Manos a la Tierra: ideas para el aula ciencias de la tierra

To coincide with the UN International Year of Planet Earth (2007-2009), three earth science teachers from the UK compiled a website with a vast, varied and still expanding collection of teaching activities: Earth Learning Idea^w1.

Coincidiendo con el Año Internacional del Planeta Tierra (2007-2009), tres profesores de Ciencias de la Tierra de Reino Unido elaboró un sitio web con una amplia, variada y creciente colección de actividades de enseñanza: Earth Learning Ideaw1.

Las actividades son sencillas y requieren pocos recursos (aunque se pueden adaptar fácilmente para emplear el equipo más frecuente de los laboratorio de las escuelas) y están destinadas a alentar a los estudiantes de entre 8 y18 años de edad para investigar cómo funciona la Tierra (el rango de edad recomendada se da en cada actividad).

Hay un foro de debate en torno a cada una de las ideas de cada activad para desarrollar una red de apoyo global, y cada actividad va acompañada de notas de apoyo para los profesores. Las actividades también están siendo traducidas al español, noruego, italiano, chino y tamil.

Usted puede ayudar al equipo (y a sí mismo), si es usted monitor o profesor de ciencias, geografía o Ciencias de la Tierra, mediante la suscripción, de forma gratuita, en la página web del proyecto para recibir dos actividades cada mes durante 2010 de Earth Learning Idea. A continuación, puede discutir la propuesta con otras personas interesadas en todo el mundo en el blog asociado. Todas las actividades son gratuitas para descargar en cualquier momento, pero si usted se suscribe, se le avisará cuando se publique una nueva actividad.

En la página web las actividades se dividen en nueve categorías diferentes: “Tierra como un sistema”, “Energía de la Tierra”, “La Tierra en el espacio”, “Materiales de la Tierra”, “Evolución de la vida","Tiempo geológico", "La investigación de la Tierra”, “Los riesgos naturales" y "Recursos y Meio ambiente”. Se incluyen actividades sobre los volcanes, los tsunamis, los dinosaurios, los terremotos de petróleo y gas, la permeabilidad del suelo y muchos más. La mayoría son actividades prácticas, mientras que otros pueden ser experimentos conceptuales, como una actividad mediante la que plegando papel se ayuda a los estudiantes a visualizar cómo Darwin desarrolló su teoría sobre cómo los corales forman los atolones. Muchas veces se incluye una sección extra con nuevos experimentos de seguimiento.

A continuación se muestran dos ejemplos de las actividades (sin los materiales de apoyo, que se pueden encontrar en la página web).

Atrapado! ¿Por qué el petróleo y el gas no pueden escapar de su prisión subterránea?

Este experimento se utiliza para demostrar cómo el petróleo y el gas pueden quedar atrapados en las rocas almacén bajo de la superficie^w2.

Rango de edades: 14-18 años
Tiemp de desarrollo: 10 minutos
Objetivos de aprendizaje:

Los estudiantes deberían ser capaces de:

• Explicar que el petroleo y el gas flotan en el agua porque tienen una menor densidad;
• Explicar que el petróleo y el gas puede quedar atrapado bajo tierra, si ascienden hasta alcanzar una capa de roca impermeable;
• Apreciar la necesidad de controlar la extracción de petróleo y gas para evitar "explosiones" en la superficie.

Contexto: Esto podría formar parte de una lección sobre los recursos del mundo. Podría continuar con una lección sobre la porosidad y la permeabilidad.

Materiales

• Cualquier recipiente grande, como por ejemplo, un cubo, preferiblemente transparente, casi lleno de agua

• El extremo superior cortado una botella de plástico transparente (por ejemplo, de una botella de 2 litros) para ser utilizado como un embudo

• Un tubo delgado, como por ejemplo, el cuerpo de un viejo bolígrafo, con un tapón

• Arcilla, para sellar el tubo en el cuello de la botella

• Una pajita o tubo para soplar aire en el embudo

• Aceite de cocina (si es posible)

Procedure

1. Inserte el tubo delgado o el bolígrafo en el embudo o en la parte superior de la botella, de modo que la mayor parte sobresalga, y selle la botella con arcilla (ver imagen).

2. Empuje el embudo bien abajo en el agua del recipiente, sin hundir el tubo del bolígrafo por completo.

3. Sólo entonces selle la parte superior del tubo delgado o el bolígrafo con un tapón.

4. Sople aire dentro del embudo con la ayuda de un trozo de tubo o una paja, desplazando aproximadamente la mitad del agua que hay dentro del embudo. El aire representa el gas.

5. Ponga un poco de aceite de cocina en el tubo y haga que entre en el embudo soplando un poco más. El aceite representa el petróleo.

6. Explique que el embudo invertido (o la parte superior de una botella de plástico transparente) representa la capa de roca impermeable que forman una trampa en una capa permeable que contiene gas natural y petróleo.

7. Haga a los estudiantes las siguientes preguntas, cuyas respuestas se encuentran en el archivo PDF^w2:

   • ¿En qué orden se colocan las distintas "capas" de gas, petróleo y agua?
   
   
   • ¿Por qué el gas (y el petróleo) se encuentran en la superficie del agua y no al revés?
   
   
   • ¿Están las bases de las capas "de gas y petróleo por encima de agua o no?
   
