Barca que avanza con jabón
Un barquito plano de 8 cm, recortado de una bandeja de corcho blanco, sale disparado por la palangana cuando tocas el agua de su muesca trasera con un palillo mojado en lavavajillas: la «piel» del agua tira de él hacia delante.
Qué va a aprender
- Que la superficie del agua se comporta como una piel elástica que tira en todas direcciones (tensión superficial).
- Que el jabón debilita esa piel, y que si un lado tira menos que el otro, el barco se mueve hacia el lado que tira más.
- Que un experimento hay que poder repetirlo: por qué hace falta agua limpia cada vez.
- A comparar diseños midiendo distancias en centímetros (muesca ancha o estrecha, barco ligero o pesado).
Prepara antes
- Imprime la plantilla al 100 % y recorta las siluetas de papel A y B para usarlas como patrón.
- Lava la bandeja con agua caliente y jabón y aclárala muy bien con agua sola; déjala secar. Un resto de grasa o jabón en el barco lo estropea todo.
- Aclara la palangana solo con agua (sin jabón) y llénala con 4–5 cm de agua. Déjala quieta 2 minutos antes de empezar.
- Prepara un cubo y una jarra para vaciar y rellenar rápido: cada carrera necesita agua nueva.
Materiales y herramientas
- Bandeja de corcho blanco (poliestireno) — 1 (sobra para 6 barcos)
de fruta o carne, lavada con agua caliente y jabón y aclarada muy bien; zona plana de al menos 10 × 6 cm, 3–5 mm de grosor - Lavavajillas líquido — 1 cucharadita en un tapón
cualquiera; se usa la punta de un palillo mojada en él - Palangana o bandeja de horno — 1
de 40–50 cm, llena con 4–5 cm de agua del grifo limpia - Palillos de dientes — 5–6
uno nuevo para cada prueba - Agua del grifo — ≈ 5 l por llenado
limpia y a temperatura ambiente; ten un cubo para vaciar - Pimienta molida o talco — 1 pizca (opcional)
para ver cómo el jabón empuja la superficie - Rotulador permanente — 1
para calcar la plantilla y decorar (el resto de pinturas puede soltar sustancias que rompan la tensión)
Herramientas
- Tijeras — recortar el barco
- Cúter y base de corte — recortar la muesca estrecha de 6 mm en bandejas gruesas adulto
- Lápiz y bolígrafo sin tinta — marcar el contorno sobre el corcho blanco (se marca presionando)
- Regla o cinta métrica — medir la distancia recorrida
- Cubo o jarra — cambiar el agua entre pruebas
Piezas y plantillas
- A · Barco mejorado con depósito ×1 — bandeja de corcho blanco 3–5 mm
- B · Barco clásico (muesca en V) ×1 — bandeja de corcho blanco 3–5 mm
- C · Barco estrecho de carreras ×1 — bandeja de corcho blanco 3–5 mm
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Paso a paso
Calca el barco
Recorta la plantilla de papel A y apóyala sobre la parte plana de la bandeja de corcho blanco. Repasa el contorno de 80 × 40 mm, el canal y el círculo del depósito con un bolígrafo sin tinta, apretando para que quede marcado.
1 Apoya la plantilla A sobre la parte plana de la bandeja 2 Repasa todo el contorno con un boli sin tinta, apretando 3 Quita el papel: el barco queda marcado en el corcho Recorta el contorno
Recorta el barco con tijeras siguiendo la marca: primero los lados rectos y después la punta de la proa (20 mm). Deja la popa (el lado recto de atrás) bien recta.
1 Corta primero los dos lados rectos largos 2 Después corta la punta de la proa 3 Comprueba que la popa ha quedado bien recta Comprueba: El barco debe quedar plano: si la bandeja era curva, usa solo la zona plana del fondo.Recorta el canal y el depósito adulto
Corta el canal de 6 mm de ancho desde la popa hasta el depósito (18 mm) y perfora el depósito girando la punta de un lápiz: deja un agujero de unos 7 mm, así que termínalo girando dentro la punta de la tijera hasta que llegue a la marca de Ø 10 mm. En bandejas gruesas, el canal lo corta un adulto con cúter.
1 Corta las dos líneas del canal de 6 mm, 18 mm hacia dentro 2 Perfora el depósito girando la punta del lápiz 3 El canal debe llegar justo hasta el depósito Comprueba: El depósito llega a la marca de Ø 10 mm y, mirando a contraluz, el canal y el depósito forman un solo hueco abierto por detrás.Haz también el barco clásico
Repite con la plantilla B: contorno de 80 × 40 mm con la muesca en V de 20 mm de ancho y 15 mm de profundidad. Te servirá para comparar los dos diseños.
