Arcoíris con un vaso y una rendija
Un vaso de vidrio lleno de agua, colocado al sol en el borde de una ventana o mesa y con una máscara de cartulina con rendija, separa la luz blanca y proyecta una franja de colores de 2–5 cm sobre una hoja blanca situada a 30–80 cm.
Qué va a aprender
- Que la luz blanca del sol es una mezcla de colores y que se puede separar.
- Que la luz se dobla (refracción) al pasar del aire al agua y del agua al aire, y que cada color se dobla un poco distinto (dispersión).
- Que el orden de los colores es siempre el mismo: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta (el rojo es el que menos se desvía).
- Que un haz estrecho de luz da colores más nítidos, y que alejar la pantalla separa más los colores pero los hace más tenues.
- A relacionar el experimento con los arcoíris del cielo, los prismas y los CD.
Prepara antes
- Busca la ventana que recibe sol directo a primera hora de la mañana (ventanas al este) o a media tarde (al oeste). Comprueba el día antes a qué hora entra el sol.
- Imprime las piezas A y B al 100 %. Pega la plantilla A sobre la cartulina negra y corta la rendija con cúter antes de la sesión si los niños son pequeños.
- Despeja el alféizar o la mesa: el vaso va a estar en el borde, así que pon una toalla debajo por si se cae.
- Ten preparada una silla baja o una caja junto a la ventana para apoyar la hoja si el suelo queda muy lejos.
Materiales y herramientas
- Vaso de vidrio liso — 1
transparente, paredes rectas, sin dibujos, unos Ø 7 cm × 10–12 cm - Agua del grifo — unos 300 ml
limpia, hasta 1 cm del borde - Hojas de papel blanco — 2 (A4)
una para la pantalla (pieza B) y otra de repuesto - Cartulina negra u oscura — 1 trozo de 10 × 12 cm
opaca, para la máscara con rendija (pieza A) - Cinta adhesiva — 4 trozos de 3 cm
para fijar la máscara al vaso y la hoja a la pared o al suelo - Lápices de colores — 7 colores
rojo, naranja, amarillo, verde, azul claro, azul oscuro y violeta - Linterna (opcional) — 1
de haz estrecho; la del móvil sirve si la habitación está muy oscura
Herramientas
- Cúter y regla — cortar la rendija de 3 × 50 mm adulto
- Tijeras — recortar la máscara y la pantalla
- Regla o cinta métrica — medir la distancia del vaso a la hoja y el ancho del arcoíris
Piezas y plantillas
- A · Máscara con rendija ×1 — cartulina negra (o cartón fino pintado de negro)
- B · Pantalla para dibujar el espectro ×1 — papel o cartulina blanca
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Paso a paso
Prepara la máscara adulto
Pega la plantilla A sobre la cartulina negra y recórtala (100 × 90 mm). Un adulto corta la rendija de 3 × 50 mm con cúter y regla, bien recta.
1 Pega la plantilla A en la cartulina negra y recorta 100 × 90 mm 2 Un adulto corta la rendija de 3 × 50 mm con cúter y regla 3 Mira una lámpara a través: se ve una línea de luz fina y recta Comprueba: Al mirar a través de la rendija hacia una lámpara, ves una línea de luz fina y recta.Llena el vaso
Llena el vaso de vidrio con agua hasta 1 cm del borde (unos 300 ml). Seca bien el exterior con un paño: las gotas de fuera desvían la luz.
1 Llena el vaso de agua hasta 1 cm del borde 2 Seca bien el vidrio por fuera con un paño: sin gotas Pega la máscara al vaso
Curva la máscara alrededor de medio vaso, con la rendija vertical, y pégala con dos trozos de cinta por los bordes. La parte inferior de la rendija debe quedar unos 2 cm por encima del fondo del vaso. Hacia dónde mira exactamente la rendija lo ajustarás en los pasos 5 y 7.
1 Curva la máscara A alrededor del vaso, por el lado del sol 2 Pega los bordes con cinta; la rendija empieza 2 cm sobre el fondo 3 Bien pegada al vidrio: sin huecos por donde entre luz Comprueba: La máscara queda pegada al vidrio sin huecos por donde se cuele luz.Busca el sol
Busca una ventana con sol directo, mejor por la mañana temprano o a media tarde, cuando el sol está bajo y la luz entra inclinada. Con el sol muy alto la luz cae casi vertical y no atraviesa bien el vaso.
