Brújula de aguja flotante

Qué va a aprender

• Que un trozo de acero se puede convertir en imán frotándolo siempre en el mismo sentido, y que se desimanta si se frota de ida y vuelta o se calienta.
• Que la Tierra se comporta como un imán gigante y que una aguja imantada libre de girar se alinea con su campo, apuntando hacia el norte.
• Por qué el agua sirve de cojinete casi sin rozamiento y qué le pasa a la brújula si roza con la pared del cuenco.
• A orientarse: encontrar norte, sur, este y oeste en su casa o en el patio y leer rumbos en grados.

Prepara antes

• Imprime la rosa al 100 % y comprueba que mide 124 mm de diámetro.
• Corta las rodajas de corcho de 5–8 mm antes de la sesión (un adulto, con cuchillo de sierra sobre una tabla).
• Comprueba que la aguja es de acero: acércale el imán; si no la atrae, no servirá.
• Elige el sitio de prueba: mesa de madera o plástico, lejos de radiadores, altavoces, frigoríficos y móviles.
• Averigua dónde está el norte en esa sala con la brújula del móvil y marca una flecha en la mesa con cinta de carrocero (para comprobar al final).

Materiales y herramientas

• Imán de neodimio — 1 comprar
  disco Ø 10–20 mm (N35 o superior); también sirve un imán de nevera fuerte o de altavoz
• Aguja de coser — 1–2
  de acero, 40–50 mm de largo (aguja de lana o de coser gruesa); no de acero inoxidable austenítico ni de latón
• Tapón de corcho — 1
  de vino, Ø 22–25 mm, para cortar una rodaja de 5–8 mm
• Cuenco transparente — 1
  de cristal o plástico, Ø 15–20 cm, sin partes metálicas
• Agua — ≈ 0,5–1 l
  del grifo, hasta 1 cm por debajo del borde del cuenco
• Papel y cartón — 1 folio + 1 cuadrado de cartón de 15 × 15 cm
  para imprimir la rosa de los vientos y pegarla sobre cartón
• Cinta adhesiva y rotulador rojo — 2 tiras de 1 cm + 1 rotulador permanente
  para fijar la aguja al corcho y marcar la punta norte
• Funda de plástico transparente — 1
  para proteger la rosa del agua (o plastificar)

Herramientas

• Cuchillo de sierra o cúter — cortar la rodaja de corcho adulto
• Tijeras — recortar la rosa y el flotador de porexpán
• Barra de pegamento — pegar la rosa sobre el cartón
• Alicates (solo si atraviesas el corcho) — empujar la aguja sin pincharse adulto
• Móvil con brújula — comprobar el norte

Piezas y plantillas

• A · Rosa de los vientos ×1 — papel pegado sobre cartón
• B · Flotador (si usas porexpán) ×1 — porexpán de bandeja (3–5 mm)
• C · Aguja ×1 — aguja de coser de acero 40–50 mm

Paso a paso

1. Prepara la rosa

   Recorta la rosa de los vientos de Ø 124 mm, pégala con barra de pegamento sobre un cuadrado de cartón de 15 × 15 cm y métela en una funda de plástico transparente.

   Comprueba: La rosa queda plana y la N roja se lee bien.

2. Comprueba la aguja

   Acerca la aguja a un clip: no debe atraerlo (todavía no es un imán). Después acerca el imán a la aguja: tiene que atraerla. Así sabes que es de acero.

   Comprueba: Si el imán no atrae la aguja, cámbiala: es de un metal que no sirve.

3. Imanta la aguja

   Sujeta la aguja por el ojo sobre la mesa. Apoya una cara del imán junto al ojo y deslízalo hasta la punta, sin apretar. Levanta el imán en arco, vuelve al ojo por el aire y repite 40 veces, siempre en el mismo sentido y con la misma cara.

   Comprueba: Acerca la punta a un clip: debe levantarlo o, al menos, moverlo.
   Truco: Contad en voz alta de 10 en 10. Nunca frotes de ida y vuelta: la segunda pasada deshace la primera.

4. Corta el flotador adulto

   Un adulto corta con cuchillo de sierra una rodaja de 5–8 mm de un tapón de corcho, sobre una tabla. Si no hay corcho, recorta el disco B de Ø 30 mm de una bandeja de porexpán.

