Llévate el tiempo atmosférico contigo Teach article

Traducido por Ignacio Tognaccini y Gabriel Pinto. Universidad Politécnica de Madrid. Karen Bultitude presenta un conjunto de demostraciones simples, divertidas e impactantes empleando materiales de uso cotidiano para explicar fenómenos meteorológicos.

Imagen cortesía de Bryngelzon
/ iStockphoto

Comprender nuestro impacto en el medio ambiente es cada vez más importante, con sus implicaciones científicas y sociales que suelen abordarse en la mayoría de los planes de estudio escolares. Tanto se habla del cambio climático que resulta útil aprender sobre algunos de los fenómenos atmosféricos que modifican nuestro clima.

Las siguientes demostraciones ayudan a aclarar algunos aspectos asociados a estos fenómenos y haciéndolos más cercanos de una forma atractiva y memorable. Fueron desarrolladas como parte de la campaña “ZeroCarbonCity”w1 (ciudad con emisiones cero de carbono) del British Council”, destinada a apoyar a profesores y científicos de todo el mundo para explicar los conceptos básicos de la ciencia medioambiental. Las demostraciones pueden usarse de varias maneras: de una en una, para destacar determinados conceptos durante la clase; como un conjunto de actividades, por ejemplo en talleres o demostraciones; o como propuestas de trabajos destinadas a los alumnos para su realización personal. En la web pueden encontrarse más sugerencias sobre actividades relacionadas con las ciencias medioambientalesw2.

Nube en una botella

Crea tu propia mini-nube.

Materiales

  • Una botella de plástico incolora de 500 ml con tapón
  • Agua
  • Una cucharilla
  • Una cerilla

Instrucciones

  1. Introduce aproximadamente una cucharadita de agua en la botella de plástico y remuévela.
  2. Enciende la cerilla y asegúrate de que prende bien. Después introdúcela en la botella.
  3. Enrosca el tapón rápidamente y con fuerza. A continuación aprieta la botella con la mano cinco o seis veces. Deberías ver entonces la formación de una nube en la botella, que desaparece al apretar.
  4. Pasa la botella por la clase, diciendo a los alumnos que hagan lo mismo para ver la nube.

También puedes ver un video de la actividad en la webw3.

¿Cómo funciona?

Imagen cortesía de Bryngelzon
/ iStockphoto

Las nubes se forman cuando el vapor de agua se enfría debido a la expansión de la masa de aire ascendente, y después se condensa en gotitas formadas en núcleos de condensación, como partículas de polvo, hielo o sal. En esta demostración, los núcleos de condensación se forman gracias al humo de la cerilla, que contiene partículas de hidrocarburos no quemados. La temperatura cambia al apretar la botella: la cantidad de aire en el interior es constante, pero al apretar el volumen del gas disminuye, aumentando ligeramente la temperatura. Cuando paras de apretar la botella se incrementa el volumen, causando por ello un leve descenso de la temperatura en el interior. Si el aire en el interior de la botella tiene una humedad relativamente alta (que se asegura por la adición de la cucharadita de agua al principio), entonces la temperatura desciende lo suficiente para permitir la condensación del agua en las partículas de polvo, formando una nube.

Vínculos con fenómenos atmosféricos

La próxima vez que veas un fantástico amanecer en una ciudad piensa por un momento en la causa de los bellos colores: en realidad, su origen reside en las diminutas partículas de humo y otros gases tóxicos que han sido emitidos a la atmósfera. Como en la botella de plástico, estas partículas de humo provocan que las gotas de agua se condensen en torno a ellas, formando nubes. La dispersión de los rayos del Sol entre las nubes es lo que crea el bello amanecer. Hay una preocupación general por el hecho de que la contaminación del aire tendrá por tanto un efecto negativo en el clima, pues más polución atmosférica conlleva un aumento de la formación de nubes, lo que podría revertir en un incremento de las precipitaciones en determinadas zonas y en un cambio climático significativo (inundaciones de algunas zonas; sequías en otras).

Globo giratorio

Esta es una bonita y fascinante demostración de los efectos turbulentos de la meteorología.

Materiales

  • Una pequeña botella de plástico transparente (cuanto más redonda, mejor) que incluya un tapón estrecho y apropiado
  • Jabón líquido que contenga estearato de glicol
  • Colorante alimentario
  • Agua (del grifo)

Instrucciones

  1. Llena un cuarto de la botella con jabón líquido. Después añade unas pocas gotas de colorante alimentario.
  2. La demostración no funcionará si la mezcla tiene espuma: gira el grifo de tal manera que solo salga un chorrito de agua. Después llena con cuidado la botella hasta arriba.
  3. Enrosca el tapón de la botella y agítala unas cuantas veces (con el tapón hacia arriba). Si se forma espuma, quita el tapón y añade más agua a la botella, para que salga la espuma. Vuelve a tapar la botella (asegurando bien el cierre).
  4. Mueve la botella: verás turbulencias (líneas y remolinos) en el líquido.