1 Busca sol directo y bajo: por la mañana temprano o a media tarde 2 Comprueba que la sombra de tu mano sale nítida Comprueba: La sombra de tu mano sobre el alféizar es nítida (sol directo, no luz de nubes).Coloca el vaso en el borde
Pon el vaso en el borde del alféizar o de una mesa al sol, con la máscara del lado del sol pero girado de forma que la rendija quede unos 2 cm a un lado del punto que mira de frente al sol. Un haz que entra justo por el centro atraviesa el agua sin desviarse y no separa los colores; tiene que entrar de lado. El lado contrario del vaso debe quedar justo sobre el borde, para que la luz que sale pueda bajar al suelo sin chocar con el marco.
1 Pon el vaso con la rendija hacia el sol, sobre una toalla 2 El otro lado del vaso queda justo sobre el borde Truco: Pon una toalla debajo del vaso por si se cae.Coloca la pantalla
Pon la hoja B en el suelo, en una silla o pegada a la pared del lado de la sombra del vaso, a unos 30–50 cm. Busca la franja de luz que sale del vaso y mueve la hoja hasta que caiga encima.
1 Pon la hoja B en el suelo, a unos 30–50 cm del vaso 2 Busca la franja de luz y mueve la hoja hasta que caiga encima Afina el arcoíris
Gira el vaso despacio sobre sí mismo unos milímetros cada vez: así la rendija se aleja del centro del lado del sol y el haz entra más inclinado en el agua; cuanto más de lado entra, más se desvía y más se separan los colores (si te pasas, la franja se hace tenue o desaparece). Acerca o aleja la hoja entre 30 y 80 cm hasta que la franja se convierta en colores bien separados. Si hace falta, inclina el vaso un poco calzándolo con una moneda.
1 Gira el vaso despacio, unos milímetros cada vez 2 Acerca o aleja la hoja entre 30 y 80 cm 3 Rojo en un extremo y violeta en el otro, en 2–5 cm Comprueba: Ves rojo en un extremo y violeta-azul en el otro, colocados uno al lado del otro en horizontal, en una franja de 2–5 cm.Oscurece alrededor
Si los colores se ven débiles, baja un poco la persiana para que solo entre el sol por la zona del vaso, o haz sombra a la hoja con un cartón. Los colores destacan mucho más.
1 Baja la persiana: que el sol entre solo por la zona del vaso 2 Haz sombra a la hoja con un cartón: los colores destacan más Dibuja y mide
Con los lápices, colorea sobre la hoja cada color justo donde lo ves. Apunta la hora y la distancia vaso-hoja, y mide con la cuadrícula cuánto mide de ancho el arcoíris.
1 Colorea cada color justo donde lo ves 2 Apunta hora y distancia, y mide el ancho con la cuadrícula Comprueba: Has anotado los colores en orden; el rojo siempre está en el lado que menos se ha desviado.Prueba sin la máscara
Quita la máscara y compara: con el vaso entero iluminado la franja es más ancha y luminosa, pero los colores se mezclan y el centro se ve casi blanco. Vuelve a poner la máscara para ver la diferencia.
1 Quita la máscara: la franja es ancha y el centro casi blanco 2 Vuelve a ponerla: los colores se separan bien
¿Funciona? La prueba
Con el sol a media altura, vaso con máscara de rendija de 3 mm en el borde de la ventana y la hoja a 50 cm.
Qué debe pasar: Aparece una franja de colores de 2–4 cm de ancho con rojo en un extremo y violeta en el otro, pasando por naranja, amarillo, verde y azul. Al alejar la hoja a 80 cm se hace más ancha y más tenue; al acercarla a 20 cm se estrecha y casi se vuelve blanca.
Si algo falla
- Solo sale una mancha de luz blanca — El haz es demasiado ancho o la hoja está demasiado cerca. Solución: Pon la máscara con rendija y aleja la hoja a 50–80 cm.
- Con la máscara puesta sale una raya blanca, sin colores — La rendija mira justo de frente al sol: el haz entra por el centro del vaso y lo atraviesa sin desviarse. Solución: Gira el vaso para que la rendija quede 2–3 cm a un lado y el haz entre inclinado; sigue girando poco a poco hasta que aparezcan los colores.
- No sale ninguna mancha de luz — No hay sol directo o la luz no atraviesa el vaso hacia la hoja. Solución: Comprueba que la sombra de tu mano es nítida. Gira el vaso y busca la luz que sale; mueve la hoja por todo el suelo y la pared.
- Los colores se ven muy pálidos — Mucha luz ambiente en la habitación. Solución: Baja la persiana dejando entrar sol solo por la zona del vaso, o haz sombra sobre la hoja.
- El arcoíris sale deformado o con rayas — Vaso con relieves, rayado o con gotas por fuera. Solución: Usa un vaso liso y seca el exterior. Un tarro cilíndrico liso funciona muy bien.
- A mediodía no funciona — El sol está demasiado alto y la luz no entra de lado por la rendija. Solución: Hazlo por la mañana temprano o a media tarde, o inclina el vaso hacia el sol calzándolo.
