Fantasma que levita con electricidad estática

Qué va a aprender

• Que al frotar dos materiales unos electrones pasan de uno a otro: uno queda con carga negativa (−) y el otro con carga positiva (+).
• Que las cargas iguales se repelen (el fantasma flota sobre el globo) y las distintas se atraen (el fantasma se pega a la mano o a la pared).
• Que un objeto sin carga también es atraído por uno cargado, porque sus cargas se reordenan (inducción).
• Que la humedad del aire descarga los objetos: la electricidad estática funciona mucho mejor con ambiente seco.
• Cómo usar un detector (electroscopio) para saber si algo está cargado y si su carga es igual o distinta a otra.

Prepara antes

• Imprime las plantillas al 100 % (sin «ajustar a la página») y comprueba con una regla que la línea roja de la cabecera mide 50 mm.
• Elige un día y una habitación secos: lejos del baño y de la cocina mientras se cocina, sin humidificador. Con la calefacción puesta suele funcionar muy bien. Si tienes higrómetro, busca menos del 50 % de humedad.
• Prueba la bolsa antes de la sesión: corta una tira de 3 × 15 cm, frótala sobre la mesa con la lana y levántala: si se pega a tu mano o «persigue» tus dedos, sirve.
• Infla el globo a Ø 25–30 cm y anúdalo (un adulto); ten otro de repuesto.
• Corta con cúter la base, el fondo, el aro y la tapa de cartón corrugado si los niños son pequeños.
• Lávate y sécate bien las manos: las manos húmedas descargan el fantasma al tocarlo.

Materiales y herramientas

• Bolsa de plástico muy fina — 1 (basta un trozo de 20 × 25 cm)
  polietileno de 8–15 µm, de las que crujen como papel de seda: bolsa de basura pequeña de las más finas (blanca, 10 L), bolsa de tintorería o bolsa de fruta si no es compostable
• Globo de látex — 1 (mejor 2, por si explota)
  redondo, inflado a Ø 25–30 cm; liso, sin dibujos metalizados
• Paño de lana — 1
  calcetín, bufanda o jersey de lana seco
• Cartón corrugado — 2 láminas de 30 × 20 cm
  simple, 3–4 mm (caja de envíos), plano
• Cartón fino — 1 caja de cereales abierta
  para lápidas y escuadras; la cara gris por fuera para pintar
• Cartulina amarilla — 1 cuadrado de 8 × 8 cm
  160–250 g, para la luna
• Rotulador permanente negro — 1
  punta fina o media; marca sobre plástico
• Clip metálico grande — 1
  de alambre desnudo (sin plástico de color), de 32–50 mm
• Papel de aluminio de cocina — 1 trozo de 15 × 15 cm
  el normal, fino (11–16 µm); no el reforzado
• Vaso de plástico transparente rígido — 1
  de 9–12 cm de alto y boca de Ø 7–9 cm, limpio y muy seco
• Cola blanca o barra de pegamento — 1
  cola blanca para cartón con cartón; barra para pegar plantillas
• Cinta adhesiva — 1 rollo
  transparente, para reforzar uniones y fijar el aro del globo
• Pinzas o clips de papelería — 4
  para sujetar la bolsa entre dos hojas mientras recortas
• Témperas o rotuladores — a gusto
  azul oscuro o negro para el cielo, gris para las lápidas

Herramientas

• Tijeras — recortar plantillas, el fantasma, las lápidas y el aluminio
• Cúter, regla metálica y base de corte — cortar el cartón corrugado de la base, el fondo y los discos adulto
• Lápiz y regla — marcar líneas de colocación
• Bolígrafo sin tinta — marcar los pliegues de las lápidas y las escuadras
• Punzón o palito de brocheta — agujerear el centro de la tapa del electroscopio adulto
• Alicates pequeños (opcional) — enderezar el clip y doblar el gancho

