Brillantina, pegamento, y física también Teach article

Traducido por Elisa López Schiaffino. Explore la física de una manera diferente creando un modelo de colisiones de partículas, usando materiales comunes de manualidades.

Si piensa en el tipo de equipamiento que se necesita para realizar actividades prácticas en una clase de física, se le puede venir a la mente unos prismas, unas pinzas de cocodrilo, o los registradores de datos. La ciencia, y particularmente la física, a menudo es vista como difícil y diferente, con equipamiento y máquinas complicadas; se hace en un lugar especial, el laboratorio, y tiene un idioma propio, con muchas palabras técnicas. Sin embargo, hacer trabajo práctico con materiales comunes puede contribuir a motivar a los alumnos al darles una perspectiva diferente sobre el tema.

En este artículo presentamos una actividad usando materiales de manualidades. Originalmente la diseñamos para eventos públicos, como festivales y ferias de ciencia, pero la combinación de creatividad y ciencia resultó ser muy entretenida para los participantes de todas las edades, y los docentes que vieron el entusiasmo en los participantes tenían interés en replicar ese entusiasmo en el aula.

Confección de colisiones

A menudo los investigadores usan modelos para explicar fenómenos y observaciones, pero esos modelos son sólo ideas teóricas, descriptos solamente con palabras, o tal vez dibujos. Usar materiales comunes de manualidades para representar algún aspecto físico de un proceso o de un objeto puede ser una manera excelente de desarrollar la comprensión de conceptos abstractos. Las actividades prácticas también pueden motivar a los estudiantes, que de otra manera pierden el interés en lo que ven como una materia académica aburrida.

creative physics
Imagen cortesía del IOP – Instituto de Física

Las actividades creativas en la clase de ciencia son atractivas por su novedad. Las actividades inusuales crean “interés situacional” – un interés temporal originado por el entorno exterior, por ejemplo a través de la curiosidad o el disfrute (Schraw et al, 2001). Estimular estas reacciones en el aula es una manera de atraer la atención de los estudiantes y hacerlos pensar.

Esta actividad trata la física de partículas subatómicas y cómo los científicos logran su conocimiento en este campow1. Puede ayudar a que los estudiantes aprendan y comprendan el modelo estándar de la física de partículas y la búsqueda  del bosón de Higgs con el Large Hadron Collider (LHC) en el CERN. Esta actividad no crea mucho desorden y puede llevarse a cabo en un espacio razonablemente compacto. Funciona bien con estudiantes secundarios y también es de interés para los estudiantes mayores de primaria (aunque el concepto de partículas subatómicas puede ser nuevo y desafiante para ellos).

Introducción a las partículas subatómicas

Primero haga una introducción sobre lo básico de las partículas subatómicas. ¿De qué está hecha la materia? ¿Qué hay dentro de un átomo, un protón, y un neutrón? Todo a nuestro alrededor, desde las galaxias y la Tierra hasta incluso nosotros mismos, está formado por átomos. A pesar de que no los podemos ver a simple vista, los átomos no constituyen lo más pequeño de la materia. Los átomos mismos están compuestos de partículas pequeñas, las que a su vez están compuestas de partículas más pequeñas que se agrupan, y así sucesivamente.

Esa es una de las razones por las que los científicos todavía están explorando de qué se componen los átomos. Investigan qué fuerzas mantienen unidas a las partículas y la posible existencia de más partículas por descubrir. Una manera de explorar a los átomos es hacer que las partículas choquen casi a la velocidad de la luz usando aceleradores de partículas como los del CERN. Pregunte a sus estudiantes qué creen que puede pasar cuando las partículas chocan a grandes velocidades.

Esas colisiones pueden dividir a los átomos en sus partículas constituyentes, o las partículas existentes pueden fusionarse para crear partículas más grandes. Estas se pueden parecer a las que existían hace millones de años en el comienzo del Universo, cuando toda la materia y la energía estaban concentradas en un espacio diminuto. Los científicos pueden observar el patrón de las partículas producidas por una colisión y usar eso para determinar qué partículas son según la manera en que se mueven. Por ello, analizar los restos de las colisiones de partículas les permite a los científicos identificar qué nuevas partículas se han producido. Consulte Landua 2008a y Landua 2008b para leer más detalles sobre cómo funcionan los aceleradores de partículas y cómo éstos contribuyen a que los científicos  comprendan el origen del Universo y qué es lo que lo compone.

