¿cómo hacer que una mezcla se comporte como

Actividad indagatoria en Ciencias:
¿CÓMO HACER QUE UNA MEZCLA SE COMPORTE
COMO UN LÍQUIDO Y UN SÓLIDO AL MISMO TIEMPO?
(Guía para profesor)
Existen algunas mezclas fluidas en donde al ejercer una fuerza de manera repentina y brusca (ej.
revolverla rápido), podemos hacer que se comporten como un sólido. En cambio, al ejercer menos fuerza
y de manera más pausada, la misma mezcla se puede comportar como un líquido.
CONCEPTOS PARA ABORDAR: Estado sólido, estado líquido, fluidez, viscosidad, mezclas,
efectos de las fuerzas sobre los objetos.
HABILIDADES CIENTÍFICAS PARA TRABAJAR: Observar, preguntar, predecir, inferir, describir,
tomar registros, analizar evidencias, comunicar resultados, comparar resultados.
Materiales (por grupo de 3 alumnos):
- 1 Botella con 500 cc de agua potable.
- 300 g de maicena
- 1 vasos plástico transparente, en lo posible de paredes rígidas.
- Colorantes para repostería.
- Diarios.
- 1 cuchara sopera metálica.
- 1 Bowl o ensaladera de plástico o metal.
- Lápices de colores y cuaderno de registro
Para uso del(la) profesor(a):
- 1 rollo de toalla de papel.
- 1 bowl con agua tibia.
- 1 bolsa plástica para la basura.
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PROCEDIMIENTO
Reúna en grupos de tres integrantes a sus estudiantes. Sin entregarles los materiales, realice:
a) Inicio: Puede detectar ideas previas del tema a través de algunas preguntas abiertas o dirigidas,
por ejemplo:
- ¿Qué características tienen los materiales en estado líquido?
R: Adoptan la forma del recipiente que los contiene, presentan viscosidad, pueden fluir.
- ¿Qué características tienen los materiales en estado sólido?
R: Son duros al tacto, no se pueden comprimir, tienen forma constante, tienen volumen
constante.
- ¿Podemos transformar un líquido en un sólido?, ¿cómo?
R: Sí, bajando su temperatura (solidificación).
- ¿Por qué la miel fluye más lentamente que el agua?
R: Porque es más viscosa que el agua.
- ¿Conocen alguna mezcla o sustancia que pueda comportarse como un sólido y como
líquido?, ¿cuáles?
R: El barro, el manjar, algunas mieles, la pasta de dientes.
b) Desarrollo:
1) Una vez respondidas dichas preguntas, infórmele a sus estudiantes que para este
experimento trabajarán con una mezcla de maicena y agua (se le denomina llamada oobleck), y
plantee la pregunta de investigación:
¿CÓMO HACER QUE UNA MEZCLA SE COMPORTE COMO UN LÍQUIDO Y UN SÓLIDO AL
MISMO TIEMPO?
2) Y luego de ello, pídale a sus estudiantes que planteen su hipótesis. Anímelos a que discutan
sus hipótesis individuales con sus compañeros, hasta que puedan consensuar una hipótesis
grupal.
Hipótesis: Los estudiantes deben responder la pregunta con explicaciones simples y breves.
Estimúlelos a que sus respuestas se puedan someter a prueba experimental.
Si no responden, puede guiarlos con preguntas como estas:
- ¿Qué harías con la maicena y el agua para hacer que se comporte como el barro?
3) Entréguele los materiales a sus estudiantes, y pídales que efectúen las siguientes instrucciones:
I.
II.
Cubrir la superficie de trabajo con papel de diario.
Mezclar 1 parte de agua por 2 de maicena en el bowl o balde hasta que quede una pasta
uniforme. Si está muy compacta agregar más agua, y si está muy acuosa poner más
maicena. De manera opcional, puede colorearse el agua antes de mezclarla poniendo
unas pocas gotas de colorante, así la pasta adquiere color. El exceso de colorante puede
teñir las manos y la ropa de los estudiantes.
