“eso” de la presión atmosférica

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Curso 2012-13
EXPLÍCAME “ESO” DE LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
Maribel Gutiérrez González
COLEGIO SAN JOSÉ Y SAN ANDRÉS
Massanassa
Introducción:
La Presión atmosférica es un concepto difícil de comprender por parte de los
alumnos. En primer lugar porque les cuesta entender que el aire sea materia ya
que ni se ve, ni se percibe mediante el tacto ni notamos su peso sobre
nosotros. Por es necesario explicar y evidenciar experimentalmente estos
conceptos.
Objetivos:
1. Demostrar experimentalmente que el aire es materia
2. Demostrar experimentalmente que el aire ejerce una fuerza sobre los
cuerpos que se encuentran sobre la superficie terrestre (Presión
atmosférica).
3. Motivar a los alumnos repetidores en el aprendizaje de las ciencias
realizando con los alumnos de Primaria las prácticas. descritas en este
proyecto.
Relación del tema propuesto con el currículo del Curso:
Está relacionado con el concepto de materia de la asignatura de Ciencias
Naturales de1ºESO y con los contenidos relacionados con las propiedades de
los sistemas materiales en la asignatura de Física y Química en 3º de la ESO.
También está relacionado con el concepto de presión propio del currículum de
Física de 4º de la ESO. Se puede trabajar también en la asignatura optativa de
Prácticas de laboratorio de Física y Química de 3º de la ESO.
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Material y recursos necesarios:
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Botellas
Globos
Vasos
Guante de látex
Lata de refrescos
Vela
Huevo duro
Una copa
Un naipe
Una regla
Papel de periódico
Recipientes de plástico
Balanza
Fuente de calor
Procedimiento:
1. ¿El aire es materia?
Para demostrar que el aire es materia es necesario comprobar que cumple las
propiedades generales de cualquier sistema material: Tiene masa y ocupa un
volumen.
1.1 Demostramos que el aire tiene masa.
Esta demostración es muy sencilla. En primer lugar deberemos pesar un
globo vacío y después volver a pesa ese mismo globo inflado de aire. La
balanza nos muestra que el globo lleno de aire tiene más masa que el que
está vacío. La diferencia de masa es debida al aire que hay en el interior
del globo.
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Cuestiones para los alumnos:
Antes realizar la experiencia deberemos preguntar a los alumnos:
-¿Cómo podemos demostrar que el aire existe?
-¿Creéis que el aire es materia? ¿Por qué?
-Si es así ¿Cómo podemos calcular su masa?
Una vez realizada la experiencia con la balanza preguntamos:
-¿A qué será debida la diferencia de masa entre el globo hinchado y el
deshinchado?
-¿Podemos calcular exactamente la masa de aire? ¿Cómo?
1.2 Demostramos que el aire ocupa un volumen.
Para demostrar que el aire ocupa un volumen podemos realizar numerosas
experiencias. A continuación explicamos algunas de ellas.
1.2.1 ¡El papel no se moja!
- Colocamos una hoja de papel de periódico arrugado en el fondo de un
vaso, apretándolo y encajándolo bien para que no se mueva al darle la
vuelta.
- Introducimos verticalmente el vaso boca abajo, en un recipiente con
agua, de manera que todo el vaso quede cubierto de agua. Podemos
tenerlo el tiempo que queramos.
- A continuación sacamos verticalmente el vaso del recipiente y
comprobamos que su interior está completamente seco y el papel del
fondo también.
Cuestiones para los alumnos
Antes de realizar la práctica:
-¿Creéis que el papel saldrá seco o mojado, después de introducir el vaso
boca abajo en el recipiente con agua? ¿Por qué?
Después de realizar la práctica:
-¿Qué ha pasado?
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1.2.2. Hacemos una apuesta: ¿Quién inflará mejor el globo?
- Introducimos un globo en una botella de plástico ajustando la boquilla
del globo en la boca de la botella.
- Introducimos otro globo en otra botella (que habremos agujereado
disimuladamente por la parte de abajo) y que será la que
- Pedimos a un alumno que sople con fuerza para inflar el globo en el
interior de la primera botella (veremos que ningún alumno puede hacerlo).
- A continuación, la profesora (presumiendo de gran capacidad pulmonar)
sopla sin excesiva fuerza y el globo se hincha en el interior de la botella.
Cuestiones para los alumnos
Antes de realizar la práctica:
-Las botellas que tenemos ¿están llenas o vacías?.
-¿Pensáis que será fácil hinchar un globo de aire dentro de una
botella?¿Por qué?.
Después de realizar la práctica
- ¿Por qué la profesora ha podido inflar el globo y los alumnos no?.
1.2.3. Guante con vida propia
- Cortamos la parte superior de una botella de plástico de forma que quede
como una especie de embudo.
- Colocamos un guante de látex, ajustándolo bien, en la boca de la botella.
- Introducimos la botella por la parte cortada en un recipiente con agua.
- Comprobamos que el guante se infla inmediatamente. Si sacamos la
botella del agua el guante vuelve a desinflarse. Lo volvemos a introducir y
se vuelve a hinchar, de modo que parece que tenga vida propia.
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Cuestiones para los alumnos
Después de realizar la práctica:
- ¿Por qué el globo se hincha y se deshincha? ¿Qué ocurre en cada caso?
2. ¿De verdad el aire ejerce su fuerza peso (presión atmosférica) sobre
los cuerpos inmersos en él?
Para demostrar que el aire ejerce su fuerza peso, en todas las direcciones,
sobre los cuerpos que se encuentran en la superficie terrestre (presión
atmosférica) se han planteado seis experiencias:
2.1
Naipe forzudo.
Vamos a observar como un carta (naipe) puede sujetar el líquido contenido en
una copa colocada boca abajo.
Material necesario:
- Una copa.
- Agua.
- Una carta.
Procedimiento:
-Llenamos la copa con agua hasta el borde, cubrimos la copa con una carta y,
sujetando la carta con la mano, colocamos la copa boca abajo. Si soltamos la
carta no caerá ni se derramará el agua.
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Explicación:
Al colocar la copa boca abajo actúan sobre la carta dos fuerzas (despreciando
el propio peso de la carta): El peso del agua atrapado en la copa empuja la
carta hacia abajo y la fuerza correspondiente a la presión atmosférica que
actúa sobre la superficie de la carta empuja la carta hacia arriba. La fuerza
correspondiente a la presión atmosférica es superior y la carta queda pegada al
borde de la copa.
Cuestiones para los alumnos
Una vez explicada la práctica y antes de realizarla:
-¿Pensáis que el agua se caerá de la copa o podrá ser sujetada por la carta?
Una vez realizada la experiencia:
-¿Porqué no se ha caído la carta?.
2.2 ¿Por qué se ha apagado la vela?
Material necesario:
-Una velita
- Una botella de vidrio de cuello ancho.
- Un plato hondo con agua
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Procedimiento:
- Ponemos suficiente agua en el plato hondo.
- Colocamos la velita sobre el agua encendiéndola con cuidado. Cuando la
llama se vea estable, la cubrimos con la botella boca abajo.
- La llama seguirá encendida por unos segundos, porque tiene poca
disponibilidad de oxígeno, atrapado en el aire dentro de la botella. Ese gas es
necesario para la combustión, la cual produce otros gases.
- Observamos que en un momento determinado se apaga la vela y asciende
el nivel del agua dentro de la botella. ¿Qué ha pasado?
Explicación:
La vela encendida calienta el gas atrapado a una temperatura cercana a los
800°C, lo que provoca que el gas se expanda. Al apagarse la vela por falta de
oxígeno, la temperatura baja rápidamente y el volumen de gases y la presión
de los mismos se reduce, esto provoca que la presión atmosférica externa
empuje el agua del plato y ésta suba de nivel hasta que se igualen las
presiones.
Cuestiones para los alumnos:
Una vez realizada la práctica:
-¿Ha subido el nivel del agua y ha apagado la vela o se ha apagado la vela y
después ha subido el nivel del agua?
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2.3 El globo caprichoso.
Vamos a observar cómo un globo se introduce “espontáneamente” en una
botella o matraz.
Material necesario:
- Matraz o botella de vidrio.
- Fuente de calor.
- Un globo.
- Agua
Procedimiento:
- Llenamos el matraz de agua caliente y mantenemos el agua en
él durante un par de minutos.
- Vaciamos el agua y colocamos, bien ajustado, un globo a su
boca.
- Al cabo de un tiempo el globo se irá introduciendo dentro del matraz.
Explicación:
Al vaciar el agua caliente, el matraz se ha llenado de aire y éste ha adoptado la
temperatura elevada del vidrio. Conforme el aire se va enfriando, su presión
disminuye haciéndose menor que la presión atmosférica exterior. Como
consecuencia de ello, la diferencia de presión empuja el globo hacia dentro.
La experiencia puede acelerarse si ponemos el matraz bajo un chorro de agua
fría o en un recipiente de agua con hielo. Si se hace así el globo se introducirá
aún más dentro de la botella. Si se desea que el globo vuelva a su situación
inicial, será suficiente con poner la botella en un recipiente de agua caliente y
si se desea que aumente su tamaño calentaremos el matraz utilizando un
mechero Bunsen.
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Cuestiones para los alumnos:
Una vez realizada la práctica:
- ¿Por qué se introduce el globo en la botella?
- ¿Porqué vuelve el globo a su posición inicial?
-¿Por qué se hincha el globo al calentar el matraz?
2.4 Huevo tragado por una botella.
Vamos a provocar que un huevo se introduzca en una botella cuya boca es de
menor tamaño que el diámetro menor del huevo. Con este experimento
vamos a mostrar otra forma de ver los efectos de la presión atmosférica y
cómo los cambios de presión son capaces de generar movimientos.
Material necesario:
- Botella o frasco de vidrio.
- Algodón.
-Alcohol.
- Cerillas.
- Pinza metálica.
- Huevo duro sin cáscara
Procedimiento:
- Buscamos un frasco o botella cuya boca sea de tamaño similar al de la
sección transversal del huevo, pero un poquito menor para que impida que el
huevo se introduzca en ella. Es imprescindible que el borde del frasco no
tenga ninguna raspadura o rotura que pudiera permitir el paso de aire al
taparlo.
- Con el frasco y el huevo preparados, se coge con las pinzas el algodón
empapado en alcohol, se le prende fuego y rápidamente se introduce dentro
del frasco.
- A continuación se coloca el huevo en la boca del frasco ajustándolo bien.
- Observamos como el huevo se introduce en la botella. Si el movimiento de
entrada no es excesivamente rápido veremos que la elasticidad del huevo
cocido permite que éste “adelgace” al pasar por el cuello del frasco y que
recupere después su tamaño original. Por contra, si la entrada es muy rápida es
muy probable que el huevo quede parcialmente destrozado.
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Explicación:
Recuerda la influencia que tiene la temperatura en el aire: Cuando cambiamos
la temperatura el aire se expande (si calentamos) o comprime (si enfriamos),
cambiando de volumen o de presión. Al calentar el aire que está dentro de la
botella, las moléculas que lo componen han empezado a moverse más rápido.
Como la botella está abierta, parte de esas moléculas se han escapado al
exterior, manteniendo constante la presión.
Al poner el huevo en la boca de la botella ya no permitimos que haya
intercambio de aire entre el interior y el exterior de la botella. Cuando la llama
se apaga (porque se acaba el oxígeno), el aire del interior de la botella
comienza a enfriarse otra vez, y sus moléculas empiezan a moverse más
despacio. Como el huevo no permite el intercambio de aire, no puede entrar
aire dentro de la botella para mantener la presión constante, y la presión en el
interior de la botella disminuye.
Ahora la presión que el aire en el exterior de la botella (la presión atmosférica)
ejerce sobre el huevo hacia el interior es mayor que la presión que aire del
interior de la botella ejerce sobre el huevo hacia el exterior. Debido a esta
diferencia de presiones el huevo, que es flexible, se introduce en la botella.
Una vez que está dentro, vuelve a permitirse el intercambio de aire entre el
interior y el exterior de la botella y las presiones se igualan.
Cuestiones para los alumnos
Antes de realizar la experiencia:
-¿Será posible que el huevo entre dentro de la botella sin que nosotros
ejerzamos una fuerza sobre él?
Después de realizar la práctica:
-¿Qué ha sucedido? ¿Qué ha hecho posible que el huevo haya entrado en la
botella?
-¿Será posible sacar otra vez el huevo de la botella?
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2.5 Lata estrangulada.
Vamos a observar cómo una lata de refresco vacía de contenido líquido va a
aplastarse como por "arte de magia".
Material necesario:
- Lata de refresco vacía.
- Agua con hielo.
- Pinzas de madera.
- Mechero Bunsen.
- Recipiente con agua.
Procedimiento:
- En primer lugar llenamos el recipiente con agua fría.
- Luego ponemos un poco de agua en la lata de refresco.
- Cogemos la lata con las pinzas de madera y calentamos el agua hasta que
hierva.
-Dejamos que el agua de la lata hierva un minuto y luego la retiramos del
fuego.
- Inmediatamente giramos la lata y la metemos boca abajo en el recipiente
con agua.
- En cuestión de segundos vemos que una fuerza misteriosa aplasta la lata.
Explicación:
El agua que hierve llena de vapor la lata de refresco. Cuando metemos la lata
boca abajo en el recipiente con agua fría se produce un descenso brusco de
temperatura y el vapor se condensa disminuyendo la presión interna. La
presión atmosférica que actúa en el exterior es superior a la presión interna y
aplasta la lata.
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Cuestiones para los alumnos:
Después de realizar la práctica:
-¿Por qué se ha aplastado la lata?
-¿Qué fuerza misteriosa ha aplastado la lata?
2.6 Un papel muy pesado.
Vamos a romper una regla de madera dándole un golpe bastante
más débil que lo que su estructura y rigidez exigiría por su aspecto.
Material necesario:
- Nuestras manos.
- Una hoja de periódico.
- Una regla de madera.
Procedimiento:
- Colocamos una regla de madera sobre una mesa de manera que sobresalga
de la superficie de ésta y le damos un golpe fuerte. Observamos como la regla
salta por el aire y cae al suelo.
- A continuación colocamos la regla de la misma forma que en el párrafo
anterior cubriendo con la hoja de periódico la sección que está apoyada sobre
la mesa. Una vez colocada la hoja sobre la regla la alisaremos con nuestra
mano de modo que quede la menor cantidad de aire posible entre el papel y la
mesa.
- A continuación daremos un golpe fuerte y seco, con ayuda de algún objeto
rígido, a la parte sobresaliente de la regla.
- Observamos en contra de lo que nuestro “sentido común” nos hacía intuir,
que el golpe hará que la regla se rompa en lugar de hacer saltar al periódico
por los aires.
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Explicación:
La atmósfera efectúa una fuerza considerable sobre la hoja del periódico. Esta
fuerza es igual al producto de la presión por la superficie de la hoja. En
consecuencia, al golpear nos podemos encontrar con una resistencia lo
suficientemente elevada como para que el resultado de nuestra acción conlleve
la rotura de la madera.
Cuestiones para los alumnos:
Antes de realizar la práctica:
- ¿Qué pasará si golpeamos la regla una vez cubierta por el papel de
periódico?
Después de realizar la práctica:
-¿Por qué el papel de periódico no se ha movido?
-¿Por qué se ha roto la regla?
Tiempo necesario para realizar esta unidad didáctica:
3 sesiones
Análisis de los resultados:
A los alumnos, en general les ha costado desarrollar el método deductivo, ya
que la mayoría no son curiosos y no están acostumbrados a preguntarse el
porqué de las cosas. En las cuestiones relacionadas con las experiencias en las
que ellos tenían que plantear hipótesis, he podido comprobar que sus
conjeturas eran muy pobres y con poca base científica..
En general todas las experiencias les han resultado interesantes y les han
motivado a preguntarse y conocer las causas de los hechos que estaban
ocurriendo.
Ha sido importante tener todas las prácticas preparadas con antelación ya que
se han llevado a cabo obteniéndose los resultados esperados.
Incluso las experiencias más sencillas para demostrar que el aire tiene masa y
ocupa un volumen (explicadas en los apartados 1.1 y 1.2) les han sorprendido,
sobre todo que el papel de periódico saliera seco después de introducirlo en un
recipiente con agua. En cambio les resultó bastante fácil descubrir porqué
ellos no podían hinchar el globo dentro de la botella y la profesora sí.
Las prácticas descritas en el apartado 2 del proyecto les han resultado muy
atractivas al haberse obtenido resultados sorprendentes, desde su punto de
vista. No podían dar crédito cuando la carta sujetaba el agua de la copa o
cuando el huevo pudo entrar en la botella sin que ejerciéramos ninguna fuerza
sobre él. La experiencia que les ha resultado más difícil de entender ha sido la
2.2 ¿Por qué se ha apagado la vela? ya que ellos consideraban que la vela se
había apagado porque el volumen de agua había ascendido y no al revés.
También quedaron muy sorprendidos cuando se rompió la regla cubierta por
el papel de periódico.
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Respecto a la experiencia en la que cuatro alumnos repetidores se han
convertido en profesores de los alumnos de 5º de Primaria para la realización
de las prácticas descritas en este proyecto, debemos comentar que ha sido todo
un éxito. Se ha apreciado una gran motivación en los alumnos de la ESO y
una gran exigencia con el fin de realizar bien su cometido. Se han afanado en
estudiar y comprender los conceptos con el fin de transmitirlos de una forma
sencilla a los alumnos más pequeños que han estado encantados de tener
nuevos profesores.
Conclusiones:
- El proyecto se valora muy positivamente ya que se han cumplido los
objetivos propuestos.
- Los alumnos han comprendido los conceptos explicados, afianzándolos con
los ejemplos evidenciados en las experiencias realizadas.
- A medida que se iban realizando diferentes prácticas iba aumentando la
curiosidad del alumnado por entender qué estaba pasando.
-Del mismo modo ha ido aumentando progresivamente la competitividad
entre ellos para ver quién acertaba más respuestas de las cuestiones
planteadas.
-Cabe destacar que los alumnos más brillantes en cuanto a resultados
académicos en la asignatura, no han sido los más hábiles a la hora de realizar
las experiencias, de plantear las hipótesis ni de explicar los resultados.
- Cada alumno tiene un estilo de aprendizaje diferente y nuestro modo de
enseñar y evaluar beneficia especialmente a los alumnos con más capacidad
de memorización teórica al estilo más tradicional
- Si cambiáramos el estilo de enseñanza-aprendizaje a un modelo más
práctico, donde los alumnos tuvieran que deducir y experimentar su propio
aprendizaje obtendríamos resultados académicos mejores en aquellos alumnos
más creativos, curiosos pero con menos capacidad de abstracción y estudio
teórico de los conceptos.
- Hay que llevar a cabo la enseñanza de las ciencias de una forma más
práctica, con metodologías diferentes a como lo estamos haciendo en la
actualidad, para motivar al alumnado en el estudio de las ciencias
experimentales y se decanten por esta opción en su futuro académico.