¿Por qué flotó el Titanic?
Datos del Proyecto
Descripción de la Experiencia
Desde el cole Guadalquivir de Mairena del Aljarafe seguimos investigando sobre flotación y conociendo muchas cosas sobre el maravilloso Titanic.
Cuarta sesión
Tras afianzar bien los conceptos previos en las anteriores sesiones, hoy comenzamos a investigar las variables que influyen directamente en la flotación.
Los chicos/as han manipulado libremente diferentes objetos y han llegado a la conclusión que los objetos pesados se hunden y los ligeros flotan. Les ha entrado la duda con algunos objetos (tapones, cucharas de plástico,…) pues a veces flotan y a veces no.
Hemos dedicado un espacio en la pared para ir colocando cartelitos con las variables que vamos comprobando que influyen. Así, colocamos la variable peso:
1ª conclusión: el peso de los objetos influye en su capacidad de flotar.
Comprobamos que una bolita de plastilina pesa igual si le damos forma de cuenco. Sin embargo cuando tiene forma de bola, se hunde y cuando tiene forma de cuenco, flota.
Vaya parece que tenemos que cambiar nuestra hipótesis:
2ª conclusión: el peso no influye en la flotación pero la forma del objeto sí.
Quitamos de la pared el cartelito del peso y ponemos el de la forma del objeto.
A continuación vamos añadiendo canicas en el interior del cuenco de plastilina hasta que éste acaba hundiéndose. Vaya, vaya desconcierto general. Probamos con papel de aluminio y clips y sucede exactamente igual.
3ª conclusión: tanto el peso como la forma del objeto influyen en su flotación.
Descubrimos además, que al meter un vasito en un recipiente lleno hasta el borde, una cantidad de agua se derrama. Al verter ese agua dentro de ese vasito nos sorprende pues cabe justo, no sobra ni falta ni una gota ¡qué casualidad! Seguimos probando con otros vasos de diferente capacidad y comprobamos que no era casualidad.
4ª conclusión: cuando metemos un objeto en el agua, éste desplaza una cantidad de líquido igual a su propio volumen. Cuanto mayor es el volumen del objeto, más volumen de agua desplazará.
Cuando ponemos en el agua un trozo grande de corcho y con la palma de la mano empujamos hacia abajo, notamos perfectamente que cuando dejamos de presionar, “algo” empuja al corcho hacia arriba. Si presionamos fuerte hacia abajo, el corcho se sumerge un poco, pero en cuanto presionamos un poco más flojito el corcho sube. Señalamos con vectores esas fuerzas.
5ª conclusión: hay algo en el agua que empuja al corcho hacia arriba. ¿Qué será ese “algo”?
Para familiarizarnos con el concepto “fuerza” jugamos por parejas a ejercer fuerza con las manos en diferentes direcciones e intensidades. Descubrimos el dinamómetro y aprendemos a medir esa fuerza a la que llamamos peso.
Si metemos en el agua el objeto que hemos colgado del dinamómetro ¡el indicador sube! ¡¿pesa menos dentro del agua?! ¿qué ha empujado al indicador hacia arriba? ¡Claro, la misma fuerza que empujaba al corcho!
6ª conclusión: en el agua hay algo que empuja hacia arriba a los objetos que metemos en ella.
Quinta sesión
En esta 5ª sesión aprendimos a medir la fuerza de empuje con el dinamómetro. Ahora vamos a pesar el agua desalojada y comprobar que es lo mismo.
6ª conclusión: La fuerza de empuje es igual que el peso del agua desplazada. (Arquímedes de Siracusa, Sobre los cuerpos flotantes).
7ª conclusión: Cuando metemos un objeto en el agua, se producen dos fuerzas: el peso del objeto hacia abajo y el empuje hacia arriba. Lo representamos con vectores y llegamos a la conclusión de que “ganará” la fuerza mayor. Es decir, si el peso del objeto es menor que el peso del agua que desaloja, flotará.
Lo comprobamos. Pesamos y anotamos una serie de objetos, después pesamos el agua que desplazan. Según estos datos lanzamos la hipótesis si flotará o se hundirá. Dicho de otra manera, si el objeto, con una masa y un volumen determinado, es menos denso que el agua que desaloja, flotará.