Creación de un móvil de colisión de partículas

En esta actividad, los estudiantes crean un modelo que representa los productos del choque de dos partículas en un acelerador. Las partículas están representadas por cuentas de colores, sus trayectorias por limpiapipas (alambres recubiertos), y los productos de la colisión por pompones. De esta manera, el modelo les ayudará a los estudiantes a visualizar el mundo usualmente abstracto de la física de partículas.

threading beads
Imagen cortesía del IOP –
Instituto de Física

Materiales

  • Hilo elástico de colores (alrededor de 20 cm)
  • Cuentas de colores
  • Limpiapipas (alambre recubierto, escobilla)
  • Pompones
  • Etiquetas de papel
  • Pegamento
  • Tijeras

Procedimiento

tie knot
Imagen cortesía del IOP –
Instituto de Física
  1. Enhebre dos cuentas en el hilo elástico. Estas cuentas representan las partículas que colisionan.
  2. Use el hilo elástico para atar un nudo doble alrededor de las cuentas, formando un lazo muy pequeño. Ate otro nudo hacia las puntas del elástico para tener un lazo grande.
  3. Pase varios limpiapipas a través del lazo pequeño, alrededor de las cuentas.
  4. En el lazo pequeño del elástico, doble los limpiapipas a la mitad. Luego enrolle los limpiapipas para que las dos mitades queden juntas.
  5. Dele forma a los extremos de los limpiapipas, para que parezcan trazas de partículas.
thread pipecleaners
Imagen cortesía del IOP –
Instituto de Física

Explique a los estudiantes por qué las distintas partículas siguen caminos diferentes dependiendo de su energía, carga y masa. Las partículas más livianas tienen trazas más largas y las partículas más pesadas tienen trazas más cortas. Las trazas de las partículas cargadas son curvas, y las partículas neutras (sin carga) viajan en línea recta. Las partículas con baja energía siguen caminos espiralados. Algunas partículas pueden incluso seguir caminos ramificados.

Muestre a sus estudiantes algunos ejemplos y luego déjelos descubrir el resto cuando hayan terminado de construir su móvil.

shape the tracks
Imagen cortesía del IOP – Instituto de Física
  1. Ponga pompones en los extremos de los limpiapipas usando pegamento o enrollando los limpiapipas alrededor de los pompones.

Análisis de los resultados: ¿Alguien “encontró” el Bosón de Higgs?

El último paso al crear el móvil es etiquetar a las partículas. Para guiar a los estudiantes en esta tarea, entrégueles algo parecido a la tabla 1, que especifica las trayectorias exactas de cada tipo de partícula.

Tabla 1: Trayectorias detalladas de cada tipo de partícula

Trayectoria

Partícula

Descripción

Trazas rectas largas

Fotón

Energía pura

Trazas rectas cortas

Neutrino o antineutrino

Pequeño y liviano

Trazas curvas largas

Muón o antimuón

Más grande y cargado

Trazas curvas cortas

Electrón o positrón

Más pequeño y cargado

Trazas espiraladas

Pión

Un par de quarks arriba-abajo

Chorros (trazas que empiezan juntas y luego se ramifican)

Pares de quarks y gluones

Bosones Z y W

Los gluones unen a los quarks

Partículas pesadas que transportan fuerza

labelled mobile
Imagen cortesía del IOP – Instituto de Física

Cuando los estudiantes hayan etiquetado las partículas en sus modelos, hable sobre los diferentes tipos de partículas que han elaborado. Tal vez se encontraron con una trayectoria que no estaba en la tabla. De ser así, puede hablar sobre lo que pasa en los experimentos en un acelerador de partículas cuando se encuentran nuevas trayectorias. Pida a sus estudiantes que nombren la partícula que han descubierto.

Ahora que los estudiantes han hecho visibles a las partículas subatómicas, puede extender la discusión; por ejemplo, puede explicar qué es el bosón de Higgs (consulte Hayes, 2012).

Enseñar ciencia a través de actividades prácticas

Los trabajos terminados pueden ser exhibidos en el aula o en la escuela para demostrar el tema de física de partículas en la comunidad escolar, de la misma manera en que los trabajos de arte son exhibidos públicamente. Otra posibilidad es que los estudiantes lleven sus creaciones a sus casas para generar conversaciones sobre ciencia con sus familias. Además, los modelos son fáciles de hacer, y tal vez los estudiantes quieran mostrar a sus padres o hermanos cómo hacerlos.

Estas actividades prácticas funcionan muy bien como demostraciones de divulgación, por ejemplo en jornadas escolares abiertas al público o en ferias de ciencia. Los estudiantes pueden mostrar las actividades a sus compañeros, a estudiantes más jóvenes o a los visitantes. Es una oportunidad excelente de estimular en los estudiantes la confianza en sí mismos y sus habilidades comunicativas, y les permite compartir su entusiasmo por la ciencia.

Una evaluación de esta actividad, que fue demostrada al público (Durbin, 2011) mostró que la combinación de la creatividad de las actividades prácticas con las discusiones guiadas resultó en un mejor nivel de comprensión e interés. De la misma  manera, permitir que los estudiantes usen su propia imaginación al explorar un tema en el aula capta su interés  y los ayuda a comprender. Sobre todo, al hacer más comprensible lo abstracto, las maravillas de la ciencia pueden ser compartidas y disfrutadas por todos.

Agradecimientos

Al autor le gustaría agradecer al Instituto de Física y a Samantha Durbin, que ayudaron a desarrollar y evaluar las actividades.

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References

Web References

  • w1 – En el sitio web del Instituto de Física hay folletos con instrucciones acerca de esta actividad, y otras dos actividades que exploran las galaxias y los planetas. Las tres actividades son apropiadas para una amplia gama de edades y no requieren habilidades previas. La ciencia incluida en estas actividades trata temas que están en las noticias regularmente y que todavía se están investigando, lo que brinda una oportunidad de conexión con la física del mundo real.

Resources

  • Se pueden encontrar más instrucciones con imágenes del modelo de la física de partículas en el sitio web Physics.org.
  • Para saber más sobre el CERN y la búsqueda del bosón Higgs, consulte el sitio web educativo del CERN, en el que encontrará planificaciones para el aula y recursos sobre física de partículas.
  • Para construir su propio acelerador de partículas, consulte:
  • Siga estimulando el interés de sus alumnos en este tema con proyectos de ciencia de Zooniverse, un sitio que permite a sus alumnos descubrir su propio bosón de Higgs usando datos científicos verdaderos
  • Aquí se pueden encontrar algunas estrategias de aprendizaje sencillas para estimular el interés situacional.

Author(s)

Alison Rivett es consultora educacional del Ogden Trust y consultora de divulgación de ciencia primaria de Bristol ChemLabs, organizaciones ubicadas en el Reino Unido. Alison apoya y desarrolla actividades de divulgación de física y química dirigidas a estudiantes de ambas organizaciones.


Review

Este artículo describe una actividad práctica para explorar colisiones de alta energía entre partículas. Presenta un modelo para visualizar colisiones de haces y la creación de partículas nuevas a través de móviles hechos con limpiapipas y pompones. Esta actividad puede ser preparada y llevada a cabo fácilmente con estudiantes de entre 10 y 15 años, y también es útil en ferias escolares o ferias de ciencia para participantes del mismo rango de edades. Los materiales necesarios son fáciles de conseguir y económicos,  y las instrucciones son sencillas (pero léalas dos veces). Esta es una oportunidad imperdible de presentar la física de partículas –y además se podrían incluir diagramas de Feynman – desde un punto de vista cualitativo. El folleto disponible en la redw1 es muy útil, y se recomienda visitar el sitio www.HiggsHunters.org.


Davide Vité, Cycle d’orientation de Cayla, Geneva, Switzerland




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