Proyectos Faciles, Divertidos, y Ilustrativos
Invitamos al estudiante quien desea elaborar un proyecto para feria de ciencias y a los profesores quienes desean ideas para demostrar los principios que enseñan, y al publico en general a probar estos divertidos proyectos. Tambien invitamos a profesores, aficionados, y otros a leer la siguiente lista y ampliarla con ideas adicionales. Hay miles de demostraciones simpaticas existentes y por inventar; lo que se necesita es imaginación. Todos estos proyectos pueden construirse con materiales comunes, baratos y fáciles de conseguir. (Pondremos un asterisco* en el título de cualquier demostración que necesita de algún material especial--y procuraremos tenerlo disponible al costo con 10% en la tienda del museo; los miembros por supuesto tendrán el derecho de comprar tal artículo al costo). Estos proyectos, y otros, se encuentran en la sala del museo.
Para estos proyectos y demostraciones tenemos muchas fuentes entre ellos: la publicación mensual de la Sociedad Americana de Profesores de Física de EUA; las publicaciones de la Asociación Nacional de Profesores de Ciencias de EUA; y otras fuentes inclyuendo contribuciones de amigos tales como el Dr. José María Martín, educador del Museo, el Ing. Ernesto Chang Peña, profesor universitaria de física, y el profesor Robert Sinnett, profesor de física nivel bachillerato en El Salvador. Agradecemos a los señores mencionados, y a los guías del Museo por su labor en ayudar a fabricar dichos modelos.
CAPACITADORCITO
a. materiales: un botecito plástico con su tapadera como
el que contiene un rollo de película, papel de aluminio ( o "foil"
de aluminio que se vende en el supermercado para envolver comidas), cable
de cobre de varios filamentos #16 de 40 cm de largo, un tornillo de 2 cm.,
2 tuercas que quepan en el tornillo, una cabeza metálica en forma
de bolita (no es esencial pero le da elegancia) con rosca que se pueda
enroscar en el tornillo.
b. actividad: inserta el tornillo en el lado interior de la tapa
del botecito (de manera que quedará proyectando hacia afuera del
frasquito cerrado). Al extremo del tornillo que queda afuera, enrosca las
2 tuercas y la bolita. Corta del cable de cobre un trozo de unos 6.5 cm,
deshila algunos de los filamentos para adelgazar el cable un poquito, y
enrolla un extremo de este alrededor del tornillo entre las 2 tuercas y
deja que el otro extremo se extienda perpendicular al tornillo. Corta unos
9 cm del cable de cobre y enrolla un extremo de éste alrededor de
la cabeza del tornillo (superficie interior de la tapa). La tapadera ya
esta lista. Corta dos trozos de papel de aluminio (1. más o menos
50 x 10cm, y 2. más o menos de 15 x 10 cm). Dobla el primero a que
quede + 4cm x 50cm y enrollalo para que forme un forro enrollado a los
lados interiores del frasquito (habrán varias vueltas). Dobla el
otro trozo de papel de aluminio, para hacer un forro apretadito que rodea
el exterior del frasquito ( deja un margen de + 8mm en la base para poder
tú sostenerlo por el plástico del frasquito). Amarra un extremo
del cable restante alrededor del cincho del botecito y deja el otro extremo
al aire formando un arco hacia donde estará la bolita metálica
al tapar el frasquito.. Coloca la tapa --el cablecito de 9 cm quedará
en el centro del forro y en contacto con él-- puesto de manera que
los dos cables exteriores estén en lados opuestos del frasquito.
Ya ensamblado se acerca el extremo del cable cortito al recién apagado
televisor y cepilla la pantalla con él suavemente para cargar el
capacitadorcito. De ahí, teniendo cuidado de solo agarrar el frasquito
por la parte no forrado de aluminio y no tocar el cable, al acercar (por
medio de una ramita o un lapiz de madera) el extremo del cable largo a
la bolita de la tapa verás una bonita chispa.
c. explicación: es una variación de una botella leiden,
o sea un aparato en el cual se puede acumular carga estática. La
imagen en la tele es producida por el bombardeo de electronos a la pantalla
donde se acumulan y permanecen un corto tiempo al apagarse la tele. Cuando
se cepilla suavemente la pantalla cargada, el cablecito que es conductor
no cargado atrae la carga que pasa a través de él, del tornillo,
del cable adentro del frasco, hasta el aluminio enrollado adentro del frasquito.
Por este medio el aluminio que ofrece una amplia superficie tiende a adquirir
una gran cantidad de electronos. El plástico del frasquito aisla
la carga y no la deja salir; la única salida es por el tornillo,
siendo éste un conductor. Cuando se posiciona el cable del exterior
más largo cerca de la bolita al extremo exterior del tornillo, se
descarga la energía acumulada adentro. Esto sucede por que el cable
está amarrado a una superficie (el papel de aluminio del exterior)
no cargada, hacia donde la carga tiende a fluir. La descarga presenta una
chispa visible y audible.
d. aplicaciones prácticas: otro nombre es condensador que,
por ejemplo, se encuentra en las lámparas de neón para reducir
la cantidad de electricidad.
e. para ampliar: busca información sobre la Botella Leiden
(Leyden)
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que puedan complementar ésta actividad.