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III.
IV.
V.
VI.
VII.
Poner todo el oobleck en un vaso plástico, y probar la siguiente experiencia: dejar una
cuchara sobre la superficie del oobleck y soltarla. Luego, uno de los niños debe sujetar
el vaso con firmeza y otro debe tratar de sacar la cuchara rápidamente y de manera
repentina. Volver a intentar sacarla, pero ahora de manera más lenta y pausada.
Poner el oobleck en el bowl nuevamente, y darle un golpe firme con la cuchara,
intentando enterrarla. Luego, intentar hundirla suavemente.
Finalmente, moldear el oobleck usando las manos y comprobar resultados.
Cuando terminen de manipular el oobleck, lavarse las manos con agua tibia en un
recipiente y enjuagar en la llave, y limpiar las superficies de trabajo.
Para desechar el oobleck, se recomienda ponerlo en una bolsa plástica en el basurero,
ya que al eliminarlo por el desagüe puede causar obstrucción de cañerías.
4) Puede solicitar a sus estudiantes que efectúen registros de la experiencia realizada. Para ello, se
sugiere una tabla de registros como la siguiente:
Ficha de registro experimento: ¿cómo hacer que una mezcla se comporte
como un líquido y un sólido al mismo tiempo?
Integrantes Grupo:
Curso:
Fecha de registro:
Dibujo del oobleck en el vaso:
Hora:
Dibujo del oobleck en tus manos:
¿Qué ocurre cuando intentan sacar la cuchara rápidamente del oobleck?
¿Qué ocurre si se hace lentamente?
¿Qué podría ocurrir si revuelven rápidamente el oobleck con una cuchara?, ¿por qué?
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¿En qué se parece el oobleck a un líquido?
¿En qué se diferencia el oobleck de un líquido?
Expliquen ¿qué fue lo que cambiaron ustedes para hacer que el oobleck se comportara como un
sólido?
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Revisar si la hipótesis coincide con lo observado en el experimento
Ahora vuelva a hacerles las preguntas a sus estudiantes: ¿por dónde se moviliza el agua en las
plantas?, ¿es a través de qué estructuras?, ¿por qué ocurre eso?. Escuche las respuestas de los
estudiantes, y pídales que comuniquen sus hipótesis. Pregúnteles si coinciden o no con la evidencia
observada en el experimento. Estimúlelos a que comuniquen qué les llevó a pensar su hipótesis y
que fue lo nuevo que aprendieron.
EXPLICACION DE LO OCURRIDO EN EL EXPERIMENTO:
Explíqueles a sus estudiantes cómo ocurrió lo observado en el experimento, tratando de establecer
vínculos con contenidos que estén estudiando actualmente, que hayan aprendido en unidades o
cursos anteriores.
¿Qué ocurrió?:
El oobleck es una suspensión formada por maicena (almidón de maíz) con agua, y esta mezcla no
tiene una viscosidad definida (a diferencia del agua, que si tiene una viscosidad definida): es lo que
se llama un “fluido no-newtoniano”. El científico Isaac Newton afirmó que los fluidos deberían tener
una viscosidad definida, y a los que cumplen con dicho criterio se les denomina fluidos newtonianos
(ej. Agua, aceite de maravilla, alcohol). Por ej. un líquido muy viscoso es la leche condensada, y uno
poco viscoso es el agua. El oobleck no tiene una viscosidad definida porque cuando se le aplica una
fuerza mayor es muy viscoso y cuando se le aplica una fuerza menor es poco viscoso. Por esta
razón se llama no-newtoniano. Algunos ejemplos de fluidos no-newtonianos son el yeso con agua,
la pasta de dientes, la mezcla de cemento con arena y agua, la pintura antigoteo y el shampoo.
En el caso particular del oobleck, al impactar su superficie provocamos que las partículas de maicena
se atasquen entre sí, lo que a su vez lo aglomera y solidifican. Dicha aglomeración puede extenderse
hasta el fondo del recipiente, lo que provoca una columna sólida dentro de la mezcla fluida que
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soporta nuestro impacto. Si nuestro impacto es suave y paulatino, permitimos que las partículas de
maicena fluyan entre sí, y con ello evidenciemos que la mezcla fluye.