- Día nublado — La luz difusa viene de todas direcciones y no forma un haz. Solución: Usa una linterna potente en una habitación a oscuras, apuntando por la rendija desde 20 cm.
Seguridad
- Nunca mires directamente al sol, ni a través del vaso: puede dañar los ojos.
- El vaso en el borde puede caerse y romperse: pon una toalla debajo y que lo sujete un adulto si el alféizar es estrecho.
- El cúter para la rendija lo usa un adulto, con regla metálica y base de corte.
- Un vaso de agua al sol puede concentrar la luz como una lupa: no lo dejes desatendido junto a papeles, cortinas o madera durante horas.
- Seca el agua que caiga en el suelo para evitar resbalones.
La ciencia detrás
Para los niños
La luz del sol parece blanca, pero en realidad es una mezcla de muchos colores que viajan juntos, como una trenza de siete hilos. Cuando la luz entra de lado en el agua del vaso, se tuerce un poco (si entra justo por el centro, sigue recta), y cada color se tuerce de forma diferente: el violeta se tuerce mucho y el rojo poco. Así la trenza se deshace y cada color cae en un sitio distinto de la hoja. ¡Eso es un arcoíris!
Para el adulto
La luz cambia de velocidad al pasar de un medio a otro y por eso se desvía en la superficie de separación (refracción, ley de Snell: n₁·sen θ₁ = n₂·sen θ₂). El índice de refracción del agua depende ligeramente de la longitud de onda (dispersión): ≈ 1,331 para el rojo (700 nm) y ≈ 1,343 para el violeta (400 nm). Al atravesar el cilindro de agua y vidrio, que actúa a la vez como prisma y como lente cilíndrica, la luz violeta se desvía más que la roja y el haz blanco se abre en un abanico angular de 1–2°. A 50 cm de distancia, eso supone 1–2 cm de separación entre el rojo y el violeta, más el ancho propio del haz. Un rayo que entra por el centro del cilindro llega perpendicular a la superficie y no se desvía; por eso el haz debe entrar descentrado, y la desviación y la separación de colores crecen cuanto más cerca del borde entra. Como el eje del vaso es vertical, la luz solo se desvía en el plano horizontal: los colores quedan uno al lado del otro en horizontal, en franjas verticales. Es esencial también la rendija: si el haz de entrada es ancho (todo el vaso), los espectros de cada parte del haz se superponen y el centro se ve blanco; solo en los bordes aparecen colores. El arcoíris del cielo es el mismo fenómeno en gotas esféricas, con una reflexión interna: los rayos salen concentrados a unos 42° del punto opuesto al sol. Los siete colores con nombre son una convención (Newton); el espectro es continuo.
- refracción: cambio de dirección de la luz al pasar de un material a otro (aire, agua, vidrio).
- dispersión: separación de los colores porque cada uno se desvía un poco distinto.
- espectro: la franja ordenada de colores que forman la luz blanca.
- prisma: pieza transparente que separa la luz en colores.
- haz de luz: un chorro de luz estrecho que va en una dirección.
Por edades
- 5–7 años: El adulto prepara la máscara y coloca el vaso. El niño busca el arcoíris con la hoja moviéndola por el suelo, dice los colores en voz alta y los colorea. Céntrate en «la luz blanca lleva colores escondidos».
- 8–10 años: Montan todo (menos el corte de la rendija), dibujan el espectro sobre la cuadrícula y comparan con y sin máscara y a varias distancias.
- 11–12 años: Miden el ancho del espectro a 30, 50 y 80 cm y comprueban que crece en proporción a la distancia (ángulo constante). Calculan el ángulo de dispersión con ancho/distancia. Reto: el prisma de agua con espejo.
En grupo o en clase
Parejas o tríos, un vaso por equipo, usando las ventanas soleadas del aula y del pasillo (o el patio con mesas). Por equipo: 1 vaso liso, 1 máscara con rendija precortada, 2 hojas B, lápices y una toalla. Sesión de 40 min a primera hora de la mañana o media tarde: 10 min de explicación, 20 min de búsqueda y dibujo del espectro, 10 min de puesta en común comparando dibujos. Si está nublado, ten 3–4 linternas potentes y oscurece el aula.
Retos
- Consigue un arcoíris de más de 8 cm de ancho donde se distingan los siete colores.
- Proyecta el arcoíris en el techo usando un espejo.
- Fabrica un espectroscopio con un tubo de cartón, una rendija y un trozo de CD, y mira bombillas distintas.
- Une de nuevo los colores en luz blanca con un segundo vaso o una lupa.
- Haz un disco de Newton (círculo con los siete colores) y gíralo rápido para ver qué color aparece.