UN MARSHMALLOW EN LA LUNA
(este experimento fue presentado en el Journal of College Science Teachers,
pero no hemos podido localizarlo para incluir los datos de su autor, ni
de la página y fecha de su presentación. Les suplicamos a
nuestros lectores que si lo pueden identificar, nos avisen para poder incluir
la información aquí).
a. materiales: una jeringa desechable de 5ml sin la aguja, dos mini-marshmallows
("masmelo" , de venta en los superes, pero no siempre se encuentren;
hay que estar pendiente)
b. actividad: remueve el pistón de la jeringa e inserta los
dos mini-marshmallows en ella. Coloca el pistón de nuevo en su sitio
y sitúa los dos mini-marshmallows juntos en la parte cerca de la
boquilla para la aguja. Tapa la boquilla con un dedo y al mismo tiempo
hala el pistón hacia afuera (sin quitarlo). Verás inflarse
los marshmallows. Remueve el dedo y los marshmallows retornan súbitamente
a su forma original.
c. explicación: en presencía de aire (presión
atmosférica ambiental) los mini-marshmallows se ven normales, pero
al tapar la entrada de aire y al mismo tiempo halar el pistón se
crea un vacío (presión menos que la de la atmósfera
de la tierra). El marshmallow, que es una especie de espuma de azúcar,
tiene bastante aire atrapado adentro de si. Sin la presion exterior que
lo balancea, éste trata de llenar el vacío llevando el azúcar
consigo (o sea: se infla bastante).
d. aplicaciones prácticas: todo lo que se refiere a la reducción
de presión. El "mal de altura" es falta de oxígeno
al cerebro que en casos extremos puede conllevar un exceso de fluidos en
los alveoli por causa de la reducción de presión en los pulmones.
El lector debe saber que la presión atmosférica es lo que
afecta el punto de ebullición de un líquido. Las cabinas
de los aviones comerciales estan "presurizados". Los pilotos
de los aviones militares U2 y SR-71, tienen que llevar puesto trajes con
un mecanismo que produce el efecto de la presión de la superficie
normal de la tierra para prevenir que la sangre literalmente llega a ebullirse
y vaporizarse.
e. para ampliarse: la gravedad es lo que causa la presión
atmosférica. Busca información sobre la atmósfera,
y el vacío. El espacio es un vacío, y en el laboratorio se
debe crear un vacío para muchos experimentos. El vacío no
conduce calor, o sea un vacío es el perfecto aislamiento ( los termos
que llevan el frasco hueco de vidrio si todavia se consiguen, son ejemplares
de un vacío utilizado para efectos de aislamiento).
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que puedan complementar ésta actividad.
TALADRO DE MANO, fuerza centrífuga (Said
Shakerin, P.173, The Physics Teacher vol 33, march 1995)
a. materiales: un taladro no eléctrico, alambre de un gancho
para colgar ropa, dos pelotas de madera, durapax (durapás), o hule.
b. actividad: abrir un hoyo a través de las pelotas para
así poder pasar el alambre, formar un aro del alambre e insertarlo
donde cabe la broca, asegurándolo como si fuera una broca. Sosteniendo
el aro en posición vertical arriba del mango del taladro, poner
en marcha el taladro de manera que el aro gira rápidamente y las
pelotas se levantan y se mantienen en posición lateral.
c. explicación: la fuerza centrífuga es una fuerza
que actúa sobre cualquier cosa que se mueve en curva (es decir,
no en línea recta), y que lo obliga a una trayectoría de
línea recta--estando las pelotas atravesadas por el alambre no pueden
escaparse del aro y desplazarse hacia afuera ni tampoco moverse en tangente
mientras sube sino solamente hasta la posición lateral. La fuerza
en la posición lateral va en dirección lateral hacia afuera
(tangente) de modo que las pelotas se mantienen allí hasta que el
aro decelera.
d. aplicaciones prácticas: fuerza que sentimos cuando vamos
en carro y este toma una curva. Los satélites de comunicaciones
(e inclusive la luna) al girar alrededor de la tierra no deben ir muy rápido
porque la fuerza centrífuga los sacaría de su órbita
hacia afuera. En una máquina lavadora, al girar rápidamente
la tómbola, la ropa queda apretada contra los costados de ésta
y así se exprime el agua. La centrífuga utiliza este mecanismo
en muchos procesos químicos y de laboratorio médico para
separar los sólidos de los líquidos.
e. para ampliar: busca información sobre la segunda ley de
movimiento de Newton con relación a fuerzas centrífugas,
aceleración circular y movimiento rotacional.
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que puedan complementar ésta actividad.
MOTORCITO
a. material: Una pila tamaño D (de 1.5v), dos o tres imancitos
de los que sirven para colocar mensajes en las refris (se consiguen donde
venden artículos para hacer artesanías), dos clips metálicos
(para sujetar papeles), un trozo de alambre de cobre esmaltado calibre
28 de 40 cm de largo, una banda de hule, un trocito de papel lija fina
y un poco de plastilina (suficiente para no permitir rodar a la pila)
b. actividad: Coloca la banda de hule alrededor de lo largo de la
pila de manera que cubra los bornes ("polos"). Coloca la plastilina
de manera que no ruede la pila. Endereza los clips para que un extremo
quede recto y el otro forma un gancho o cuna donde pueda descansar el eje
del alambre que girará; se aprovecha del hule para fijar el extremo
recto de uno de los clips contra el borne positivo y el otro contra el
borne negativo de la pila. Comenzando 3 cm de un extremo del alambre se
forma un aro de varias vueltas (el aro debe tener un diámetro de
aproximadamente 3 cm), terminando cuando sobra aproximadamente 3 cm. Los
dos extremos deben estar en los lados opuestos del aro--para que, tomando
los dos extremos se pueda hacer girar al aro. El motorcito esta casi listo
para ensamblar, solo falta colocar el aro en una superficie y cuidadosamente
lija la parte superior de los dos extremos--teniendo cuidado de no lijar
toda la circunferencia. (La lijada quita el aislamiento o esmalte de esa
superficie)
c. explicación: la ensamblada nos da un circuito completo:
la corriente sale del polo negativo, pasa a través del primer clip
al extremo del aro que descansa sobre el gancho que se formó del
clip, atraviesa el aro y de la misma manera baja el otro clip al polo positivo.
