Globo de agua a prueba de llama
Un globo hinchado solo con aire revienta en 1–3 segundos sobre la llama de una vela; uno igual con 150 ml de agua dentro aguanta más de un minuto sobre la misma llama sin romperse, porque el agua se lleva el calor de la goma.
Qué va a aprender
- Que el calor pasa de los cuerpos calientes a los fríos y que algunos materiales (el agua) se lo llevan muy bien.
- Que el agua necesita muchísima energía para calentarse (calor específico 4,18 J/g·°C): por eso enfría la goma.
- Que el aire es mal conductor del calor: la goma con aire detrás se calienta en un instante.
- Que el hollín es carbono de una combustión incompleta, que aparece al enfriar la llama.
- A medir tiempos y temperaturas y comparar resultados de forma justa (misma altura, misma vela).
Prepara antes
- Haz el experimento junto al fregadero (o con un barreño de agua al lado) y con la mesa despejada de papeles y trapos.
- Imprime la regla de altura A en cartulina y dóblala.
- Prepara los globos antes: uno hinchado con aire a unos 20 cm de diámetro y otro con 150 ml de agua (y casi nada de aire).
- Recoge el pelo largo, quita bufandas y mangas anchas.
- Ten un vaso de agua y un trapo húmedo a mano por si cae cera o algo prende.
Materiales y herramientas
- Globos de látex — 4 (2 para la prueba y 2 de repuesto) comprar
redondos, del mismo tipo y color claro (para ver el hollín), de tamaño normal (25–30 cm al máximo); el de aire se hincha solo hasta unos 20 cm - Vela — 1 comprar
vela de pilar o de mesa de Ø 4–6 cm, que se sostenga sola - Agua del grifo — 150 ml por globo
a temperatura ambiente (≈ 20 °C) - Cerillas o mechero — 1
cerillas largas de chimenea o mechero de cocina - Plato de cerámica — 1
plano, para apoyar la vela - Botella de plástico vacía — 1
500 ml, para llenar el globo de agua - Cartulina — 1 tira de 40 × 160 mm
200 g o más, para la regla de altura - Pinza de tender de madera — 1
para sujetar el nudo del globo lejos de los dedos
Herramientas
- Jarra medidora — medir 150 ml de agua
- Cronómetro (móvil) — medir los segundos sobre la llama
- Termómetro de cocina (opcional) — medir la temperatura del agua antes y después
- Tijeras — recortar la regla de altura y abrir el globo para medir el agua
Piezas y plantillas
- A · Regla de altura de la llama ×1 — cartulina 200 g
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Paso a paso
Prepara la zona adulto
Coloca el plato junto al fregadero, a 30 cm del borde de la mesa. Pon la vela en el centro (pega su base con 2 gotas de cera derretida si cojea) y deja al lado un vaso con agua.
1 Pon el plato junto al fregadero, a 30 cm del borde de la mesa 2 Si cojea, pega la base de la vela con 2 gotas de cera 3 La vela queda firme en el centro y el vaso de agua al lado Hincha el globo de aire
Hincha el primer globo solo con aire hasta unos 20 cm de diámetro (no al máximo) y hazle un nudo. Engancha una pinza de tender en el nudo para sujetarlo.
1 Hincha el globo con aire hasta unos 20 cm, no al máximo 2 Haz un nudo y engancha la pinza de tender en el nudo Mide el agua
Echa 150 ml de agua del grifo en una botella de 500 ml vacía. Si tienes termómetro, mide y apunta la temperatura del agua.
1 Mide 150 ml de agua del grifo en la jarra medidora 2 Échala en la botella de plástico de 500 ml 3 Si tienes termómetro, mide la temperatura y apúntala Llena el globo de agua
Estira la boca del segundo globo sobre el cuello de la botella. Pon la botella boca abajo y apriétala hasta que pase toda el agua al globo. Saca el globo, deja salir el aire que haya quedado y haz un nudo.
1 Estira la boca del globo sobre el cuello de la botella 2 Ponla boca abajo y apriétala hasta que pase toda el agua 3 Saca el aire y haz el nudo: redondo y sin burbuja grande arriba Comprueba: El globo debe medir unos 7 cm, estar casi redondo y sin burbuja de aire grande arriba.Monta la regla de altura
Recorta la regla A, dobla el pie y colócala de pie junto a la vela, a 2 cm. Calza la regla con cartón hasta que la línea MECHA quede a la altura de la mecha.