8ª conclusión: La bola de plastilina es más densa que la «bola de agua» que desplaza, por tanto se hunde. El cuenco de plastilina es menos denso que el «cuenco de agua» que desplaza, por tanto flota. Cuando parecía que ya teníamos claras todas las variables que puedan influir en la flotación, comprobamos algo más.
Al colocar dos objetos de igual masa y volumen (dos huevos) en dos recipientes idénticos y con la misma cantidad de agua, nos sorprendemos pues en uno el huevo flota pero en el otro se hunde. ¿Tendrán la misma densidad ambas aguas? No, a una se le ha añadido más materia, sal, con lo que es más densa y eso favorece la flotación del huevo.
Sexta sesión
En esta sesión nos vamos a preparar para presentar nuestro trabajo en la V Feria de la e-NanoCiencia de nuestro centro. Montaremos un stand en el que mostraremos nuestros experimentos y las conclusiones a las que hemos llegado.
Hemos vuelto a hacer una torre de líquidos con diferente densidad pero esta vez más grande y con los rótulos del líquido del que se trata y su respectiva densidad. Y como ahora sí estamos en condiciones de entender por qué flotó el Titanic, repasamos los datos técnicos del barco y comprobamos que confirman nuestros conocimientos sobre flotación: ¡el Titanic era menos denso que el agua de mar!
DIMENSIONES DEL BARCO
| ESLORA: 269 m. MANGA: 28 m.
VOLUMEN TOTAL DEL CASCO: 135. 576 m3 ALTURA: 18 m. LINEA DE FLOTACIÓN: 11,5 m. VOLUMEN DE AGUA DESPLAZADA: 86.618 m3 |
| DENSIDAD DEL AGUA DE MAR : 1´027 gr/ml.
FUERZA DE EMPUJE: 88.956 Tn |
| DENSIDAD DEL AGUA DE MAR : 1´027 gr/ml.
DENSIDAD DEL TITANIC: 0´656 gr/ml |
A pesar de su enorme peso era menos denso que el agua porque todo el barco estaba hueco, además los ingenieros se aseguraron de esto colocando 16 enormes compartimentos estancos en la parte más baja del barco, con lo que su densidad total disminuyó aún más. Por eso le llamaban “el barco insumergible”.
Podía flotar con cualquier par de compartimentos estancos contiguos inundados e incluso podía mantenerse a flote hasta con los cuatro primeros o los cuatro últimos compartimentos anegados. Esta disposición estaba pensada para resistir los daños provocados por cualquier colisión imaginable. Desgraciadamente la noche del accidente se rompieron los cinco compartimentos de proa y el hundimiento fue inevitable.
La seño Maku ha traído una maqueta de este sistema de compartimentos que funciona exactamente como ocurrió. Cuando llenamos cuatro compartimentos no ocurre nada, pero al llenar el quinto la maqueta se hunde haciendo exactamente el mismo movimiento que se ve en la película de Oliver Stone.
Los niños han traído sus maquetas del barco y hemos reunido una estupenda colección.
Al final de la tarde hemos hecho una puesta en común con los datos que los niños han ido trayendo sobre el Titanic. Hemos charlado sobre el entorno histórico, social y tecnológico que posibilitó la construcción de tan magnífico barco.
Séptima sesión
Hemos expuesto nuestro trabajo en la V Feria de la e-NanoCiencia. Ha sido un éxito. Nos han visitado cientos de personas. Nos hemos turnado para explicar los experimentos y así poder ver todo el resto de la feria. Han participado todos los cursos del CEIP Guadalquivir, desde infantil a 6º. En total había diez stands cada uno con un tema diferente.
Octava sesión
Una tarde estupenda. Nos hemos divertido de lo lindo. Ha estado llena de sorpresas.
Iniciamos la sesión descubriendo un “pequeño detalle” sobre el accidente del Titanic: el barco chocó contra un iceberg ¿de qué están formados los iceberg? De hielo. Pero, ¿el hielo flota? Lo comprobamos con cubitos y observamos que efectivamente el hielo flota sobre el agua. ¿Cómo es posible? El hielo está hecho de agua y al estar en estado sólido tendrá más densidad que el agua en estado líquido. Alguien advierte que cuando el agua se congela aumenta de volumen y por eso las botellas en el congelador estallan.