Colocando los imancitos justamente por debajo del aro en el lomo de la
pila, y dandole con un dedo un suave movimiento giratorio el aparato se
convierte en motor. El hecho de haberle quitado el esmalte de aislamiento
permite que el aro gire en vez de simplemente mecerse. El paso de la corriente
a través del aparato genera un campo magnético en forma circular
al paso de ella. Este campo magnético actúa con el de los
imancitos colocados en el lomo de la pila y su fuerzas hacen girar el aro.
Es un motor, pues transforma energía eléctrica en energía
mecánica giratoria.
d. aplicaciones: Esta es una simplificación de lo que sucede
en los aparatos electrodomésticos (batidoras, licuadoras, lavadoras,
etc), los motores de arranque de un vehículo y de máquinas
industriales, tales como grúas, etc.
e. para ampliar: busca información sobre inducción
electromagnética (leyes de Faraday y de Lenz), magnetismo, campos
magnéticos generados por corrientes eléctricas
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que puedan complementar ésta actividad.
BOMBA DE PRESION
a. materiales: un botecito limpio de plástico de Coca Cola
de 600ml con su tapa, una pelota de "foil" de aluminio (del que
venden en el supermercado para envolver comida) del tamaño de la
yema del pulgar (o también se pueden usar 6 anillos de esos que
se jalan para destapar latas de aluminio de gaseosas y de cerveza), unos
cien ml de ácido muriático (en las ferreterias lo venden--¡es
una forma diluida de acido clorhidrico, y hay que tomar cuidado de no inhalar
los vapores, ni tocarla!).
b. actividad: poner los anillos o la pelota de "foil"
aluminio en el bote y vertir aproximadamente uno o dos cm del ácido
en el fondo del bote. TAPAR BIEN, dejar la botella en un sitio seguro (como
una cancha de futbol), y asegurarse que toda persona se mantenga alejado
del experimento a una distancia mínima de 4 metros. Despues de un
ratito la botella plastica explota. Al hacer limpieza se notará
que el plástico está bastante caliente.
c. explicación: éste es una reacción química
exotérmica. Quiere decir que produce bastante calor. También
produce bastante gas hidrógeno que crea una situación intolerable
de presión en la botella. El calor producido también incrementa
la actividad energética del aire adentro de la botella. Eventualmente
los lados plasticos no resisten la presión resultando de la reacción
adentro de la botella y revientan. La fórmula de lo efectuado es:
2Al (*) + 6HCl (**) à 2AlCl3 (**) + 3 H2 (***) *solido, **liquido,
***gas
d. aplicaciones: en realidad explosiones son raras veces deseadas.
La olla de presión es un ejemplo de gases bajo presión; hay
que liberarlas ántes de que explota el aparato. Los "boilers"
de fábricas de acero, cemento, etc requieren cuidados similares.
e. para ampliar: buscar información sobre reacciones exotérmicas,
y sobre gases bajo presión. Leyes de Charles y de Boyles. f. consúltanos
si deseas recibir problemas matemáticos que pueden complementar
ésta actividad.
BOTELLA DE PRESION DE AGUA
a. materiales: un bote plástico de gaseosa con su tapadera,
agua
b. actividad: abre un agujero en el lado del bote en la parte inferior,
cubre el agujero con el dedo mientras se llena el bote de agua hasta el
tope y lo tapas bien. Remover el dedo del agujero.
c. explicación: al remover el dedo un poquito del agua escapará
del agujero creando una situación de baja presión de aire
adentro de la botella. Desde este momento el agua no saldrá del
bote. Esto es porque la presión atmosférica (afuera) es más
alta que la presión baja adentro de la botella. Al aflojar la tapa
se permite la entrada de aire lo que levanta la presión (otra vez
al nivel atmosférico), entonces la presión del aire sobre
el agua en la botella lo hace salir por el agujero. (Gravedad causa la
presión: el efecto de la gravedad sobre los gases de la atmósfera
es lo que los mantienen alrededor de la tierra--el oxígeno por ser
un gas más pesado que, por ejemplo hidrógeno, tiende a permanecer
más cerca de la superficie de la tierra (el hidrógeno flota
encima del oxígeno). Suponiendo que la tierra fuera más densa
el oxígeno estaría entonces comprimido en una capa más
delgada, pero de todos modos nos costaría levantarnos--quizás
gateariamos o nos deslizaríamos para movilizarnos!)
d. aplicaciones: esta es una excelente demostración de equilibrio;
se puede preguntar a los alumnos si podrían hacerse funcionar utilizando
solidos o gases.
e. para ampliar: presiones bajas, y altas, vacios
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que pueden complementar ésta actividad.
INDICADOR DE ACELERACION
a. materiales: una botella plástica de 2 litros de gaseosas,
su tapadera, 24 cm de hilo, un trozo de durapáx (durapás)
de aproximadamente 1x1.5x4.5cm., agua, una aguja, 2 cm de tirro
b. actividad: con la aguja pase el hilo a través del trozo
de durapax más o menos en medio (en su "cintura") y amarre
un nudo grande para que el durapax no se sale del extremo del hilo. Fija
el otro extremo del hilo al interior de la tapadera del bote con el tirro.