5. Fija la aguja al flotador

   Apoya la aguja encima del disco, pasando por el centro y sobresaliendo lo mismo por los dos lados. Sujétala con dos tiras de cinta adhesiva de 1 cm, una a cada lado del centro.

   Comprueba: Pon el disco con la aguja sobre la yema del dedo: se equilibra sin inclinarse hacia un lado.
   Truco: Si prefieres atravesar el corcho, la rodaja debe tener 8 mm y el adulto empuja la aguja con alicates por el centro del canto.

6. Llena el cuenco

   Pon el cuenco transparente sobre la rosa, centrado, y llénalo de agua hasta 1 cm por debajo del borde. Hazlo sobre una mesa de madera y lejos de móviles, altavoces y radiadores.

   Comprueba: Mira por el lado: el agua llega casi al borde.

7. Haz flotar la brújula

   Deja el flotador con la aguja sobre el agua, en el centro del cuenco, con un movimiento suave. Aparta las manos y espera 10–20 segundos sin tocar la mesa.

   Comprueba: La aguja gira un poco, oscila y se queda quieta siempre en la misma dirección.
   Truco: Si se va hacia la pared y se pega, empújala de nuevo al centro con un palillo y suéltala con suavidad: en un cuenco ancho (Ø 15–20 cm) tarda en volver a la pared y tiene tiempo de orientarse.

8. Descubre la punta norte

   Compara con la brújula del móvil (o con la flecha de cinta de la preparación). Marca con rotulador rojo la punta de la aguja que señala al norte.

   Comprueba: Gira el flotador media vuelta con el palillo y suéltalo: debe volver a ponerse con la punta roja hacia el norte.

9. Orienta la rosa

   Sin mover el cuenco, gira el cartón de la rosa por debajo hasta que la N roja quede justo bajo la punta roja de la aguja. Ahora puedes leer el este, el sur, el oeste y todas las direcciones intermedias.

10. Lee rumbos

    Mira hacia la puerta, la ventana y otros puntos de la sala y escribe en qué dirección quedan (por ejemplo, «la ventana está al SE, a 135°») leyendo las marcas de 5° de la rosa.

    Comprueba: La puerta y la ventana dan siempre el mismo rumbo aunque cambies el cuenco de sitio en la mesa (lejos de metales). Si la rosa gira al mover el cuenco, vuelve a ponerla con la N bajo la punta roja antes de leer.

¿Funciona? La prueba

Haz flotar la brújula 3 veces seguidas, girándola cada vez a una posición distinta, y compara la dirección final con la brújula del móvil.

Qué debe pasar: En 10–20 s la aguja se queda quieta y apunta siempre al mismo sitio, con un error de 5–10° respecto al móvil. En España el norte magnético y el geográfico están casi alineados (diferencia de 0–2°).

Si algo falla

• La aguja no se orienta: se queda donde la dejas — Aguja poco imantada o roza con la pared del cuenco. Solución: Imántala con 40 pasadas más (siempre en el mismo sentido) y mantén el flotador lejos de la pared.
• El flotador siempre se va a la pared — El menisco: junto a la pared el agua sube un poco por el cristal y el flotador «cae» cuesta arriba hacia ella (efecto Cheerios). Llenar más el cuenco no lo evita mientras el agua quede por debajo del borde. Solución: Usa un cuenco ancho (Ø 20 cm) y deja el flotador justo en el centro; si se acerca a la pared, devuélvelo al centro con un palillo. Truco: si llenas el cuenco hasta que el agua quede abombada por encima del borde (con el cuenco sobre una bandeja), el menisco se invierte y el flotador se queda en el centro.
• Apunta a un sitio distinto que el móvil — Hay hierro cerca (patas de la mesa, radiador, altavoz) o el propio móvil desvía la aguja. Solución: Prueba sobre una mesa de madera o en el suelo y aleja el móvil al menos 30 cm al comparar.
• El flotador se vuelca y la aguja se hunde — Disco demasiado pequeño o aguja descentrada. Solución: Usa un disco de Ø 25–30 mm y centra la aguja; el porexpán es más estable que el corcho fino.
• Al día siguiente ya no funciona tan bien — La aguja pierde imantación con golpes, calor o si estuvo junto a otro imán. Solución: Vuelve a imantarla con 40 pasadas; guárdala lejos de imanes.
• La punta norte cambió de lado — La volviste a imantar con la otra cara del imán o en el sentido contrario. Solución: Vuelve a comprobar con el móvil y corrige la marca roja.