1 Recorta la regla A en cartulina por la línea roja 2 Dobla el pie hacia atrás y ponle una moneda encima 3 Ponla a 2 cm de la vela, calzada: MECHA a la altura de la mecha Enciende la vela adulto
El adulto enciende la vela con cerillas largas. Espera 1 minuto a que la llama se estabilice (unos 2–3 cm de alto) y no haya corrientes de aire.
1 El adulto enciende la mecha con una cerilla larga 2 Espera 1 minuto a que la llama quede quieta, sin corrientes Prueba el globo de aire adulto
El adulto sujeta el globo de aire por la pinza y lo baja despacio hasta que su parte de abajo quede en la marca GLOBO (25 mm sobre la mecha). El niño cronometra desde ese momento hasta que revienta.
1 El adulto baja el globo de aire por la pinza hasta la marca GLOBO 2 Cuando la goma toque la llama, empieza a cronometrar 3 Revienta en 1–3 s: tápate los oídos y apunta el tiempo Comprueba: Apunta los segundos en la tabla.Truco: Tápate los oídos: el estallido es fuerte. Suele reventar en 1–3 segundos.Prueba el globo de agua adulto
Ahora baja el globo de agua hasta la misma marca, con el nudo hacia arriba, para que la llama toque justo donde está el agua. Mantenlo quieto y cronometra 20 segundos; si te atreves, sigue hasta 60 segundos.
1 Baja el globo de agua a la misma marca, con el nudo arriba 2 Mantenlo quieto: aguanta 60 s sin reventar 3 Así no: con mucho aire dentro, la llama toca goma sin agua y revienta Comprueba: El globo no revienta. Si quedó mucho aire dentro, la llama calienta goma que no tiene agua detrás y revienta; tampoco dejes que toque el cuello ni el nudo: mantenlo vertical con el nudo arriba.Observa el hollín adulto
El adulto retira el globo de agua y apaga la vela. Después, mira la mancha negra de la parte de abajo y frótala con un dedo: es hollín (carbono), no una quemadura. Se va con agua y jabón.
1 Retira el globo de agua y apaga la vela 2 Frota la mancha negra con un dedo: es hollín, carbono 3 Lávalo con agua y jabón: se va, no es una quemadura Mide la temperatura del agua
Sobre el fregadero, corta el cuello del globo con tijeras, vierte el agua en un vaso y mide su temperatura. Compárala con la que apuntaste al principio.
1 Sobre el fregadero, corta el cuello del globo con tijeras 2 Vierte el agua en un vaso 3 Compara: tras 60 s el agua solo sube 1–3 °C Comprueba: Tras 60 s sobre la llama, el agua solo se ha calentado 1–3 °C.
¿Funciona? La prueba
Con la vela a la misma altura y el fondo del globo a 25 mm de la mecha, cronometra el globo de aire y el globo con 150 ml de agua.
Qué debe pasar: El globo de aire revienta en 1–3 s. El globo de agua aguanta 60 s o más sin romperse; sale con una mancha negra de hollín y el agua apenas se ha calentado 1–3 °C.
Si algo falla
- El globo de agua revienta — Quedó mucho aire dentro (la llama calienta goma sin agua detrás), la llama tocó el cuello o el nudo, que no tienen agua detrás, o el globo estaba defectuoso. Solución: Saca todo el aire antes de hacer el nudo, sujétalo vertical con el nudo arriba y comprueba que la llama toca solo el fondo, donde está el agua.
- El globo de agua se llena de hollín muy rápido — Está metido dentro de la llama y la enfría demasiado. Solución: Súbelo un poco: que solo la punta de la llama toque el globo (marca de 25–30 mm).
- El globo de aire tarda mucho en reventar — Está muy alto, fuera de la llama. Solución: Bájalo hasta que la punta de la llama toque la goma.
- La llama se apaga al acercar el globo — El globo aplasta la llama o hay corriente de aire. Solución: No bajes más de la marca de 25 mm y cierra ventanas.
- No consigo meter el agua en el globo — La boca del globo es muy estrecha: si echas el agua directamente (del grifo o de una jarra), se sale por fuera. Solución: Usa el truco de la botella: boca del globo sobre el cuello de la botella, botella boca abajo y apretar.