Llena la botella con agua mete el hilo y el trocito de durapax, ciérralo
bien con su tapadera, e invierte la botella para que el trozo flota a la
altura que el hilo permita. Mantén la botella vertical siempre invertida,
y fíjate que el trozo queda en el centro de la columna de agua.
Comienza a caminar en una dirección y veras que el trozo de durapaz
se moverá en la dirección que tu caminas como para indicarte
hacia donde vas.
c. explicación: los materiales obedecen, por supuesto, a
las leyes de Newton. Por inercia el agua comenzará a moverse después
que tu comienzas, y como el agua es más denso eso forzará
al durapax a ocupar el espacio donde el agua no "quiere" ir.
El durapax ocupará el centro de la columna de agua cuando el agua
está estática, o cuando está moviéndose en
una velocidad constante.
d. aplicaciones: los submarinos han de tener algún instrumento
con el mismo principio para indicarle cambios de velocidad.
e. para ampliar: Leyes de Newton
f. consúltanos si deseas recibir problemas matemáticos
que pueden complementar ésta actividad.
EL FRASCO QUE REGRESA A SU AMO
a. materiales: frasco cilíndrico de plástico con su
tapadera, algo para perforar la tapadera en su centro y perforar el fondo
del frasco tambien en el centro; una banda de hule que se estira adentro
del frasco entre las dos aperturas (tiene que salir de los agujeros, para
poderse asegurar con algo rígido como un clip, en los dos extremos);
uno o varios objetos pesados pequeños (tuercas, trozos de metal,
etc.); un trocito de alambre para fijar los trozos al centro del hule estirado.
b. actividad: Con la tapadera enroscada (y los objetos pesados bien
fijos al hule--sin el conocimiento de los espectadores) se hace rodar el
frasco una o dos veces en una misma dirección para "dar cuerda"
a los objetos adentro. De ahí se le dice a los espectadores que
el frasco regresará al amo, y se le hace rodar suavemente. El frasco
caminará una distancia y regresará en sentido contrario.
c. explicación: Al hacer rodar suavemente el frasco en un
sentido los objetos adentro quedan colgando en su sitio con el resultado
de que el hule enrosca. El hecho de que el hule esté enroscado hace
que exista una fuerza rotacional. La fuerza rotacional o torque (es decir,
la fuerza que quiere hacer girar el frasco) debido a que el trozo de hule
entre el peso central y los extremos del frasco tiende a hacer girar el
frasco en el sentido opuesto, es decir hacia la persona quien lo hizo rodar
para afuera (entonces desenroscando el hule). Inicialmente las dos fuerzas
para un sentido o el otro son iguales pero contrarios y el frasco no roda.
d. aplicaciones prácticas: trompos, arranque manual de motores,
patinador o acróbata que junta los brazos al cuerpo para girar más
rapidamente.
e. para ampliar: búsquese información sobre la dinámica
rotacional, torques o fuerzas rotacionales y conservación del momento
angular.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar ésta actividad.
ARO PLASTICO CON PIEZA REMOVIBLE
a. materiales: un aro plástico de juguete al que se le puede
cortar una sección de más o menos la quinta parte de su circunferencia.
Marcador para dibujar círculo formado por aro en una superfície
plana. Pelota pequeña de anchura suficiente para que pueda rodar
en el interior del aro. Un poco de plastilina para fijar la parte removible
en su sitio.
b. actividad: Se coloca al aro (con la pieza removible puesta) sobre
la superficie plana, y se traza el círculo entero, también
marcando donde comienza y termina la interrupción. Se remueve el
aro y tomando en cuenta en que sentido piensa hacer correr la pelota, se
dibuja tres flechas: una para indicar la trayectoria "normal",
otra en dirección a noventa grados hacia afuera del punto de la
interrupción, y la tercera en tangento al círculo. A estas
posibles rutas que pudiera tomar la pelota al remover la sección
del aro se le indica A, B, y C, y listo para que su observador apuesta
sobre la ruta que cree que tomará la pelota cuando se remueve la
sección del aro.
c. explicación: cuando un objeto sigue un movimiento circular
su velocidad es en cada momento tangente al círculo que describe.
Por que? La primer ley de Newton nos dice que un objeto en movimiento tiende
a mover en linea recta. Mientras la pelota gira adentro del aro, los bordes
de él fuerzan a ella a seguir girando sin poder moverse según
la tangente al círculo. La tangente es la continuación de
dirección de linea recta desde el punto preciso en el círculo.
Este viene siendo perpendicular al radio. Al quitar una pieza del círculo,
esto se comprueba.
d. aplicaciones practicas: lanzamiento de hondillas, lanzamiento
de peso y de disco, y aceleradores de partículas (en ellos se lanzan
partículas subatómicas a gran velocidad a lo largo del campo
magnético circular de grandes imanes circulares de modo que cuando
han dado muchas vueltas y alcanzado una gran velocidad se dejan salir del
campo magnético siguiendo una trayectoria tangente al circulo de
imanes para hacerlas chocar con otras partículas y estudiar sus
propiedades).
e. para ampliar: búsquese información sobre leyes
de Newton, movimientos circulares, velocidad, aceleración circular
y fuerza centrífuga, y aceleradores de partículas.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar éste proyecto.
CAÑON DE TURBULENCIAS (tambor y candela)
a. materiales: un recipiente de metal del tipo en que viene leche
en polvo y/o cereales para bebes con su tapa plástica. Algo para
abrir un hoyo de uno o dos centímetros en el centro del fondo del
recipiente. Una pelotita de hule y un palo para formar así un golpeador.
Una velita y fósforos.
b. actividad: Se enciende la vela, se coloca el hoyo del recipiente
delante de la llama a una distancia adecuada para que el efecto tenga importancia,
y se da un golpe a la tapa del recipiente. Contando con buen puntería
la llama de la vela se apaga.
c. explicación: al golpear la tapadera plástica, las
vibraciones de ella golpean asimismo las moléculas de aire adentro
del recipiente el cual causa que sale rapidamente del recipiente. Al salir
del recipiente choca con el aire afuera y la turbulencia que se dirije
hacia atrás causa un anillo de aire que avanza rapidamente a través
del ambiente (igual a los anillos que los fumadores suelen hacer) y la
fuerza de la compresión de las moléculas de aire apaga la
velita por sofocación.
d. aplicación práctica: los estudios de movimientos
de fluidos tiene mucha importancia en el diseño de barcos y vehículos
de todo tipo, exploraciones suboceánicas donde hay peligrosas corrientes
inesperadas a grandes profundidades, y también en términos
de construcción de aviones (más aun en los super-veloces).
e. para ampliar: busca información sobre ondas longitudinales,
patrones de difracción (que pueden verse en los anillos de humo
de los fumadores), movimientos adentro de los fluidos, turbulencia.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar éste proyecto.
CALENTANDO AGUA EN LATAS
a. materiales: una lata de gaseosa al que se remueve la parte superior
para asi formar un recipiente--se notará que su superficie inferior
es de forma convexa. Un vaso del mismo material y de la misma circunferencia
de la lata de gaseosa pero con su superficie inferior plana. Dos hornillos
iguales. Agua.
b. actividad: Se ponen iguales cantidades de agua en cada uno de
los dos recipientes, y al mismo tiempo se colocan en los hornillos para
calentarse. Se notará que el agua en uno de los dos recipientes
comienza a hervir ántes que el otro.
c. explicación: el aire interpuesto entre el agua a calentar
en la lata de gaseosa ha tenido un efecto; se ha comprobado que el aire
es un pobre conductor de calor en comparación con metal. Un sartén
con el fondo golpeado y desigual es mucho menos eficiente que un sartén
con fondo liso--quien cuida de sus sartenes también ahorra el costo
de combustible.
d. aplicaciones prácticas: aislamiento para casas (uso de
doble ventanas) donde hay inviernos muy fríos, diseño de
ropas para condiciones de mucho viento y/o frío, conservación
de calor en animales y aves.
e. para ampliar: busca información sobre la transferencia
de calor en diferentes sustancias. Sería interesante también
hacer una comparación de la conductividad de electricidad en las
mísmas sustancias. También busca información sobre
aire atrapado en plumas y pieles de animales de habitat frío.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar éste proyecto.
TORRE DE LADRILLOS EXTENDIENDOSE SOBRE EL AIRE
a. materiales: ladrillos de barro--mínimo de 6. También
puede usarse cajas de casette, paquetes de naipes, libros, etc.
b. actividad: colocar los ladrillos uno sobre otro con un extremo
extendiéndose de cada ladrillo de manera que el ladrillo más
alto no esta en ninguna parte arriba del primer ladrillo de la base. A
preguntar: ¿que pasó con el centro de gravedad?
c. explicación: un ladrillo por si mismo tiene su centro
de gravedad en su centro, pero todo el conjunto de ladrillos tiene un solo
centro combinado de gravedad permitiendo así la columna asimétrica.
Teóricamente se debe poder colocarlos así: ladrillo #2 extendido
un octavo de su largo, ladrillo #3 extendido un sexto de su largo, ladrillo
#4 extendido un cuarto de su largo, y #5 la mitad de su largo. Esto presupone
que los ladrillos no presentan ninguna variación de forma ni de
peso--algo improbable--sin embargo con muchos más ladrillos (aún
algo dissimilares) se puede llegar a tener el ladrillo de arriba verticalmente
no arriba del primer ladrillo. Entre más ladrillos más se
puede extender la proyección: "para proyectar el de arriba
un total de 10 largos del mismo se necesitan 240 millones de ladrillos
(idénticos por supuesto)." dato tomado de la p.18 de the Cosmological
Milkshake, de Robert Ehrlich, 1994, Rutgers University Press (este divertido
y provocativo libro esta disponible en nuestra biblioteca).
d. aplicaciones prácticas: construcción de bóvedas,
la problemática de construcción de arcos en la remodelación
de edificios. e. para ampliar: el dilema del centro de gravedad
es muy interesante--en carreras de motocicletas los movimentos curvilineares
requieren del aparato un perfecto centro de gravedad. Los bailarines y
deportistas también en sus saltos tienen que comprender y manipular
su centro de gravédad para efectos espectaculares.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar éste proyecto.
FUENTE DE HERO
a. materiales: un frasco transparente con una tapadera que quepa
muy bien y a la cual se pueden abrir dos agujeros para poder colocar una
pajilla en cada uno. Plastilina para asegurar que el cierre de la tapadera
y de el área de los agujeros no permitan la entrada ni salida de
aire. Las dos pajillas se colocan de manera que el extremo adentro del
frasco de una (llamémosle pajilla A) esta muy cerca de la tapadera
(viéndose muy corto adentro del frasco), y el extremo adentro del
frasco de la otra pajilla (llamémosle pajilla B) se extiende arriba
de la mitad del frasco. Agua, y una cuenca para suministrar más
agua. Un sitio donde el agua que sale de pajilla A no causa disgustos y
castigos.
b. actividad: llene el frasco de agua hasta la mitad (o sea que
al vertirlo pajilla A queda sumergida y pajilla B se extiende arriba del
nivel del agua. Enrosque la tapadera bien y asegure con plastilina para
que el aire no pueda ni entrar ni salir. Tapando el extremo saliente de
pajilla A con el dedo invierta el conjunto y coloque el extremo saliente
de pajilla B en la cuenquita de agua. Al destapar pajilla A, se verá
una preciosa fuente saliendo del extremo adentro del frasco de pajilla
A.