¿Cómo funciona?

El movimiento de la botella provoca que la mezcla de jabón y agua del interior se mueva. El jabón (estearato de glicerina) hace visible el trazo del flujo, de manera que puedes ver las direcciones en las que las distintas partes de la mezcla se mueven. Las líneas suaves que se forman en el líquido indican el flujo laminar, que tiene lugar cuando el líquido se mueve lentamente. Si haces que el líquido se mueva más rápidamente (o cambias repentinamente la dirección) las líneas del fluido se hacen más complejas: es un flujo turbulento.

Relaciones con fenómenos atmosféricos

La atmósfera terrestre es un tipo de fluido que se desplaza como el líquido en el interior de un globo giratorio. Los vientos interactúan con la atmósfera giratoria y crean figuras complejas. Entender el movimiento general de la atmósfera es fundamental en muchas áreas de la ciencia del cambio climático- por ejemplo, en la comprensión y reducción los efectos de los huracanes y de la contaminación.

Cohete de bolsita de té

Esta es una buena demostración visual de las corrientes térmicas- corrientes ascendentes de aire caliente.

Materiales

  • Una bolsita de té
  • Cerillas
  • Un plato

Instrucciones

  1. Deshaz la bolsita de té, quitando la grapa y el cordón y retirando el contenido (el té). Abre la bolsita y dale la forma de un largo cilindro de papel.
  2. Coloca verticalmente la bolsita abierta sobre el plato.
  3. Usa la cerilla para encender la parte superior de la bolsita.
  4. Observa cómo desciende la llama: justo antes de que alcance el plato, la bolsita saltará. La llama desaparecerá, pero la bolsita seguirá subiendo.

Trucos para que funcione

  • Esta demostración funciona mejor en una habitación donde no haya corriente, lejos de ventanas o del aire acondicionado.

  • Asegúrate de que usas el tipo de bolsita correcto- debe doblarse para formar el cilindro de papel. Las bolsitas sin cordón no suelen funcionar.

¿Cómo funciona?

La bolsita de té ardiendo calienta el aire que hay sobre ella. El aire caliente asciende, con que el aire de la parte superior del cilindro asciende gradualmente, creando una creciente corriente de aire caliente- una corriente térmica. Cuando la bolsita haya ardido bastante, el impulso de la corriente de aire será lo suficientemente fuerte como para superar la fuerza de la gravedad que mantiene la bolsita en el plato, de modo que saldrá despedido hacia arriba.

Relaciones con los fenómenos atmosféricos

Las corrientes térmicas son la base de muchos efectos climáticos. El Sol calienta la tierra, provocando que las corrientes térmicas efectúen un movimiento helicoidal ascendente. Las tormentas son gigantescas corrientes térmicas, y la formación de vórtices asociados con tornados y huracanes también se basa en las corrientes térmicas. Se espera que cada vez haya más tormentas como consecuencia del calentamiento global.

Tornado domesticado

Esta es una buena demostración de cómo se forman los tornados.

Materiales

  • Dos grandes (~2 l) botellas vacías de refresco (deben tener el cuello redondo)
  • Un adaptador de “tubo de tornado” (disponible en muchos centros científicos y museos u onlinew4). Si no puedes encontrarlo, intenta colocar una arandela grande (bien metálica, bien de goma resistente) entre las dos botellas, atándolas con una cinta- la idea es unir las dos botellas para que el agua pueda fluir entre ellas y permanezcan rígidas (ver las imágenes abajo y a la derecha).
  • Agua

Instrucciones

  1. Llena con agua una de las botellas de refresco hasta la mitad.
  2. Enrosca el adaptador de “tubo de tornado” en la botella vacía.
  3. Dale la vuelta a la botella vacía y enrosca la entrada opuesta del adaptador en la botella llena de agua.
  4. Dale la vuelta a todo el dispositivo.
  5. Sujeta el dispositivo por la parte de arriba y a media altura y hazlo girar en círculos- en el sentido de las agujas del reloj o viceversa.
  6. Una vez que se forme el vórtice (remolino) en la parte superior de la botella, deja de girarla- deberías ver la forma del vórtice a través del líquido-, y continúa mientras haya líquido en la parte de arriba.