Seguridad

• La aguja pincha: el adulto la entrega y la recoge; nunca se lleva en la boca ni en el bolsillo.
• El corte de la rodaja de corcho lo hace un adulto con cuchillo de sierra sobre una tabla, cortando hacia fuera.
• Los imanes de neodimio pellizcan si se juntan dos y son muy peligrosos si se tragan: fuera del alcance de menores de 3 años.
• Mantén el imán lejos del móvil, tarjetas bancarias y marcapasos.
• Seca el agua derramada para evitar resbalones, y si el cuenco es de cristal, sobre una superficie estable.

La ciencia detrás

Para los niños

Dentro de la aguja hay muchísimos imanes diminutos, cada uno mirando hacia un lado, como niños en el recreo. Al frotarla con el imán siempre igual, todos se ponen en fila mirando hacia el mismo lado, como en una formación: la aguja se ha convertido en un imán. La Tierra entera es un imán gigante, y la aguja quiere alinearse con él. El agua la deja girar casi sin frenar, por eso acaba señalando siempre al norte.

Para el adulto

El acero de la aguja es ferromagnético: está formado por dominios magnéticos orientados al azar, de modo que su imantación neta es casi nula. Al pasar repetidamente un imán en el mismo sentido, los dominios alineados con el campo del imán crecen a costa de los demás y, por la histéresis del acero al carbono, parte de esa orientación permanece: la aguja queda imantada (remanencia). Frotar de ida y vuelta, golpearla o calentarla vuelve a desordenar los dominios. El campo magnético terrestre (≈ 45 µT en España, con una inclinación de unos 55° hacia abajo) ejerce un par sobre el momento magnético de la aguja, τ = m·B·sen θ, que tiende a alinearla con la componente horizontal del campo. El flotador anula la componente vertical (la aguja no puede inclinarse) y el agua actúa como un cojinete de rozamiento casi nulo: el par, aunque muy pequeño, basta para girarla. Cerca de la pared, el menisco crea una pendiente de la superficie que arrastra el flotador hacia el borde (efecto «Cheerios»). El polo norte de la aguja apunta hacia el polo norte geográfico, donde en realidad hay un polo sur magnético. La declinación magnética en la península es hoy de 0–2°, así que norte magnético y geográfico casi coinciden. La brújula de agua china (siglos XI–XII) usaba exactamente este principio.

• imantar: convertir un trozo de hierro o acero en un imán.
• polo: cada uno de los dos extremos de un imán, norte y sur, donde su fuerza es mayor.
• campo magnético terrestre: la fuerza magnética que rodea a toda la Tierra.
• rosa de los vientos: dibujo con los puntos cardinales que sirve para leer direcciones.
• rumbo: dirección hacia la que vas, medida en grados desde el norte.

Por edades

• 5–7 años: El adulto imanta la aguja y la pega al flotador; el niño cuenta las pasadas en voz alta, pone la brújula en el agua y busca con el adulto qué hay en el norte de la habitación. Centrarse en «siempre vuelve al mismo sitio».
• 8–10 años: Hacen todo menos cortar el corcho. Que comprueben la imantación con un clip, encuentren la punta norte con el móvil y orienten la rosa.
• 11–12 años: Que lean rumbos en grados, comparen con el móvil en varios sitios y hagan el experimento de número de pasadas con una tabla y una gráfica.

En grupo o en clase

Parejas, una brújula por pareja (1 imán cada dos parejas basta). Antes: imprimir rosas, cortar rodajas de corcho o discos de porexpán, preparar cuencos con agua en las mesas lejos de radiadores y marcar el norte real en la pizarra. Sesión de 40 min: 10 min de imantar, 10 min de montaje, 20 min de comprobación (todas las agujas del aula deberían apuntar igual: ¡foto!). Recoge y cuenta las agujas al final.

Retos

• Haz una brújula que funcione sin agua: cuelga la aguja imantada de un hilo atado por su centro.
• Construye una caja-brújula de cartón con tapa transparente para llevarla al patio sin derramar.
• Organiza una búsqueda del tesoro con pistas en rumbos («20 pasos hacia el NE»).
• Imanta dos agujas y ponlas en dos flotadores en el mismo cuenco: observa qué hacen y explícalo.

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