Tras un rato de debate y deducciones, y gracias a lo que ya sabemos sobre la estructura molecular, llegamos a la conclusión de que las moléculas se deben colocar de alguna manera tal que ocupen más espacio, tenga más volumen, y por eso su densidad será menor. Efectivamente, simulamos con nuestras manos y después con las moléculas que hicimos con goma eva, la estructura hexagonal que adoptan las moléculas de agua cuando se congelan.
También nos hemos planteado el funcionamiento de los submarinos: ¿cómo pueden flotar o hundirse cada vez que lo deseen?, ¿su densidad será mayor o menor que la del agua?, ¿cómo puede cambiar su densidad?
Se les entrega a cada grupo unos materiales muy simples y se les invita a construir ellos mismos un objeto que cambie de densidad y pueda así flotar o hundirse. ¡Sólo han necesitado algunas pistas para conseguirlo! Realmente han asimilado los conceptos. A un grupo se le ha dado el capuchón de un boli Bic y un poco de plastilina. A otro tres globos y una tuerca. Y al tercero, un globo, dos cañitas, piedras, gomillas y una botellita agujereada.
Hemos hecho una merienda especial a media tarde con helados.
La última parte de la tarde nos deparaba una sorpresa muy especial. Hemos experimentado con un material nuevo y sorprendente para ellos: el hielo seco. Este material tiene la curiosa propiedad de pasar de estado sólido a gaseoso, directamente, sin pasar por el estado líquido. Esto se llama sublimación.
Tras advertirles y tomar las precauciones adecuadas para manipular este material con seguridad, lo hemos observado en cuencos metálicos. ¿Cómo puede quemar si es hielo y está hecho con agua? No, en realidad está hecho con un gas, el CO2 congelado a -78o.
Si soplamos sobre él, sale una nube blanca, ¿por qué? El dióxido de carbono al entrar en contacto con nuestro cálido aliento (que estará a unos 36o aproximadamente), se sublima. Entonces ¿la nube blanca que vemos es el dióxido de carbono? No, porque es un gas y no se ve. ¿Qué es entonces esa nube blanca? Son pequeñas gotitas de agua que al entrar en contacto con el CO2 tan frío, se han condensado y por eso las vemos. ¿De dónde ha salido ese agua? En el aire a nuestro alrededor hay muchas moléculas de agua. Se han condensado sobre las partículas de polvo que hay en el ambiente, por eso las vemos. Es lo mismo que ocurre con la formación de las nubes, o con la niebla.
Al meter un trocito de hielo seco en un globo y éste en un bol con agua caliente, vemos que el globo se infla solo. El CO2 se está sublimando y al convertirse en estado gaseoso sus moléculas se separan y mueven en todas direcciones, ocupan más espacio y empujan a las elásticas paredes del globo, por eso se infla.
Hemos metido un puñado de hielo seco en un bote y lo hemos tapado. Al momento la tapa ha saltado, no tanto como esperábamos, por el mismo motivo.
En un cuenco con bastante hielo seco, hemos añadido agua hirviendo y ha salido una gran nube blanca. ¡Cuando hemos añadido agua jabonosa se ha formado una montaña de espuma!
Los últimos minutos los hemos utilizado para hacer un poco de reflexión sobre todos estos meses, lo que más nos ha gustado, el experimento más interesante, lo que hemos aprendido, etc.
El balance tanto por parte de las dos profesoras como del alumnado es muy positivo. La convivencia entre los chicos ha sido estupenda, han colaborado, han jugado juntos en los descansos a pesar de las diferencias de edad y nunca ha surgido un conflicto. Su actitud ante el trabajo ha sido magnífica, han aportado todo cuanto se les pedía, han mostrado un alto nivel de interés y colaboración.
Creemos que además de los contenidos aprendidos, han asimilado una manera de trabajar y de ir aprendiendo mediante sus deducciones, llegando ellos a las conclusiones correctas y descubriendo por sí mismos la explicación a algunas cuestiones científicas. Han aprendido a enunciar hipótesis, a usar diferentes instrumentos de medida (termómetros, higrómetros, densímetros…), recoger datos en tablas de registro e interpretarlos, a usar un lenguaje descriptivo, objetivo, preciso.
Y esto ha sido toda nuestra experiencia en Profundiza 2015. Tanto las profesoras como el alumnado hemos disfrutado mucho. ¡Hasta el próximo curso!
Imagen de Shutterstock.
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