QUÉ OCURRE EN LAS BOLAS DE FERIA? SIMULACIÓN EN LABORATORIO

Transcripción

1 QUÉ OCURRE EN LAS BOLAS DE FERIA? SIMULACIÓN EN LABORATORIO Introducción: Mª José Zanón C. NUESTRA SEÑORA DESAMPARADOS Valencia El estudio de las fuerzas en el medio pasa prácticamente desapercibido en nuestro entorno. Es natural ver cosas que flotan y cosas que se mueven flotando sobre un líquido a pesar de tener claro que poseen un peso importante. Resulta interesante pues, descifrar la ciencia que encierran atracciones feriales que a los alumnos les resultan curiosas. Objetivos: Aprender a trabajar fuera del ámbito escolar y del laboratorio, experiencias reales de ciencia. Ver la aplicación práctica de las leyes de Newton. Comprobar el principio de Arquímedes a partir de la intuición. Relación del tema propuesto con el currículo del Curso: Tras el estudio de la leyes de Newton y previo al estudio de la dinámica de fluidos se intercala esta experiencia como introducción y más adelante como explicación práctica. En las experiencias propuestas se utilizan conceptos como la masa, la densidad y el volumen, que a pesar de ser contenidos que se repiten durante toda la formación en secundaria quedan en algunos casos vacíos de contenido para nuestros alumnos, llegando la mayoría de las veces a confundir el peso con la masa. Breve descripción del proyecto: El proyecto busca estudiar las fuerzas que intervienen en la atracción de feria de una bola de plástico que flota en una piscina en la que se introduce una persona. Estudiar que fuerzas actúan sobre la persona y que reacciones producen sus movimiento en el interior de la bola. Intentarán explicar con las herramientas que poseen cuales son los movimientos que realizara la bola al ejercer ciertos movimientos en el interior. Explicarán que hace flotar la bola en la piscina y analizaran la influencia de diferentes masas en el interior. 1

2 Material y recursos necesarios: 1.-balanza dinamómetro Bolas de diferentes materiales, tamaños y colores tubos de ensayo Vasos de precipitados Agua Gomas Cronómetros Metros Mechero Secador Aceite Normas de seguridad: Cuidado del instrumental del laboratorio. No derramar los líquidos. No hay medidas especiales ya que no hay ninguna experiencia peligrosa. Procedimiento: La primera fase es saber porque hay objetos que flotan y otros que se hunden al introducirlos en un líquido. Los alumnos ya tienen una idea de lo que es el principio de Arquímedes ya que se estudia en Ciencias naturales de 2º ESO. De este conocimiento partimos. 1. Reunimos diferentes bolas de tamaños iguales y diferentes, materiales iguales y diferentes y colores diferentes. 2. Rellenar los tubos de ensayo necesarios para sumergir las distintas bolas. 3. Medir el volumen de líquido. 4. Con un dinamómetro medir el peso de las bolas en el aire. 5. Introducir las bolas en los tubos colgados del dinamómetro y medir el peso de la bola en el agua. 6. Calcular la resistencia que presenta el agua ante el objeto. La segunda fase consiste en comprobar a pequeña escala lo que ocurre con una bola de plástico transparente vacía en la que se introduce otra bola metálica de menor radio que se puede mover libremente en el interior. 1. Introducir el objeto en una balsa de agua y comprobar que fuerza de empuje sufre a través del método anterior. 2. Golpear con un muelle la bola midiendo la fuerza ejercida sobre la misma, observar la dirección y el sentido. 3. Observar y anotar el movimiento de la bola externa y el de la bola interior. 2

3 4. Realizar los apartados 2 y 3 con diferentes intensidades de fuerza, direcciones y sentidos. 5. Realiza la misma operación con la bola sobre el banco de laboratorio. Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: Ejemplo: 2 hora y 30 minutos. Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos Por qué flotan algunas bolas? Alguna se ha quedado en medio? qué crees que ha pasado? Qué propiedad del objeto influye en la fuerza de empuje? Ocurre lo mismo en cualquier liquido? Qué ocurre en el aire? Qué ocurre si en el interior de una bola colocamos otra bola mucho mas pequeña que puede moverse? Y si la golpeamos, qué ocurre con cada una de ellas? Análisis del proyecto experimental: 1. Ante las cuestiones, las respuestas son muy acertadas y hacen siempre referencia a las densidades de los objetos y a la del líquido con lo que se plantea la necesidad de buscar un método para conocer las densidades. 2. Con algunas dificultades consiguen medir los volúmenes desalojados por la bolas. 3. A partir de aquí calculan las densidades de los distintos materiales. EL segundo problema que se les plantea es saber porque unas bolas flotan y otras no. Tras calcular las densidades, todos coinciden y explican con perfección el porqué algunos cuerpos flotan y otros no aun teniendo la misma forma y desalojando el mismo volumen. Diseñan la experiencia para saber qué fuerza hace el agua sobre el objeto en contra de la gravedad. Por último, intentan explicar mediante la observación qué ocurre con una bola que se encuentra encerrada en el interior de otra de diámetro mayor cuando está inmersa en el agua y se le aplica una fuerza. En este punto los resultado a la vista de las leyes de Newton les inducen explicaciones que no se cumple como ellos habían previsto lo que suscita mayor interés en a práctica. 1. El proyecto nace de la inquietud del alumnado que propone el estudio. Por lo que se interesan por realizarlo y aplicar sus conocimientos. 2. El grupo es reducido por lo que todo el alumnado participa en la realización del experimento práctico. 3. Con los datos obtenidos realizan el cálculo de la densidad de los objetos, así como la fuerza de empuje que sobre ellos realiza el agua y el aceite. 4. Dibujar las fuerzas y determinar el movimiento. Predicen la reacción del objeto según las leyes de Newton y comprueban si dichas predicciones se cumplen. 3