c. explicación: al destapar pajilla A el agua sale del frasco
debido a la fuerza de gravedad. Al salir, el frasco se quedará con
un déficit de materia (un vacío) adentro del frasco y la
presión atmosférica que está presionando a la superficie
de la cuenca de agua es más grande y el agua ya tiene adonde irse--él
está forzado a entrar a reemplazar el agua que hubiera dejado un
vacío. Suponiendo que la cuenca hubiera estado tapada y sin ninguna
presión atmosférica sobre el agua en él, ¿como
afectaría el ensayo?
d. aplicación práctica: barómetros, prognosticación
de clima.
e. para ampliar: busca información sobre presión de
aire, patrones de clima, efecto de gravedad en alturas diferentes (arriba
de cierta altura el experimento no funcionará)
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar éste proyecto.
OSO QUE SACA PESCADO DEL BARRIL
a. materiales: trozo de madera más o menos 7 cm. de
ancho y 25 cm de largo, una figurita (como un oso) que tenga los brazos
clavados al cuerpo de manera que pueden moverse libremente. Dos trozos
de pita de más o menos 20 cm, pelota de madera (o una pesa con un
gancho). Taladro para abrir agujeritos en el trozo de madera a través
de los cuales pasa la pita. De que le peguen pescados a las manos de la
figurita, y colocar un barril del cual "saca" los pescados es
opcional, también puede estar "saludando", "tomando"
algo, o "lavando", etc.
b. actividad: pegar la figura sobre un extremo del trozo de
madera con la espalda al aire y la cara hacia la extención del trozo.
Hacer en la madera un agujero debajo y ligeramente detrás de cada
hombro. Pegar o amarrar una pita a cada brazo a nivel del hombro y pasarlo
por los agujeros a la pelota. Esta a su vez se guinda de las dos pitas.
Por medio de movimientos rotativos del trozo de madera se hace girar la
pelota según un plano horizontal. (El eje en torno al cual giran
es vertical).
c. explicacion: cada brazo resulta ser una pequeña
palanca. El clavo es el punto de apoyo. Cuando el peso de la pelota está
directamente debajo del brazo la pita transmite una fuerza hacia abajo
en el extremo (del hombro) del brazo, cuando el peso de la pelota pasa
al otro lado el peso del mismo brazo hace caer el brazo, dando así
el efecto deseado; los dos brazos subiendo y bajando sucesivamente.
d. aplicaciones prácticas: palancas, tensiones en arquitectura
e ingeniería.
e. para ampliar: búsquese información sobre estática,
tensiones, equilibrios en arquitectura e ingeniería.
f. consultenos si desea recibir problemas matemáticos que
pueden complementar esta actividad.
BOTELLA CON FLOTADOR
(el submarinista de Descartes)
a. materiales: botella de plástico con tapadera puesta totalmente
llena de agua; pequeño recipiente con apertura en un extremo, medio
lleno de agua y con algo ligeramente pesado (como una tuerca) pegado al
extremo abierto para que flote con la apertura hacia abajo.
b. actividad: presionar con los dedos la superficie de la botella.
Si la presión es fuerte el pequeño recipiente interior bajará
hasta el fondo. Si disminuímos la presión se podrá
mantener el recipiente interior flotando en medio del líquido a
la altura que querramos. Si la presión sobre la superficie de la
botella desaparece, el recipiente vuelve a flotar en la parte de arriba.
c. explicación: la presión ejercida con los dedos
en la superficie de la botella se transmite a través del agua hasta
el aire que se encuentra dentro del pequeño recipiente. Como el
aire es un gas puede comprimirse (los gases pueden comprimirse y los líquidos
no). Entonces entra más agua dentro del recipiente haciendo que
el aire más la tuerca más el incremento de agua lleguen a
pesar más que previamente. Al pesar suficiente por la adición
del agua, el recipiente se hunde hasta remover la presión sobre
la superficie de la botella.
d. aplicaciones prácticas: prensas hidráulicas; direcciones
y frenos de los carros; flotación de barcos, inmersión de
submarinos, jeringas.
e. para ampliar: busque información sobre el Principio de
Pascal, el principio de Arquímedes, los experimentos de Descartes.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que complementan esta actividad.
TENEDOR CAMPANA
a. materiales: un tenedor, un trozo de pita de más o
menos de un metro de largo
b. actividad: amarre el tenedor en medio de la pita; sujete los
dos extremos de la pita de manera que cuelga libremente el tenedor. Pase
la pita sobre la yema del dedo gordo de cada mano de modo que se puede
meter en cada oído el dedo con la pita extendida sobre él.
Procure golpear el tenedor contra algo. ¿Que escucha?
c. explicación: al golpear el tenedor con el objeto las moléculas
y átomos del tenedor comienzan a vibrar. Esa vibración comienza
a viajar a través del tenedor. Esa vibración que viaja constituye
una onda llamado sonido. Cuando dicha onda llega a la pita, continúa
viajando a lo largo de ésta hasta llegar a los oídos. Al
entrar la onda en los oídos y excitar el tímpano se oye el
sonido que comenzó en el punto donde se golpeó el tenedor.