Trucos para el éxito

  • Si el vórtice no funciona a la primera, prueba con reducir el tamaño y aumentar la velocidad de los círculos que creas. Asegúrate de que las botellas permanecen verticales y que los círculos están centrados en el eje del remolino (un error habitual es hacer girar el artilugio en torno al punto donde las botellas están unidas).
  • Sustituye las botellas de plástico en caso de que pierdan su forma- tienen que ser redondas para crear un vórtice apropiado.
  • Los problemas de fuga son muy comunes. Prueba con usar esparadrapo o cinta de fontanería (PTFE, politetrafluoretileno) para sellar el adaptador a las botellas.

¿Cómo funciona?

Esta demostración produce un vórtice similar a los observados en ciclones, tonados y remolinos, Mientras el agua gira en torno a la botella, se forma una atracción hacia abajo debido al agua que fluye a través de la entrada hacia el interior de la botella. La pequeña rotación inicial, causada por el giro de las botellas gana velocidad a medida que el agua es absorbida a través de la entrada. El vórtice se forma mientras la rotación se acelera.

Construyendo un tornado domesticado con una arandela en lugar de un adaptador especial
Imagen cortesía de Nicola Graf

Relaciones con los fenómenos atmosféricos

Uno de los impactos que se vaticinan con el cambio climático es el calentamiento global: el calentamiento del aire supone un aumento de la probabilidad de formación de tormentas, en las que se forman los tornados al moverse el aire en círculos. Las corrientes hacia arriba y hacia abajo de la tormenta obligan a la columna de aire a situarse en posición vertical, creando un tornado. Así, un aumento del número de tormentas causará más huracanes y tornados por todo el mundo.

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Web References

Resources

Author(s)

La doctora Karen Bultitude es una experta profesora en la University of the West of England, Bristol, Reino Unido. Es la que ha desarrollado las demostraciones aquí resumidas (y ha formado a profesores y científicos para usarlas) en numerosos países, como Rusia, Bulgaria, Lituania, Costa Rica y Grecia. Es miembro del consorcio que desarrolla amplios directorios STEM de Inglaterraw6, una iniciativa fundada por el gobierno para proporcionar a los profesores del STEM (Ciencia, Teconología, Ingeniería y Matemáticas) una visión general fiable y comprensiva, así como indicadores para enriquecer y mejorar las actividades por toda Inglaterra.


Review

Este artículo proporciona experimentos divertidos de física vinculados a la enseñanza de las ciencias medioambientales y, particularmente, a los fenómenos meteorológicos que, sorprendentemente, no son tan grandes como para no poder simularse en un aula.

Las demostraciones propuestas son sencillas, baratas y atractivas, y a la vez no requieren equipamiento especial. Asimismo, pueden ser propuestas a alumnos de distintas edades y pueden extenderse a diferentes niveles.

Recomiendo este artículo a profesores de ciencia de primaria y secundaria. Los experimentos pueden emplearse para animar actividades destinadas a dirigir diversos temas en el campo de la física y de las ciencias de la Tierra, tales como: estados de la materia, cambios de fase, gases y dinámica de fluidos, la atmósfera de a Tierra (por ejemplo, temperatura, presión, humedad, nubes, circulación general, ciclones y tornados), la contaminación del aire y el cambio climático. También pueden usarse para abrir un debate sobre el cambio climático y el desarrollo sostenible.

Cuestiones de comprensión:

  1. ¿Cuál de las siguientes sustancias no es un ejemplo de núcleo de condensación?

a) Partícula de polvo b) Molécula de gas c) Cristal de hielo d) Partícula de sal

  1. Las corrientes térmicas son:

Corrientes descendentes de aire caliente b) Corrientes ascendentes de aire frío c) Corrientes descendentes de aire frío d) Corrientes ascendentes de aire caliente

El artículo está también disponible para actividades interdisciplinares relacionadas con la ciencia y el inglés.

Actividad Temas relacionados con el plan de estudios Nivel de estudios
Nube en una botella El ciclo del agua Primaria/secundaria
Estados de la material y transiciones de fase (transferencia de calor, termodinámica, enlace químico) Primaria/secundaria
Física del agua (Capacidad calorífica y calor específico, calor de fusión, calor de vaporización) secundaria
Física atmosférica: humedad (absoluta y relativa), temperatura (gradiente adiabático del calor), presión, punto de rocío, nubes (tipos de formación) secundaria
Globo giratorio y tornado domesticado Rotación de la Tierra y efecto de Coriolis (corrientes oceánicas) Secundaria (Ciencias de la Tierra)
Corrientes oceánicas, corrientes atmosféricas e intercambios de energía en la Tierra
Circulación general de la atmósfera, vientos, ciclones y anticiclones
Ciclones: huracanes, tornados, ciclones de latitud media
Bolsita de té- cohete Energía, calor y temperatura Secundaria
Transferencia de calor y termodinámica
Física de gases
Densidad
Física atmosférica
Dinámica de fluidos

 


Giulia Realdon, Italia




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