Piezas y plantillas

• A · Base del cementerio ×1 — cartón corrugado 3 mm
• B · Fondo (cielo) ×1 — cartón corrugado 3 mm
• C · Luna ×1 — cartulina amarilla 200 g
• D · Lápida grande ×1 — cartón fino (caja de cereales)
• E · Lápida pequeña ×2 — cartón fino (caja de cereales)
• F · Escuadra del fondo ×2 — cartón fino (caja de cereales)
• G · Fantasma ×1 — bolsa de plástico muy fina (8–15 µm)
• H · Aro para el globo ×1 — cartón corrugado 3 mm
• I · Tapa del electroscopio ×1 — cartón corrugado 3 mm
• J · Hojas del electroscopio ×1 — papel de aluminio de cocina

Paso a paso

1. Prueba la bolsa y el ambiente

   Corta una tira de bolsa de 3 × 15 cm. Ponla plana sobre la mesa, frótala 10 veces con el paño de lana y levántala por un extremo. Acerca la otra mano a 5 cm: la tira tiene que moverse hacia tus dedos.

   Comprueba: Si la tira no se mueve, la bolsa es demasiado gruesa o el aire está húmedo: prueba otra bolsa o cambia de habitación antes de seguir.
   Truco: Las bolsas que crujen como papel de seda (polietileno de alta densidad) son las mejores.

2. Calca el fantasma

   Corta un trozo de bolsa de 20 × 25 cm. Haz un sándwich: plantilla G encima, bolsa en medio y una hoja de papel debajo. Sujeta las cuatro esquinas con pinzas para que la bolsa no se mueva.

   Truco: Si la bolsa es de dos capas (abierta por arriba), usa solo una: corta por los lados y sepáralas.

3. Recorta el fantasma

   Recorta las tres capas a la vez por la línea de la plantilla G, despacio, con la punta de la tijera. Corta cada tentáculo hasta arriba (7 tiras de 10 mm, de 60–72 mm de largo). Quita las pinzas y separa el fantasma de los papeles.

   Comprueba: Los 7 tentáculos deben quedar sueltos entre sí hasta la base del cuerpo: si están unidos por arriba, no se abrirán al cargarlo.

4. Dibuja la cara

   Pon el fantasma sobre la plantilla G y calca con rotulador permanente los dos ojos (8 × 12 mm) y la boca. Pinta poco y sin apretar: la tinta pesa muy poco, pero un plástico arrugado flota peor. Deja secar 1 minuto.

   Truco: Haz uno o dos fantasmas más mientras tienes la bolsa a mano: así hay uno para cada niño.

5. Corta la base y el fondo adulto

   Pega con barra las plantillas A (250 × 130 mm) y B (250 × 160 mm) sobre cartón corrugado y córtalas con cúter y regla metálica. Corta también el aro H (Ø 80 mm con hueco de Ø 50 mm) y la tapa I (Ø 100 mm).

   Comprueba: El fondo B debe quedar recto: apóyalo de canto sobre la mesa y no debe cojear.

6. Pinta el cielo y pega la luna

   Pinta el fondo B de azul oscuro o negro. Recorta la luna C de cartulina amarilla (Ø 70 mm), dibuja sus cráteres y pégala con barra dentro del círculo marcado en la esquina superior derecha de B.

   Truco: Pinta la base A de verde oscuro o marrón: parecerá la hierba del cementerio.

7. Levanta el fondo

   Recorta las dos escuadras F de cartón fino y marca sus dos pliegues. Pon el fondo B de pie sobre la línea de la base A que está a 40 mm del borde trasero, pega una tira de cinta por detrás a lo largo de la unión y pega las dos escuadras F por detrás, sobre sus líneas (a 30 mm de cada lado).

   Comprueba: Empuja suave el fondo desde delante: no debe doblarse hacia atrás.

8. Monta las lápidas

   Recorta la lápida grande D y las dos pequeñas E de cartón fino. Dobla hacia atrás la pestaña de cada una por la línea de pliegue (15 y 12 mm). Pon cola en las pestañas y pégalas sobre las líneas de la base A, con las lápidas de pie.

   Comprueba: Las tres lápidas deben quedar de pie solas, ligeramente separadas del fondo.

9. Prepara el globo y su aro adulto

   Pega el aro H a la base A sobre el círculo marcado a la derecha, con dos trozos de cinta. Infla el globo hasta Ø 25–30 cm (un adulto), anúdalo y déjalo descansar sobre el aro para que no ruede.

   Truco: No lo infles al máximo: un globo muy tenso explota con más facilidad al frotarlo.