El sonido se oye diferente cuando lo escuchamos sin colocar las pitas en
los oídos porque el área de superficie del tenedor es relativamente
pequeño y por lo tanto no puede crear vibración en muchas
moléculas de aire. La pita provee un mecanismo para que las vibraciones
se desplazan directamente a los oídos adonde están se convierten
en sonido. Así que más energía por unidad del tiempo
llega al oído.
d. aplicación práctica: instrumentos musicales, estetoscópio
e. para ampliar: búsquese información sobre ondas
y sonido.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar esta actividad.
SOPLANDO LA PELOTA DEL EMBUDO
a. materiales: embudo, pelota de durapáx (durapás)
que quepa en el interior del embudo.
b. actividad: Colocar la pelota de durapáx en el interior
del embudo. Soplar a través del agujero del embudo. Se verá
que la pelotita no se puede sacar del embudo aunque se sople muy fuerte.
Por lo contrario, si se sopla por un costado la pelotita de manera que
el aire baje por la superficie interior del embudo es muy fácil
sacarla del embudo.
c. explicación: cuando se sopla a través del agujero
del embudo, el aire choca con la pelota y comenienza a pasar por los lados
de ésta. Este aire forma una turbulencia encima de la pelota que
ejerce una presión hacia abajo sobre éste (efecto magnus).
Por esta presión no sale la pelota del embudo. Sin embargo, cuando
soplamos por un costado, no se puede formar dicha turbulencia al otro lado
de la pelota por estar la pared interior del embudo en ese lado. Además,
una parte del aire soplado se escapa por el agujero del embudo hacia abajo.
Es por ello que podemos sacar sin mucho esfuerzo la pelota al no formarse
una turbulencia que ejerce una presión sobre la pelota en sentido
contrario.
d. aplicaciones prácticas: alerones de los carros deportivos
que evitan que se levante el vehículo y al mismo tiempo incrementa
la tracción.
e. para ampliar: búsquese información sobre fluídos
y efecto magnus.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar esta actividad.
BOTELLAS UNIDAS POR LA BOCA
(agua que flota; remolino)
a. materiales: 2 botellas de plástico con sus respectivas
tapaderas; pegamento para pegar entre sí las superficies planas
de las 2 tapaderas; un taladro para abrir un agujero pequeño a través
de las 2 tapaderas pegadas; agua para llenar un tercio de una de las botellas;
opcionalmente se pueden añadir unas gotas de colorante azul al agua
para ver mejor el experimento.
b. actividad: enroscar las dos botellas a sus respectivas tapaderas
(así se quedan unidas). El agujero hace que el volumen de aire y
agua que intercambian ambas botellas se reduzca. Aquí hay dos experimentos:
b1. se da vuelta a las botellas de forma que el agua quede en la botella
de arriba. El agua baja lentamente al mismo tiempo que suben burbujas de
aire. Es posible incluso que el agua quede flotando sobre el aire.
b2. si se mueve enérgicamente la botella superior en dirección
circular mientras mantiene la botella inferior en su sitio, se forma un
remolino por cuyo centro subirá el aire.
c. explicación: caso b1. el aire, a pesar de ser invisible,
ocupa un cierto volumen y ejerce una cierta presión. Como el agua
(líquido) y el aire (gas) son materias diferentes no pueden ocupar
el mismo volumen al mismo tiempo bajo presión normal; por ello es
necesario que para que el agua baje el aire suba en forma de burbujas.
caso b2. la rotación permite que el líquido adhiere a los
lados de la botella para deslizar a la botella forzando el aire a subir
y llenar la botella de arriba.
d. aplicación práctica: caso b1: gotero utilizado
en hospitales, martillo neumático, armas de aire comprimido; caso
b2: remolinos en el agua, los huracanes, etc.
e. para ampliar: caso 1: Ud. puede investigar por qué la
burbuja toma forma esférica; caso 2: búsquese información
sobre la fuerza de Coriolis. Averigua sobre la atracción intermolecular
entre moleculas de agua. Investigue sobre la conducta del agua y el aire
cuando no hay lados de botella para conducir el movimiento de aire en el
centro--caso hurracán.
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que complementan esta actividad.
BOTELLA CON VEJIGA
(presión atmosférica)
a. materiales: botella de plástico vacia a la cual se le
abre un pequeño agujero en la parte de abajo del costado (se puede
perforar el costado con la punta de un gancho de ropa calentada en una
llama); una vejiga.
b. actividad: Se coloca la vejiga en la boca de la botella de forma
que quede colgando de ella en el interior de la botella. Se pide a alguien
que infle la vejiga, cuidando que no obstruya el agujero en el costado
mientras sostiene la botella (es más divertido cuando ni el voluntario
ni los espectadores se fijan en el agujero), Cuando la vejiga esté
inflada, retírele la botella tapando el agujero con su dedo, indicándole--a
su asombro-- que la vejiga permanece inflada a pesar de estar abierta por
arriba. Si se levanta un poco el dedo del agujero la vejiga comenzará
a desinflarse. Pregúntele a la persona porque piensa que al principio
no se desinfla y después sí.
c. explicación: la botella aparentemente vacía en
realidad no está vacía, sinó está llena de
aire. Al inflar la vejiga con el agujero abierto, el aire sale de la botella
por éste. Al retirarla del voluntario manteniendo el ajugero tapado,
la presión atmosférica (que actúa a través
de la boca abierta de la vejiga) mantiene inflada a la vejiga. Cuando se
destapa el ajugero la presión atmosférica actúa al
mismo tiempo por la boca de la botella y por el agujero--ambas presiones
son iguales, así que el hule de la vejiga retorna a su contorno
no estirado.
d. aplicaciones prácticas: barómetro, altímetro,
neumáticos, llenado de jeringas.
e. para ampliar: busque información sobre experimentos de
Torricelli, y sobre presión atmosférica
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar esta actividad.