   
   • ¿Qué pasará cuando se quite el tapón al tubo que sale del embudo?
   
   
   • ¿Porqué podría ser éste un problema real en los pozos de petróleo o de gas?

8. Retire el tapón de forma rápida para ver qué pasa.

9. Pregunte por qué esto podría ser un problema real en los pozos de petróleo o de gas.

Nota: Si no se dispone de aceite de cocina, los principios se puede demostrar utilizando solamente el aire inyectado a través del tubo.

Cómo pesar un dinosaurio

¿Cómo puede usarse la relación entre la presión, la fuerza y el área para estimar la masa de un dinosaurio bípedo a partir del área y profundidad de una de sus huellas fosilizadas? Los dinosaurios dejaron en algunas ocasiones sus huellas impresas en el barro húmedo o en la arena, que se endureció conservando estas trazas fósiles. Podemos conocer cuanto pesaban los dinosaurios, si lo comparamos con la huella hecha por un peso conocido en el aula.

A continuación desarrollamos un ejemplo para que sea más fácil seguir los cálculos, pero en el aula se pueden obtener otros resultados dependiendo delmaterial disponible^w3.

Rango de edad: 14-18 años

Tiempo requerido: 30 minutos

Objetivos de aprendizaje:

La mayoría delos estudiantes deberían ser capaces de:

• Calcular la presión dadas una fuerza y un área;
• Invertir la ecuación y calcular una fuerza desconocida a partir de una presión y un área conocidas;
• Debatir si el resultado de la masa de los dinosaurios es correcto o si debe ser el doble para tener en cuenta que se trata de animales bípedos;
• Apreciar que estos cálculos sólo son una aproximación.

Contexto: La lección introduce el concepto de que una huella (huella fósil) es tanto un fósil como los restos del propio cuerpo - y, a veces puede dar información muy valiosa sobre la forma de vida del organismo. Brinda un vínculo útil entre la física, las matemáticas y la geología.

Materiales

• Arena fina, muy húmeda en la parte más profunda de una caja (por ejemplo, 10 cm de profundidad)
• Una masa de 1 kg, o una botella de plástico de 1 litro de agua (que impone una fuerza de 10 N)
• Una calculadora y una regla
• Un bloque rectangular, de 2 cm x 2 cm (es decir, 4 cm² de sección) por, digamos, 10 cm de largo, de preferencia marcada a intervalos de 1 cm
• Un diagrama que muestra una silueta de una única huella de dinosaurio en una cuadrícula de 5 cm para estimar el área (a la derecha, o impresa desde el archivo PDF^w3)

Procedimiento

1. Llene el recipiente con arena, y que se empape bien con agua. Retirar el exceso de agua.
2. Coloque el bloque rectangular en posición vertical sobre la arena húmeda.
3. Coloque la masa de 1 kg en la parte superior del bloque y deje que se hunden en la arena mojada. Esto ejerce una fuerza de unos 10 N. Lo ideal sería que también calcular el peso del bloque rectangular de madera, pero es pequeño en comparación con la masa de 1 kg, por lo que se puede ignorar, dado que la fuerza total es de sólo unos 10 N.
4. Medir la profundidad en centímetros a los se ha hundido en la arena la parte inferior del bloque (Observación: 1,5 cm).
5. Presión = fuerza / área, lo que la presión ejercida por el bloque = 10 N / (2 cm x 2 cm) = 2.5 N/cm².
6. El diagrama (ver imagen arriba) muestra una huella dejada por un pequeño dinosaurio de dos patas.
7. Medir el área de la huella de dinosaurio, contando cuadros en el diagrama, donde cada cuadrado representa 25 cm². (Respuesta: 325 cm².)
8. Estimación de la profundidad media en centímetros de la huella de la vista lateral en el diagrama (3 cm).
9. Suponga que la "profundidad de hundimiento" es proporcional a la presión (es decir, si la presión es dos veces mayor, el pie del dinosaurio se hundirá el doble). Calcular la presión ejercida por el pie (Respuesta: 2.5 N/cm² del dinosaurio 3 cm / 1.5 cm = 5 N/cm²).
10. Fuerza = presión x área, así que la fuerza (es decir, el peso) = 5 N/cm² x 325 cm² = 1625 N.
11. Hay alrededor de 10 N por kg, lo que la masa de los dinosaurios que actúan sobre un pie habría sido 1625 N / 10 N / kg = 162,5 kg. Esta es la masa de una persona alrededor de 2,7 metros (9 pies) de altura: ¡un gigante!
12. ¿Representa esto la masa total de los dinosaurios? ¿Qué otra explicación puede haber?

Para una investigación más profunda, los estudiantes deberían imaginar maneras de determinar si la profundidad de hundimiento es, en efecto, proporcional a la presión, utilizando una variedad de objetos sobre distintos tipos de sustrato. El efecto del contenido de agua del sustrato también podría ser estudiado.

Agradecimientos

La actividad sobre la trampa de petróleo y gas se basa en una idea original de DB Thompson, publicado en in Earth Science Teachers’ Association (1992).

La actividad de los dinosaurios se basa en parte de un taller de capacitación de maestros a cargo de la Earth Science Education Unit.

Además, debemos dar las gracias al Dr. Martin Whyte de la Universidad de Sheffield por sus útiles comentarios del borrador de este trabajo.