10. Carga el globo

    Frota la mitad superior del globo con el paño de lana (o contra tu pelo seco) 20 veces, siempre en la misma dirección y apretando un poco. A partir de ahora sujeta el globo solo por el nudo.

    Comprueba: Acércalo a tu pelo o a unos trocitos de papel a 3 cm: el pelo se levanta y los papeles saltan al globo.

11. Carga el fantasma

    Pon el fantasma plano sobre la mesa (de madera o de plástico, limpia y seca). Sujétalo por la cabeza con un dedo y frótalo 15 veces con el paño de lana, desde la cabeza hasta la punta de los tentáculos.

    Truco: Frota todo el fantasma, tentáculos incluidos: cada tira cargada empuja a las demás y así se abre como una medusa.

12. Despega y suelta el fantasma

    Levanta el fantasma por la punta de la cabeza con dos dedos: los tentáculos se separan solos. Ponte el globo cargado a unos 20 cm por debajo y suelta el fantasma (o dale un golpecito hacia arriba) para que caiga hacia el globo.

    Comprueba: Los tentáculos deben abrirse en abanico al levantarlo: es la señal de que está bien cargado.
    Truco: Si se pega a tus dedos al soltarlo, sacúdelo con un golpecito: tu mano lo atrae porque no tiene carga.

13. Hazlo levitar sobre el cementerio

    Mantén el globo debajo del fantasma, a 10–20 cm, y síguelo con suavidad cuando se desvíe hacia un lado. Pasea el fantasma por encima de las lápidas y de la luna sin que toque nada.

    Comprueba: El fantasma debe quedarse flotando al menos 5 segundos sin tocar el globo.
    Truco: Aleja el fantasma de la pared, de la lámpara y de tu cuerpo: todos lo atraen. Si cae, vuelve a cargar globo y fantasma.

14. Construye el electroscopio adulto

    Endereza el clip y dobla en la punta de abajo un gancho de 10 mm. Agujerea el centro de la tapa I y mete el clip para que asomen 30 mm por encima y el gancho quede 40 mm por debajo. Haz una bola de aluminio de Ø 20 mm en la punta de arriba. Dobla la tira J (12 × 70 mm) por la mitad, cuélgala del gancho y pon la tapa sobre el vaso.

    Comprueba: Las dos hojas de aluminio deben colgar juntas, sin tocar las paredes del vaso.

15. Detecta las cargas

    Acerca el globo cargado a 5 cm de la bola, sin tocarla: las hojas se separan. Aléjalo: se juntan. Toca la bola con el globo, girándolo, y retíralo: las hojas quedan abiertas. Acerca ahora el fantasma cargado: si las hojas se abren más, tiene la misma carga que el globo.

    Comprueba: Las hojas se abren al menos 1 cm por abajo al acercar el globo.
    Truco: Para descargar el electroscopio, toca la bola con el dedo: las hojas caen de golpe.

¿Funciona? La prueba

En una habitación seca, carga globo y fantasma (pasos 10 y 11), suelta el fantasma sobre el globo y cuenta cuántos segundos aguanta flotando sin tocar nada. Repite 3 veces y mide con una regla a qué altura sobre el globo se queda.

Qué debe pasar: Estimación con aire seco (humedad por debajo del 50 %): el fantasma flota a 10–30 cm por encima del globo durante 5–20 s por lanzamiento, con los tentáculos abiertos en abanico. Tras 3–5 lanzamientos pierde carga y hay que volver a frotar. Con aire húmedo (más del 65 %) puede que solo aguante 1–2 s o que no llegue a flotar.