Seguridad
- Fuego: siempre con un adulto, sobre un plato, lejos de cortinas, papeles y trapos, con un vaso de agua al lado. Pelo largo recogido y nada de mangas anchas.
- El globo de aire revienta con un estallido fuerte: tápate los oídos y no acerques la cara.
- Globos: riesgo de asfixia para menores de 8 años con globos sin hinchar o trozos rotos. Recoge todos los restos.
- Látex: si alguien es alérgico, usa globos sin látex o que no los toque.
- La cera caliente quema: no muevas la vela encendida y deja que se enfríe 5 minutos antes de recoger.
La ciencia detrás
Para los niños
La goma del globo es muy fina. Si detrás solo hay aire, el calor de la llama se queda en la goma, se calienta muchísimo y se rompe: ¡pum! Pero si detrás hay agua, el agua es como una esponja de calor: se lleva el calor de la goma enseguida y lo reparte por todo el globo. Como el agua necesita muchísimo calor para calentarse, la goma se queda fresquita y no se rompe. La mancha negra es hollín, que es un poquito de vela que no se ha quemado del todo.
Para el adulto
La llama de una vela tiene en su punta ≈ 1000–1400 °C y aporta del orden de 10–20 W al objeto que toca. La pared de látex (≈ 0,1–0,2 mm) tiene muy poca masa: con aire detrás (conductividad ≈ 0,026 W/m·K y convección débil) el calor no puede salir, la goma supera enseguida los ≈ 150–200 °C en que el látex estirado pierde resistencia y, como está en tensión, se rasga en 1–3 s. Con agua detrás, el calor atraviesa la fina pared por conducción y el agua lo reparte por convección: el agua junto a la goma se calienta, sube y es sustituida por agua fría. La pared queda limitada a poco más que la temperatura del agua (como mucho 100 °C, que el látex soporta). El agua tiene un calor específico muy alto, 4,18 J/g·°C: 150 g de agua que reciben 15 W durante 60 s (900 J) solo suben ≈ 1,4 °C. Por eso el globo aguanta minutos. El hollín aparece porque la superficie fría del globo enfría la llama por debajo de la temperatura de combustión completa y el carbono se deposita sin quemar. Es el mismo principio que la refrigeración por agua de los motores o el que permite hervir agua en un vaso de papel.
- calor: energía que pasa de un cuerpo caliente a uno más frío.
- conducción: paso del calor a través de un material, de partícula en partícula.
- convección: el líquido caliente sube y el frío baja, y así se reparte el calor.
- calor específico: energía necesaria para calentar 1 g de una sustancia 1 °C; el agua necesita muchísima.
- hollín: polvo negro de carbono que deja una combustión incompleta.
Por edades
- 5–7 años: El adulto sujeta los globos y enciende la vela. El niño ayuda a llenar el globo con la botella, cronometra contando en voz alta y frota el hollín. Mensaje clave: «el agua se lleva el calor».
- 8–10 años: Llenan los globos, montan la regla de altura, cronometran y anotan la tabla. El adulto sujeta sobre la llama.
- 11–12 años: Miden temperaturas con termómetro, calculan la energía absorbida (Q = m·c·ΔT) y la potencia de la llama, y diseñan el experimento de cantidad de agua con 3 repeticiones.
En grupo o en clase
Como demostración para toda la clase (una única vela en la mesa del profesor, alumnos a 1,5 m) o en estaciones de 4 alumnos con un adulto por estación. Por estación: 1 vela en plato, 4 globos, botella con 150 ml de agua, regla de altura, cronómetro. 30 min: predicción por escrito (5), pruebas (15), puesta en común (10).
Retos
- Calienta agua dentro de un vaso de papel o una cajita de papel sobre la vela sin que se queme el papel.
- Diseña un «escudo térmico» para el globo de aire (papel de aluminio, cartulina...) y mide cuánto tiempo extra aguanta.
- Averigua si un globo con aceite en lugar de agua aguanta lo mismo (el aceite tiene la mitad de calor específico). Solo con un adulto y sobre el fregadero.
- Calcula cuántos minutos haría falta para que 150 ml de agua llegaran a hervir con una llama de 15 W.
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