1 Calca la plantilla B con la muesca en V 2 Recorta el contorno y después la V 3 Ya tienes los dos barcos para comparar Prepara el agua
Llena la palangana aclarada solo con agua (sin jabón) hasta 4–5 cm de altura con agua limpia del grifo. Deja que se quede totalmente quieta durante 2 minutos.
1 Llena la palangana limpia con 4–5 cm de agua del grifo 2 Espera 2 minutos a que el agua quede totalmente quieta Truco: Si dudas de si la palangana está limpia, espolvorea una pizca de pimienta: si se queda repartida y quieta, el agua está bien.Coloca el barco
Apoya el barco A bien plano sobre el agua, en un extremo de la palangana, a unos 5 cm de la pared y con la proa mirando hacia el otro extremo. Suéltalo con cuidado sin mojar la cubierta.
1 Apóyalo a 5 cm de la pared con la proa hacia el otro lado 2 Suéltalo plano, sin mojar la cubierta Comprueba: El barco flota quieto y no toca la pared: si lo toca, el agua lo «pega» al borde.Moja el palillo
Moja solo la punta (2–3 mm) de un palillo limpio en el tapón con lavavajillas. Escurre la gota que cuelga en el borde del tapón: necesitas muy poquito.
1 Moja solo la punta del palillo en el lavavajillas 2 Escurre la gota en el borde del tapón 3 Basta una película de jabón en la punta Toca el depósito
Toca con la punta del palillo el agua que hay dentro del depósito circular, sin empujar el barco, y retira el palillo enseguida. Mira cómo arranca.
1 Toca el agua del depósito con la punta, sin empujar 2 Retira el palillo enseguida y mira cómo arranca Comprueba: El barco sale hacia delante en menos de 1 segundo y recorre 20–40 cm.Mide el recorrido
Mide con la regla o la cinta los centímetros que ha recorrido el barco desde la salida hasta donde se para, y anótalo junto al tipo de barco.
1 Mide desde la salida hasta donde se paró el barco 2 Anota los centímetros junto al tipo de barco Cambia el agua
Antes de la siguiente prueba, vacía la palangana en el cubo, aclárala con agua del grifo y vuelve a llenarla a 4–5 cm. Con agua jabonosa el barco ya no se mueve.
1 Con agua jabonosa el barco ya no se mueve 2 Vacía la palangana en el cubo y aclárala con agua 3 Rellénala con 4–5 cm de agua limpia antes de cada prueba Truco: Un truco para una segunda carrera sin vaciar: usa el barco en el otro extremo con un poco más de jabón. Funciona 2–3 veces, cada vez peor.Prueba el barco clásico
Repite la prueba con el barco B en agua limpia, tocando el vértice de la muesca en V con el palillo jabonoso. Compara la distancia y el tiempo con el barco A.
1 Toca con el palillo el vértice de la muesca en V 2 Compara la distancia y el tiempo de los dos barcos Comprueba: B arranca muy fuerte pero suele recorrer menos que A, porque el jabón sale todo de golpe.
¿Funciona? La prueba
En agua limpia y quieta, coloca el barco a 5 cm de la pared, toca el depósito con el palillo jabonoso y mide la distancia recorrida. Repite 3 veces con agua nueva cada vez y calcula la media.
Qué debe pasar: El barco A de corcho blanco recorre 20–40 cm en 2–5 s; si la palangana es pequeña, cruza hasta la pared opuesta. El barco B (muesca en V) arranca más rápido pero suele quedarse en 15–30 cm. Con el agua ya jabonosa, ninguno se mueve.
Si algo falla
- El barco no se mueve nada — El agua ya tenía jabón (palangana mal aclarada o prueba anterior) o el barco tiene restos de jabón o grasa. Solución: Vacía, aclara la palangana solo con agua y rellena. Aclara el barco bajo el grifo y sécalo con papel.
- Gira en círculos en lugar de ir recto — Canal descentrado, barco asimétrico o has tocado un lado de la muesca. Solución: Recorta de nuevo con la plantilla, con el canal justo en el centro, y toca el agua en el centro del depósito.
- Se queda pegado a la pared — El agua forma un pequeño menisco que atrae los objetos flotantes hacia el borde. Solución: Empieza siempre a 5 cm de la pared y en el centro del lado corto.
- El barco de cartón se hunde por detrás — El cartón se ha empapado y pesa más. Solución: Usa corcho blanco, o forra el cartón con cinta de embalar por las dos caras y por los bordes.
- Avanza muy poco y lento — Barco demasiado pesado o grueso, o muy poco jabón. Solución: Usa una bandeja más fina (3 mm) y moja algo más la punta del palillo. El barco C, más estrecho, avanza más.