Si algo falla

• El fantasma cae sobre el globo y se queda pegado — El fantasma no tenía carga (o muy poca): el globo lo atrae por inducción, como a un papel. Solución: Espera 1–2 segundos: al tocar el globo suele tomar su carga y salta. Si no, vuelve a frotarlo 15 veces sobre la mesa con la lana.
• Los tentáculos no se abren al levantarlo — Falta carga: aire húmedo, mesa mojada, manos húmedas o bolsa que no se carga bien (algunas compostables). Solución: Cambia a una habitación seca (con calefacción), sécate las manos, frota sobre una mesa de madera o plástico seca y prueba con otra bolsa más fina.
• Se escapa hacia un lado y cae al suelo — Es normal: la repulsión lo sujeta hacia arriba pero no de lado; en cuanto se desvía, el globo lo empuja aún más fuera. Solución: Sigue al fantasma con el globo, moviéndolo despacio para tenerlo siempre justo debajo. Practica con lanzamientos cortos.
• Se pega a la mano, a la ropa o a la pared — Las cosas sin carga (tu cuerpo, la pared) lo atraen por inducción. Solución: Suéltalo con un golpecito, apártate de paredes y muebles al menos 50 cm y sujeta el globo solo por el nudo, con el brazo estirado.
• El globo pierde la carga enseguida — Pelo húmedo o con acondicionador, paño mojado o aire húmedo; también tocar el globo con la mano. Solución: Usa un paño de lana seco, frota 20 veces seguidas y sujeta el globo solo por el nudo.
• El fantasma es pesado y cae aunque esté cargado — Bolsa demasiado gruesa (más de 20 µm) o fantasma arrugado. Solución: Usa una bolsa más fina o imprime la plantilla G al 70 % para hacer un fantasma mini, que pesa la mitad.
• Las hojas del electroscopio no se mueven — Clip con plástico, hojas pegadas a la pared del vaso, aluminio grueso o vaso húmedo. Solución: Usa un clip de alambre desnudo, centra las hojas, cambia a papel de aluminio fino y seca el vaso con un secador antes.

Seguridad

• Globos: los menores de 8 años pueden atragantarse con un globo desinflado o con trozos de uno roto. Siempre con un adulto; recoge y tira los trozos enseguida. Lo infla un adulto (o con inflador), nunca un niño pequeño con la boca.
• Látex: si alguien tiene alergia al látex, usa un globo sin látex (de foil no sirve: es metálico) o un tubo de PVC frotado.
• Bolsas de plástico: nunca sobre la cabeza ni la cara. Guarda la bolsa que sobre fuera del alcance de los niños pequeños.
• El cúter y el punzón los usa un adulto, con regla metálica y base de corte.
• Las chispitas o el chasquido al tocar el globo cargado son inofensivas, pero no acerques el globo cargado a móviles ni ordenadores abiertos.

La ciencia detrás

Para los niños

Todas las cosas están hechas de partículas diminutas, y algunas llevan una carga eléctrica: los electrones, que son negativos. Cuando frotas el globo con lana, la lana le «regala» electrones y el globo se queda con electrones de más. Al frotar el fantasma pasa lo mismo. Ahora los dos tienen el mismo tipo de carga, y las cargas iguales se empujan, como dos imanes que se ponen al revés. Por eso el fantasma no puede bajar al globo: flota en el aire. Tus manos, en cambio, no tienen carga y atraen al fantasma, por eso se pega a tus dedos. El agua del aire húmedo se lleva los electrones de más: por eso funciona mejor cuando el aire está seco.