JERINGAS CONECTADAS A TUBO DE PLASTICO
(principio de Pascal)
a. materiales: dos jeringas, una ancha y otra estrecha; unos 40
cm. de tubo plástico flexible del diámetro que quepa apretadamente
sobre la boquilla de las jeringas; dos abrasaderas sin fín para
mantener firmemente conectadas las dos jeringas al tubo (una a cada extremo);
marco de madera hecho de manera que la tabla superior tiene 2 agujeros
adonde sostener paradas las dos jeringas; agua en que sumergir el conjunto
con el fin de que quede totalmente lleno de agua sin burbujas.
b. actividad: comparar la fuerza requerida para bajar el pistón
(pieza central movible) de la jeringa delgada (y así levantar la
gruesa), con la fuerza requerida para bajar el pistón de la jeringa
gruesa (y así levantar la delgada). Se verá que al presionar
hacia abajo el pistón de la jeringa gruesa el agua hará subir
1 o 2 cm. el pistón de la delgada; en este caso el esfuerzo (o sea
la fuerza aplicada) será muy grande. En comparación al presionar
hacia abajo el pistón de la jeringa delgada el esfuerzo requerido
es poco para lograr que el agua levanta el pistón de la gruesa la
misma distancia.
c. explicación: Entre mas grande es el área de la
superficie del líquido a empujar (con pistón) en comparación
con el área de la superficie del líquido que a su vez levantará
a otro pistón (de diámetro más pequeño) más
fuerza habrá que aplicar porque aquí la presión del
pistón equivale a la fuerza dividida por el área en ambos
casos. La presión del líquido adentro del tubo no cambia.
Y es importante que el más fácil en empujar tiene que viajar
más distancia para el efecto, pero lo que puede levantar es mucho
más.
d.aplicaciones prácticas: prensas hidráulicas, silla
del odontologo, frenos hidraulicos, injección de medicinas en vaso
sangineo. e. para ampliar: búsquese información sobre
el Principio de Pascal, y la presión en fluidos.
f. consultenos sobre problemas matematicas que complementas esta
actividad si los desea.
SECADOR DE PELO Y BOLA DE DURAPAX
(la pelota que flota en el aire)
a. materiales: secador de pelo eléctrico, una pelota de durapáx
de un tamaño menor que la anchura de la apertura de la salida de
aire.
b. actividad: encender el secador a la máxima intensidad,
dirigir la corriente de aire hacia arriba, y colocar la pelota de durapáx
sobre el chorro de aire donde aparentamente flota.
c. explicación: cuando el chorro de aire sube verticalmente
hacia arriba la pelota flota porque la fuerza del aire (también
llamada presión) es mayor que el peso (o sea el efecto de la gravedad
sobre la pelota). En terminos de alza: la presión del aire debajo
de la pelota es más grande que la presión del aire arriba
de la pelota (porque la pelota interrumpe el flujo, causando por esa turbulencia
arriba de la pelota la disminución de la presión). Moviendo
a la secadora para arriba y abajo da una bonita ilusión de que la
pelota brinca. Otro efecto interesante es que la pelota no puede moverse
lateralmente adentro del chorro, porque el chorro se distribuye igualmente
en todos los lados de la pelota. Al inclinar la secadora ligeramente, la
pelota sigue flotando en el centro del chorro de aire.
d. aplicación práctica: vuelo
e. para ampliar: efecto Bernoulli, vuelo de aviones, (efecto Magnus
se refiere al movimiento rotacional si occurre).
f. consúltenos si desea recibir problemas matemáticos
que complementen esta actividad.
*TUBO PLASTICO QUE EMITE SONIDO AL GIRAR
a. materiales: tubo de plastico estriado (corrugado)
b. actividad: hacer girar el tubo con fuerza agarrándolo
con la mano por uno de sus extremos. Entonces se escucha un sonido, y cuanto
más rapidamente hagamos girar el tubo más agudo será
el tono. Fíjate si el cambio de tono sube gradualmente o nítidamente
de nota a nota. ¿A dónde resulta mejor agarrar el tubo?
c. explicación: al hacer girar el tubo, el extremo que agarramos
con la mano gira más lentamente que el extremo al otro lado de la
mano, con el resultado de que la presión en el extremo moviéndose
rápidamente es menor que la del extremo en la mano. (La presión
de un líquido o gas que se incrementa mientras se mueve más
lentamente--la presión es la fuerza interior que hace que el líqido
o gas se mueva de un lado a otro). En nuestro caso, el extremo cercano
a la mano está a presión atmosférica mientras el aire
al otro extremo está reducido. Cuando el aire se mueve a través
del tubo (de mayor presión a menor presión) y pasa las estriaciones
el comienza a oscilar. La frecuencia de las oscilaciones depende de la
distancia entre cada estriación y la velocidad del movimiento del
aire. De un rango menor de oscilaciones de una velocidad cierta frecuencia
de oscilación preponderá y es ésa que se oye. Estas
tienden a agruparse para producir sonidos nítidamente distintos.
d. aplicaciones prácticas: efecto de viento sobre techos
de lámina corrugada comparada con lamina no corrugada--¿cual
tendrá más tendencia a levantarse? Configuración de
diferentes instrumentos musicales. El alza de un ala.
e. Para ampliar: búsquese información sobre frecuencias
de oscilación que producen sonidos audibles por diferentes especies.
Aplíque el Principio Bernoulli a gases y líquidos pasando
por materiales de diferentes contornos. Aplíque el fenómeno
de fricción a estas investigaciones.
f. consúltenos se desea recibir problemas matemáticos
que pueden complementar esta actividad.