- Sale disparado pero se para enseguida — Pusiste una gota grande o el diseño suelta el jabón de golpe (muesca ancha). Solución: Usa menos jabón (solo la punta del palillo) y el barco A con canal estrecho y depósito.
Seguridad
- Nunca dejes a un niño pequeño solo con una palangana con agua, aunque tenga pocos centímetros.
- El lavavajillas irrita los ojos: si salpica, aclara con agua abundante. No lo pruebes.
- El cúter para el canal estrecho lo usa un adulto, sobre una base de corte.
- Seca el suelo al terminar: el agua jabonosa derramada resbala mucho.
- Si pruebas con alcohol, lo maneja un adulto, una sola gota y lejos de cualquier llama.
La ciencia detrás
Para los niños
La superficie del agua es como una cama elástica muy estirada que tira hacia todos los lados. Si el barquito está quieto, tiran igual por delante que por detrás y no se mueve. El jabón es como unas tijeras que aflojan la cama elástica justo detrás del barco. Entonces la parte de delante sigue tirando fuerte y la de detrás ya no, así que el barco sale hacia delante. Cuando toda el agua tiene jabón, la cama elástica queda floja por todas partes y el barco ya no se mueve.
Para el adulto
Las moléculas de agua se atraen entre sí mediante puentes de hidrógeno; en la superficie esa atracción no está compensada hacia arriba y aparece una tensión superficial de ≈ 72 mN/m: una fuerza por unidad de longitud que actúa tangente a la superficie a lo largo de cualquier línea, por ejemplo el contorno del barco. Mientras la tensión es igual en todo el perímetro, las fuerzas se anulan. El detergente es un tensioactivo: sus moléculas tienen una cabeza que se disuelve en agua y una cola que la rechaza, se colocan en la superficie y bajan la tensión hasta ≈ 30 mN/m. Al añadirlo en la popa, el tramo trasero tira con menos fuerza que el delantero; la diferencia (Δγ ≈ 0,04 N/m) multiplicada por la anchura de la zona afectada (≈ 1–2 cm) da una fuerza neta de 0,4–0,8 mN, suficiente para acelerar un barco de corcho blanco de 0,3–0,5 g a más de 1 m/s². Además, el tensioactivo se extiende rápidamente por la superficie desde la zona de baja tensión a la de alta (efecto Marangoni) y arrastra el agua y el barco. Cuando la monocapa de detergente cubre toda la superficie, la tensión se iguala y el empuje desaparece: por eso hay que cambiar el agua. Un canal estrecho con depósito dosifica el tensioactivo y prolonga el empuje. Algunos insectos acuáticos (Stenus, Velia) segregan sustancias tensioactivas para escapar de la misma manera.
- tensión superficial: la «piel» elástica que forma el agua en su superficie y que tira en todas direcciones.
- tensioactivo: sustancia como el jabón que debilita la piel del agua.
- propulsión: el empuje que hace avanzar algo.
- fuerzas equilibradas: cuando tiran igual hacia todos los lados y nada se mueve.
- variable: lo único que cambias en un experimento para ver qué efecto tiene.
Por edades
- 5–7 años: El adulto recorta los barcos y prepara el agua. El niño coloca el barco, moja el palillo y toca el depósito. Lo importante: «el jabón afloja la piel del agua por detrás». El experimento de la pimienta les encanta.
- 8–10 años: Recortan ellos los barcos A y B con la plantilla, miden distancias y comparan. Que descubran por qué hay que cambiar el agua.
- 11–12 años: Diseñan su propio barco (forma, ancho de canal, tamaño de depósito), cambian una sola variable cada vez y hacen una tabla con medias de 3 pruebas. Reto: calcular la velocidad media (cm/s) con un cronómetro.
En grupo o en clase
Equipos de 3–4 niños, cada uno con su barco y una bandeja de horno o palangana por equipo. Prepara antes una estación de agua (cubo y jarras) y otra de vaciado, y recorta previamente los canales si las bandejas son gruesas. Sesión de 40 min: 10 min recorte con plantillas, 20 min pruebas con agua nueva (el turno de vaciar y rellenar rota en el equipo), 10 min carrera final en una bandeja larga y comparación de distancias en la pizarra. Ten un bote pequeño de lavavajillas y palillos por equipo.
Retos
- Diseña un barco que vaya más de 50 cm en una bañera.
- Haz un barco que gire en círculos poniendo el canal en una esquina.
- Construye un barco con dos depósitos y consigue que dé dos acelerones seguidos.
- Averigua cuál es el ancho de canal que da más distancia probando 3, 6 y 10 mm.
- Investiga qué insectos se mueven así sobre el agua y dibuja uno.
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