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Hacerse preguntas

Botellas invertidas

Observa el ascenso y descenso de los fluidos calientes y fríos. Investiga la convección utilizando colorante alimentario y agua a diferentes temperaturas.

Materiales

  • Cuatro botellas.
  • Tarjeta de plástico.
  • Colorante alimentario de dos colores.
  • Agua caliente y fría.
  • Dos platos o bandejas de plástico para contener el agua derramada.
  • Un compañero o compañera (opcional).
Jose Manuel Viñas. Material botellas invertidas (CC BY-SA)



Método. Manos a la obra

  1. Llena completamente dos botellas con agua caliente. Sigue llenando hasta que se forme una protuberancia hacia arriba en la superficie del agua.
  2. Vuelve a hacer lo mismo con dos botellas de agua fría. Sigue llenando hasta que se forme una protuberancia hacia arriba en la superficie del agua.
  3. Añade colorante alimentario a las botellas. Utiliza un color para las dos botellas de agua caliente y otro color para las dos botellas de agua fría. (Por ejemplo, utiliza el amarillo para las botellas de agua caliente y el azul para las de agua fría).
    Botellas con agua caliente y fría
    Jose Manuel Viñas. Botellas con agua caliente y fría (CC BY-SA)
  4. Observa cómo se mezclan las gotas de colorante alimentario en el agua.
  5. Coloca los dos platos de plástico en una mesa. Coloca una de las botellas de agua fría en un plato y una de las de agua caliente en el otro.
  6. Coge una tarjeta de plástico de forma que sea ligeramente más grande que la abertura de la botella y colócala en la boca de la segunda botella de agua caliente. Golpea suavemente la tarjeta. Así te aseguras de que está en contacto con todo el borde de la botella.
  7. Invierte la botella con cuidado y despacio y colócala directamente sobre la botella de agua fría en el plato.
  8. Alinea las bocas de las botellas, pero deja la tarjeta en su sitio.
  9. Repite los pasos 5 y 6, cubriendo la botella de agua fría restante con una tarjeta, invertida y colocada encima de la botella de agua caliente en el plato. Cuando hayas terminado, deberías tener una botella de agua caliente sobre una botella de agua fría y una botella de agua fría sobre una botella de agua caliente, cada una separada por una tarjeta.
  10. Intenta realizar este paso al mismo tiempo en ambas parejas de botellas: retira con cuidado la tarjeta entre cada pareja de botellas sin derramar el agua. Es posible que necesites ayuda para hacerlo. Observa lo que ocurre con el líquido en cada caso.
Jose Manuel Viñas. Método botellas invertidas (CC BY-SA)

Orientación técnica

¿Qué ocurre?

Cuando se quitan las tarjetas de una pareja de botellas, el agua caliente se queda en la parte superior y el agua fría en la parte inferior, y los colores se mantienen prácticamente iguales. En la otra pareja de botellas, sin embargo, ocurrió algo muy diferente. El agua caliente subió y el agua fría se hundió. Al producirse este movimiento, los colores se mezclaron. Esto ocurrió debido a las diferencias de densidad, que se define como la cantidad de materia en un volumen determinado.

botellas invertidas
Jose Manuel Viñas. Botellas invertidas (CC BY-SA)

Todo está hecho de moléculas. Las moléculas calientes se mueven más que las frías, y los líquidos que están calientes suelen ocupar más espacio que los mismos líquidos cuando están fríos. Esto significa que se necesitan menos moléculas de agua caliente para llenar una botella que de agua fría. Por tanto, el agua caliente es menos densa que la fría.
La gravedad puede separar los fluidos por su densidad. Como el agua fría tiene más masa por unidad de volumen que el agua caliente, la fuerza de la gravedad sobre una determinada cantidad de agua fría es mayor que la que ejerce sobre la misma cantidad de agua caliente. Esto obliga al agua fría a descender y hace que el agua caliente sea empujada o levantada hacia arriba. Este movimiento de los fluidos se llama convección. En el conjunto de botellas donde el agua caliente estaba por encima del agua fría, el agua fría ya estaba en el fondo, por lo que no había convección.

Orientación metodológica

Habilidad científica

La habilidad científica que proponemos, en esta ocasión, es primordial. Una persona que se dedica a la ciencia es alguien con muchas preguntas, deseando responderlas. El rol del docente debe ser de guía para ayudar a plantear las preguntas de forma que puedan ser respondidas con una experiencia. Como siempre, si de forma natural el alumnado propone las preguntas, dejaremos que la situación fluya de la mejor manera posible y disfrutaremos de la clase. Si, en caso contrario, les cuesta plantear preguntas, podemos seguir las siguientes orientaciones:

  • ¿Qué variables influyen en la experiencia? ¿El color? ¿La temperatura?
  • ¿Qué otras variables modificarías?
  • ¿El tamaño de la botella crees que influye? ¿Cómo plantearías la pregunta?

Como en todas las experiencias de esta situación de aprendizaje, el alumnado tiene una pequeña actividad en la libreta de laboratorio que le permitirá fijar el tipo de habilidad que estamos potenciando.

Creado con eXeLearning (Ventana nueva)

Financiado por la Unión Europea — Ministerio de Educación y Formación Profesional (Gobierno de España) — Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia