:

Torre de canicas 2 – subiendo y bajando el valle

Categoría:

Física:

   - Mecánica

Grupo de edad: niños de 4 años o mayores con instructores

Número de participantes:

5 niños o más

Dónde: en el aula

Duración: duración del proyecto, 4 semanas aprox.

Material / preparación:

Plataforma de madera, listones de madera de distintos tamaños y grosores, 4 tablas, mangueras de plástico, cajas de cartón, materiales pequeños (coronas, cristales rotos, algodón, lana). Red, periódicos, cinta de Velcro, neumáticos y cámaras de bicicleta, pegamento (del que se funde con el calor) en grandes cantidades, clavos, tornillos, alambre y otros materiales menores.

Objetivos para los niños:

Aplicación de los principios básicos en mecánica adquiridos en experimentos previos.

Pasos:

Primero construimos la estructura de la torre de canicas mecánica. La estructura básica consiste en una plataforma de madera con dos tablas en uno de los laterales, en el otro lateral, atornillamos, una clavija de madera para dar más estabilidad a la plataforma. Todos los elementos se unieron con tornillos. Después de pasar los puntos, las canicas corren por una de las 4 mangueras hasta llegar a uno de los 4 carriles, todos del mismo tamaño. Cada carril, consiste en una plataforma de madera. Cada uno representa un tema diferente, p.ej., una carretera con coches, un riachuelo con un puente o un salto de esquí. Los temas pueden ser los que se deseen. Para la construcción de los 4 carriles utilizamos materiales como lana, algodón y elementos decorativos para trenes en miniatura.

Explicación científica:

Véanse experimentos y proyectos previos.

Posibles variaciones:

Después de pasar por los distintos carriles, las canicas caen sobre una tabla de madera clavada con cierta pendiente. Las canicas corren hacia los laterales y caen sobre una tabla de madera larga. Las canicas se paran gracias a una barrera.

Con la ayuda de una cinta de goma las canicas son disparadas hacia una rampa hecha con neumáticos de bicicleta. Desde allí, se transportan hacia arriba en una caja que cuelga de una cuerda. La cuerda con la caja se encuentra atada a dos ruedas  de bicicleta, colocados uno encima del otro. El neumático superior puede girarse con la ayuda de una pequeña manivela. Como consecuencia de la rotación del neumático superior, el inferior también se mueve y la caja sube hacia arriba.  Cuando las canicas llegan arriba de nuevo, caen de la caja y vuelven a bajar por el embudo. Las canicas pasan por el embudo y corren manguera abajo hacia la primera pista con las cajas de cartón y el circuito empieza de nuevo.

Atención con:

Referencias:

BBS VII – Sozialwesen -, Böklinstrasse 29, 38106 Braunschweig

En detalle: