CABE EL AIRE DEL LABORATORIO EN UNA CAJA DE CERILLAS

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
¿CABE EL AIRE DEL LABORATORIO EN
UNA CAJA DE CERILLAS?
Vicent Puig Rotglà
I. E.S. CATADAU
Catadau (Valencia)
Introducción:
Realizar una pequeña investigación sobre cosas que ellos conocen, pero planteando el
problema de una forma muy cualitativa y una vez todo ligado, entonces utilizar las fórmulas
matemáticas, es decir, se pretende que sean capaces de resolver un estudio con el menor
formulismo posible.
Objetivos:
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Utilizar esta práctica para introducir el tema que se va a impartir.
Despertar su curiosidad.
Que conozcan y experimenten el verdadero método científico.
Que aprendan la ciencia como es en realidad y no como se enseña.
Relación del tema propuesto con el currículo del Curso:
Está relacionado con el concepto del comportamiento de los gases de la asignatura Física y
química de 3º ESO.
Material y recursos necesarios:
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Cajas de cerillas.
Una balanza electrónica.
Pesas (libros, bricks de leche)
Chapa madera.
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Procedimiento:
DISCUTIR EL INTERÉS DEL PROBLEMA.
• Como son dos habitáculos conocidos y de los que llegado el momento pueden medir
su volumen, evitamos que tengan que abstraerse para poder visualizar el problema
puesto que tienen la situación real delante de ellos.
ESTUDIO CUALITATIVO DEL PROBLEMA (ACOTAR Y DEFINER EL PROBLEMA)
• De que factores va ha depender:
1. Volumen
2. Presión
3. Temperatura
4. Cantidad de aire (número de moles)
• Vamos a suponer que:
1. Tanto el laboratorio como la caja de cerillas están aislados del entorno, es
decir, que no pueden intercambiar ni materia ni energía con el exterior.
2. De modo que la cantidad de materia, número de moles, lavamos a considerar
constante, por tanto, solo nos quedan tres variables (V,P,T).
FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS
A T constante, si el V aumenta la P disminuye.
A P constante, si la T aumenta el V aumenta.
A V constante, si la P aumenta la T aumenta.
Casos límite:
A T constante, si el V tiende a infinito la P tiende a cero.
A P constante, si la T tiende a infinito el V tiende también a infinito.
A V constante, si la P tiende a infinito la T también.
Llegados aquí vamos matizar que el V no es constante ya que como hemos dicho queremos
introducir el aire que hay en el laboratorio en una caja de cerillas.
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POSIBLES ESTRATEGIAS DE RESOLUCIÓN
• Considerar la T constante.
• Considerar la P constante.
• Considerar que ambas (T y P) varían
RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA
Por sencillez, y como estamos en el tema de Materia y partículas de 3º ESO donde todavía
no conocen la ecuación de los gases ideales, vamos a resolver el problema considerando
que la temperatura es constante.
Así pues, tras las acotaciones e hipótesis que hemos hecho podemos afirmar que:
P·V = constante (acabamos de deducir la Ley de Boyle)
Ahora viene la parte práctica, medir el volumen tanto del laboratorio como el de una caja de
cerillas:
Vlaboratorio= 10,35 · 6,81 · 3,27 = 230,48 m3
Vcaja cerillas= 7 · 5 · 2,5 = 87,5 cm3 = 8,75 · 10-5 m3
Por otro lado, tenemos que obtener la presión del laboratorio:
Todos coinciden en que es la presión atmosférica, por tanto, tenemos 1 atm.
Una vez hemos llegado aquí ya podemos calcular la presión a la que debería estar sometida
la caja de cerillas:
P1 · V1 = P2 · V2
1 · 230,48 = P2 · 8,75 · 10-5
P2 = 2,63 · 106 atm
Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:
Dos sesiones de 55 minutos.
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Cuestiones para los alumnos:
• ¿Cabe el aire del laboratorio en una caja de cerillas?
• ¿Cabe el aire del laboratorio en una caja de zapatos?
Análisis de las respuestas de los alumnos:
Todos opinan que esa presión es demasiado elevada para que la pueda soportar una caja de
cerillas por muy hermética que sea ya que es de cartón.
Ahora bien, ¿estamos seguros de que eso es así? Muchos afirman que sí, pero ellos no
tienen conciencia de las magnitudes de la presión, por tanto, a partir de este problema les
propongo una práctica de laboratorio.
Dicha práctica consistirá en coger la caja de cerillas e ir poniendo masas encima hasta que
se aplaste, y entonces calcular el peso de esas masas y ver la presión que han ejercido sobre
la caja de cerillas.
Análisis de la práctica presentada por el profesor:
Al empezar la práctica los alumnos comenzaron a poner las pesas más pequeñas que
teníamos en el laboratorio (10g) por miedo a sobrepasar el peso máximo que soportara la
caja, luego al observar que estas apenas realizaban deformación sobre ella, comenzaron a
utilizar las de mayor masa. Durante unos cuantos minutos estuvieron jugando con las pesas
pero observaron que no se modificaba la caja, así que algunos alumnos empezaron a
cuestionarse su respuesta.
Tras estos, les di varios bricks de leche para que pusieran más peso sobre la caja de cerillas
observaron que a pesar de poner 12 bricks de leche sobre ella, ésta no se rompía. Tras lo
cual sobre el 75% de los alumnos rectificaron su respuesta y dijeron que tal presión si la
soportaría, pero el otro 25% algo no les cuadraba.
Es ese reducido grupo un alumno tuvo la idea de hacer el cálculo al contrario, partió de la
presión que debía soportar y calculo la masa que debíamos poner encima, al hacer esto
obtuvo una masa de 76.676 toneladas, con lo que convenció a todos sus compañeros de que
tal peso no podía ser soportado por una caja de cartón.
Tras lo cual les planteé las siguientes preguntas, ¿de que material deberá estar hecha la
caja? y ¿qué volumen debería tener la caja para que siendo de cartón soportase esa presión?.
De forma que les quede claro que cuando se termina un experimento, siempre se puede
ampliar el trabajo de investigación.
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