Para el adulto

Al frotar dos materiales distintos se transfieren electrones del que los retiene peor al que los retiene mejor (efecto triboeléctrico). En la serie triboeléctrica, la lana y el pelo quedan en el extremo positivo; el látex del globo y, más aún, el polietileno de la bolsa, en el negativo. Por eso, frotados con lana, globo y fantasma quedan ambos con carga negativa y se repelen (ley de Coulomb: F = k·q1·q2/r², con k ≈ 9·10⁹ N·m²/C²). Las cuentas del vuelo (estimación de orden de magnitud): el fantasma tiene ≈ 120 cm² de film de ≈ 10 µm y densidad 0,95 g/cm³, es decir, ≈ 0,1 g; su peso es ≈ 1 mN. Un globo de Ø 25 cm bien frotado puede guardar ≈ 0,1–0,3 µC; tratado como carga puntual en su centro, a 15 cm por encima de su superficie (r ≈ 0,28 m) crea un campo E = kQ/r² ≈ 1–3·10⁴ V/m, así que bastan q ≈ 30–100 nC en el fantasma, una densidad de carga de 3–8 µC/m², muy por debajo del límite en que el aire se ioniza (≈ 26 µC/m²). Como el campo disminuye con la distancia, el equilibrio es estable en vertical: si el fantasma sube, el empuje baja y cae un poco; si baja, el empuje crece. En horizontal, en cambio, es inestable (no existe un equilibrio estable solo con fuerzas electrostáticas, teorema de Earnshaw), por eso hay que perseguirlo con el globo. Los tentáculos se separan porque cada tira, con carga del mismo signo, repele a las vecinas: el abanico aumenta el área y frena la caída como un paracaídas. Diseño: 7 tiras de 10 mm porque más estrechas se enredan y más anchas apenas se abren; plantilla de 9 × 17 cm porque más grande pesa más de lo que el globo sostiene con un frotado normal. Un objeto neutro (la mano, la pared, un papel) es atraído por inducción: la carga cercana desplaza sus cargas y deja la de signo contrario más cerca, y la atracción gana a la repulsión porque depende de 1/r². La humedad adsorbe una película de agua sobre las superficies que conduce y descarga en segundos: con humedad relativa < 50 % el efecto es fuerte; > 65 % se debilita mucho. El electroscopio funciona igual: al acercar el globo negativo, los electrones libres del clip y del aluminio se alejan hacia las hojas, que quedan ambas negativas y se separan; al retirarlo vuelven. Si se toca la bola con el globo, pasa carga y las hojas quedan abiertas; un objeto con la misma carga las abre más y uno con carga contraria (el paño de lana recién usado, positivo) las cierra.

• electrón: partícula diminuta con carga negativa que forma parte de todo; al frotar, algunos pasan de un material a otro.
• electricidad estática: carga eléctrica que se queda quieta sobre un objeto en lugar de circular por un cable.
• repulsión: empuje entre dos cargas del mismo signo (− con − o + con +).
• atracción: tirón entre cargas de signo distinto; también atrae a objetos sin carga (inducción).
• inducción: reordenamiento de las cargas de un objeto cuando se le acerca otro cargado, sin tocarlo.
• electroscopio: aparato que detecta si algo tiene carga: sus hojas de metal se separan.

Por edades

• 5–7 años: El adulto corta el cartón, infla el globo y hace el electroscopio. El niño recorta el fantasma (el sándwich de papel ayuda mucho), dibuja la cara, pinta el cementerio y frota. Céntrate en «iguales se empujan, distintos se atraen». Con menores de 8, el globo siempre lo vigila un adulto.
• 8–10 años: Hacen todos los pasos; el adulto solo corta con cúter y perfora la tapa. Que descubran ellos que hay que seguir al fantasma con el globo y que prueben qué material carga mejor.
• 11–12 años: Que usen el electroscopio para ordenar 5 materiales en su propia serie triboeléctrica y que registren el tiempo de vuelo frente a la humedad (si hay higrómetro) en una gráfica. Reto: calcular el peso del fantasma con su área y el grosor de la bolsa.

En grupo o en clase

Parejas: uno lleva el globo y otro lanza el fantasma; luego se cambian. Por pareja: 1 globo (+ 5 de repuesto para la clase), 2 fantasmas y 1 trozo de lana. El escenario puede ser uno por mesa de 4 y el electroscopio uno para toda la clase, en la mesa del profesor. Antes: precortar bases y fondos, imprimir 2 plantillas G por pareja, comprobar la bolsa y la humedad del aula (ventanas cerradas, mejor por la mañana con calefacción). 60 min: 10 min de demostración con el globo y trocitos de papel, 30 min de montaje, 15 min de vuelos en el centro del aula (lejos de paredes) y 5 min de electroscopio. Recoge globos rotos al momento.

Retos

• Carrera de fantasmas: lleva el fantasma flotando desde la lápida grande hasta la luna sin que toque nada. ¿Quién lo hace en menos tiempo?
• Haz un murciélago de bolsa (alas de 12 cm con 3 puntas) y comprueba si flota mejor o peor que el fantasma.
• Ambienta la noche: apaga la luz y alumbra el fantasma flotante con una linterna desde un lado para proyectar su sombra sobre el fondo del cementerio.
• Consigue que dos fantasmas floten a la vez sobre el mismo globo. ¿Se acercan o se separan entre ellos?
• Fabrica un «aspirador de fantasmas»: un tubo de cartón forrado de aluminio que, sin frotar, atraiga al fantasma al acercarlo.

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