4 5. Dada la limitación económica del centro los instrumentos no son los más adecuados pero esto genera en el alumnado mayor interés porque pone en sus manos el éxito de la misión, obtener respuesta a sus inquietudes. 6. Se sorprenden de lo útiles que son los conocimientos matemáticos adquiridos en cursos anteriores y que parecían no tener ninguna aplicación práctica. 7. Les sorprende comprobar que el agua empuja y atravesar la no es tan fácil. 8. Cobra sentido conceptos como la tensión superficial y surgen cuestiones sobre la continuidad de su superficie. 9. Surgen cuestiones que se han de trabajar en el aula y que pueden introducir otros temas. 10. El grupo realiza grabaciones de las experiencias y en la optativa de informática un grupo de compañeros montan el video explicativo. 11. La experiencia en la piscina de la Ciudad de las Artes y las Ciencias no se ha realizado a tiempo para la presente convocatoria pero se realizará a lo largo de este trimestre. 12. Los alumnos elaboran el guión de la experiencia y auto valoran la experiencia y su propio trabajo. Resultados La mayoría de los movimientos de la maqueta fueron predichos por los alumnos y explicados en base a las leyes de Newton. Los cálculos de las densidades se realizaron correctamente y se midieron los volumen de los objetos con dos procedimientos diferente. Conclusiones y discusión La experiencia en si es gratificante para la profesora porque comprueba que los alumnos tienen ganas de explicar su entorno, de conocer la respuesta a las cosas que están ahí de siempre. Suscita el espíritu científico que parece perderse en la manera clásica de enseñar ciencia. Les provoca y estimula, aunque hay que tener la precaución de no olvidar que es necesario utilizar esta metodología para que quieran conocer los fundamentos. Quedan abiertas cuestiones como comprobar la velocidad de caída de las bolas en el agua. Los alumnos destacan que el movimiento de la bola en el interior del agua es parecido al movimiento de los astronautas sobre la superficie lunar, lo que deja abierta otra vía para estudiar la gravedad. Explicar el movimiento errático de la bola cuando rueda sobre el banco de laboratorio para deja la puerta abierta para estudiar el movimiento y las fuerzas. 4

5 Análisis de los resultados: 1. Calculan densidades: Los resultados son coherentes con sus ideas previas salvo en un caso. 42,67 28,57 28,57 60,87 8,70 30,43 2. Calculan el empuje Utilizan el principio de Arquímedes para descubrir que el peso del objeto en el agua se disminuye por efecto del empuje del líquido 33,33 42,86 23,81 65,22 34, Qué es un sistema cerrado? Este apartado no se ha trabajado ya que no se ha podido realizar la actividad fuera de laboratorio para poder conseguir la comparación. 33,33 52,38 14,29 69,57 30, Podemos prever a partir de las leyes de Newton el movimiento de las bolas? Comprueban el principio de acción- reacción En este apartado el trabajo es cualitativo. 47,62 38,10 14,29 78,26 21,74 0 5

6 Conclusiones de la práctica: 1. Grado de consecución de los objetivos propuestos Aprender a trabajar fuera del ámbito escolar y del laboratorio, experiencias reales de ciencia No conseguido por falta de recursos y tiempo Ver la aplicación práctica de las leyes de Newton en un sistema cerrado En la mayor parte de los casos sí Errores en un 20 % de los casos Conocer la dinámica de fluidos. Se comprobaron los conocimientos y se ampliaron 2. Capacidades pretendidas y desarrolladas Utilización del material de laboratorio con autonomía. Medidas de magnitudes básicas y calculo de errores en las medidas. Resolver situaciones no previstas con rapidez y eficacia interrelación entre ellos fuera del aula. La motivación hacia el tema de interés. 3. Capacidades pretendidas y no desarrolladas Control de variables externas. 4. Capacidades no pretendidas y desarrolladas Resolver situaciones no previstas con rapidez y eficacia. La interacción con otras áreas. La aparición de nuevas cuestiones a partir de la experiencia que requieren de un estudio más profundo. La dinamización del grupo hacia la comprobación de las cosas y la explicación. 5. Una vez realizada la práctica, mejoran los alumnos su aprendizaje en las clases ordinarias? Al menos si en su intención, falta la comprobación sobre la prueba escrita. Mejora sus ganas por aprender, su participación. Han comprendido que ellos pueden proponer actividades que pareciendo tonterías pueden tener explicaciones científicas de lo más interesante. Mejora el interés por el área y desarrollan un espíritu mas critico, a veces algo molesto pero que denota que piensan y construyen pensamiento a partir de la experiencia. Crean sus propias hipótesis e intentan comprobarlas aceptarlas y /o descartaras después. 6

7 6. Establecen relaciones los alumnos con otros contenidos curriculares tanto de materias científicas como de otras que no lo son? Sobre todo con las matemáticas y la informática. Para obtener datos derivados y para crear el video explicativo de la experiencia. Acuden al departamento de lengua para redactar los textos de la grabación. 7