Modificada desde “Scott R. Waitukaitis, Heinrich M. Jaeger, “Impact-activated solidification of dense suspensions via
dynamic jamming fronts,” Nature 487: 205–209, 12 July 2012”
Se menciona en un inicio que el oobleck es una suspensión. Esto quiere decir que es las partículas
de maicena no están disueltas en el agua, sino que están suspendidas y esparcidas por toda el
agua. Las suspensiones son mezclas, las cuales se separan cuando se dejan quietas por un tiempo
(queda una capa de almidón abajo y una capa de agua arriba).
c) Cierre:
Explique a sus estudiantes las aplicaciones que pueden tener la experiencia trabajada.
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Aplicaciones:
Los fluidos no-newtonianos son muy útiles en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cuando pintamos una
pared queremos que la pintura salga rápidamente del pincel (líquido) y luego que no gotee cuando
esté en la pared, sin tener que esperar a que se seque (sólido).
Además, con fluidos similares al oobleck se investiga la creación de chalecos antibalas ultra livianos,
“lomos de toro inteligentes” que reaccionen suavemente cuando un conductor respete el límite de
velocidad, y se vuelvan rígido cuando lo excedan, y algunas mezclas de comportamiento similar ya
se usan en sistemas de transmisión de vehículos 4x4.
COSTOS APROXIMADOS DEL EXPERIMENTO (por curso de 45 alumnos):
- 3 kg de maicena
- 15 Vasos plásticos rígidos
(pueden confeccionarse con fondos de botellas plásticas)
- 1 set de colorantes para repostería (rojo, azul, amarillo)
- 15 bowl o ensaladeras plásticas (puede pedirlos prestados del hogar, al igual
que las cucharas metálicas)
$7200
$0
Total
$7900
$700
$0
SEGURIDAD
Tenga precaución que sus estudiantes:
-
No boten la mezcla al lavaplatos o desagües, ya que podrían obstruirlos.
No golpeen con mucho impulso el oobleck, para evitar lesiones o que golpeen a compañeros
cercanos al experimento.
ESTÁNDARES CURRICULARES
Esta experiencia puede ser utilizada como un complemento para la clase de Ciencias Naturales en
el curso 3° básico, de acuerdo con los contenidos mínimos obligatorios dictados por el MINEDUC
en las Bases Curriculares de Ciencias Naturales para Educación Básica del año 2012.
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Secciones del currículum en las cuales puede insertar este experimento:
3º Básico
4º Básico
5º Básico
6ºBásico
Eje de Ciencias Físicas y
Químicas:
Eje de Ciencias de la Tierra
y Universo:
- Comparar los tres
estados de la materia
(sólido, líquido y gaseoso)
en relación con criterios
como la capacidad de fluir
y cambiar de forma y
volumen, entre otros.
-Investigar
la
experimentalmente
formación del suelo, sus
propiedades (como color,
textura y capacidad de
retención de agua) y la
importancia de protegerlo
de la contaminación,
comunicando
sus
resultados.
- Demostrar, por medio de
la investigación
experimental, los efectos
de la aplicación de
fuerzas sobre objetos,
considerando cambios en
la forma, la rapidez y la
dirección del movimiento,
entre otros.
REFERENCIAS
-
MINEDUC. Bases Curriculares para Ciencias Naturales, Educación Básica. Diciembre de
2012.
Robert Pflugfelder. Science Bob Blog: Oobleck – The Corn Starch And Water
Experiment. http://www.sciencebob.com/blog/?p=608
Scott R. Waitukaitis & Heinrich M. Jaeger. Impact-activated solidification of dense
suspensions via dynamic jamming fronts. Nature 487, 205–209 (12 July 2012).
Escrito por: Fabián Bravo | [email protected] | Abril de 2013
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