Microscopio de una gota
Una gota de agua sobre un plástico transparente rígido, colocado a unos milímetros sobre una hoja impresa, se comporta como una lente convexa y agranda las letras de 2 a 10 veces. Las gotas pequeñas y redondas aumentan más que las grandes y planas.
Qué va a aprender
- Que la luz se desvía (refracción) al pasar del aire al agua, y que una superficie curva hace que los rayos converjan: una lente convexa.
- Que cuanto más curvada está una lente (radio pequeño), más corta es su distancia focal y más aumenta.
- Que una lupa solo agranda si el objeto está más cerca que la distancia focal; más lejos, la imagen se emborrona y se da la vuelta.
- A estimar un aumento contando milímetros de una cuadrícula vistos a través de la gota.
Prepara antes
- Imprime la carta de prueba B al 100 % y comprueba que la regla mide 100 mm.
- Lava el plástico con agua (sin jabón o aclarándolo muy bien) y sécalo.
- Recorta el plástico con tijeras dejando los bordes lisos (si viene de un blíster, el adulto quita las zonas con bordes afilados).
- Busca una mesa con buena luz: de lado y no a contraluz.
Materiales y herramientas
- Plástico transparente rígido — 1 trozo de ≈ 100 × 80 mm
liso y sin rayas, 0,3–1,5 mm: tapa de caja de CD, ventana de un blíster, tapa de tarrina o funda rígida - Pajita — 1
para coger gotas grandes - Palillo de dientes — 1
para gotas pequeñas (la punta mojada deja gotas de Ø 2–4 mm) - Agua — 1 vaso pequeño
del grifo, limpia - Hoja con letra pequeña — 1
carta de prueba imprimible (pieza B) o un periódico - Cartón corrugado — 1 trozo de 130 × 80 mm
3 mm, para 8 calzos de 15 × 80 mm - Papel de cocina — 2 hojas
para secar y limpiar el plástico entre pruebas - Aceite de cocina — 1 gota (opcional)
para frotar el plástico y que las gotas queden más redondas; y para el experimento de aceite
Herramientas
- Tijeras — recortar el plástico y los calzos
- Regla — medir el tamaño de las gotas y la altura
- Linterna o lámpara de escritorio — iluminar la hoja por un lado
Piezas y plantillas
- A · Calzo de altura ×8 — cartón corrugado 3 mm
- B · Carta de prueba ×1 — papel
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Paso a paso
Recorta los calzos
Recorta 8 calzos de cartón de 15 × 80 mm (plantilla A). Cada uno mide 3 mm de grueso; si tu cartón es de otro grosor, apunta cuánto mide con la regla.
1 Marca 8 tiras de 15 mm en un cartón de 130 × 80 mm 2 Corta por las líneas, de una en una 3 Tienes 8 calzos A; cada uno levanta 3 mm Monta el banco de la lupa
Pon la carta de prueba B sobre la mesa. Coloca una pila de 2 calzos a cada lado, separadas 60 mm, y apoya el plástico encima como un puente sobre la carta. El plástico queda a 6 mm del papel.
1 Pon una pila de 2 calzos a cada lado de la carta, a 60 mm 2 Apoya el plástico encima, como un puente sobre la carta 3 El plástico queda a 6 mm del papel y no se balancea Comprueba: El plástico no debe tocar el papel ni balancearse.Prepara el plástico
Echa una gota de aceite en un trozo de papel de cocina, frota con él la cara de arriba del plástico y repasa con papel seco hasta que no se vea grasa. Así las gotas quedan más redondas.
1 Echa una gota de aceite en un trozo de papel de cocina 2 Frota la cara de arriba del plástico con el papel 3 Repasa con papel seco: así las gotas quedan redondas Truco: Si prefieres no usar aceite, basta con que el plástico esté limpio y bien seco.Pon una gota pequeña
Moja la punta del palillo 5 mm en el agua y toca el plástico, justo encima de la letra de 1 mm, sin arrastrar. Queda una gota de unos 3–4 mm de diámetro.
1 Moja 5 mm de la punta del palillo en el agua 2 Toca el plástico encima de la letra de 1 mm, sin arrastrar 3 Mírala de lado: debe parecer media perla, no un charco Comprueba: Mírala de perfil a la altura de la mesa: debe parecer media perla, no un charquito plano.Mira y ajusta la altura
Acerca un ojo a 5–10 cm de la gota y cierra el otro. Si la letra se ve grande y nítida, perfecto. Si se ve borrosa o del revés, quita un calzo de cada lado (3 mm); si apenas aumenta, añade uno.
1 Mira con un ojo a 5–10 cm: la letra debe verse grande y nítida 2 Si se ve borrosa o del revés, quita un calzo de cada lado 3 Si apenas aumenta, añade un calzo a cada lado Truco: La mejor altura es la más alta a la que la letra aún se ve derecha y nítida.Pon una gota grande
Tapa con el dedo un extremo de la pajita metida 2 cm en el agua, sácala y deja caer una gota grande sobre otra letra (unos 8–10 mm de diámetro). Compárala con la pequeña a la misma altura.
1 Mete la pajita 2 cm en el agua y tapa el extremo con el dedo 2 Deja caer una gota grande sobre otra letra 3 La grande enseña más letras, pero las agranda menos Comprueba: La gota grande enseña más letras pero las agranda menos.Mide el aumento
Mide con la regla de la carta el diámetro de la gota pequeña (por ejemplo, 4 mm). Sin mover el plástico ni los calzos, desliza despacio la carta por debajo hasta que la cuadrícula quede justo bajo la gota (con la carta centrada, la tapa un calzo). Cuenta cuántos cuadritos de 1 mm se ven de lado a lado dentro de la gota (por ejemplo, 1). Divide: 4 ÷ 1 = la gota aumenta unas 4 veces.
1 Mide con la regla de la carta el diámetro de la gota 2 Desliza la carta hasta tener la cuadrícula bajo la gota y cuenta los cuadritos 3 Divide: 4 mm entre 1 cuadrito, la gota aumenta 4 veces Truco: Arrastra la carta tirando de un borde con dos dedos: si tocas el plástico, la gota se mueve o se escurre.Explora objetos reales
Quita la carta y pon debajo una hoja de planta, un pelo, sal, azúcar o la pantalla del móvil encendida. Busca los detalles: nervios de la hoja, cristales cúbicos de sal, puntitos de colores de la pantalla.
1 Quita la carta y pon debajo una hoja, un pelo o sal 2 Busca los nervios de la hoja, los cubos de sal y los puntos de color Limpia
Seca el plástico con papel de cocina y guárdalo dentro de un sobre para que no se raye. Con un plástico rayado las gotas se deforman y la imagen sale peor.
1 Seca bien el plástico con papel de cocina 2 Guárdalo dentro de un sobre para que no se raye
¿Funciona? La prueba
Con el plástico a 6 mm, compara una gota de 3–4 mm (palillo) y una de 8–10 mm (pajita) sobre la cuadrícula de 1 mm.
Qué debe pasar: La gota pequeña aumenta unas 4–8 veces (en 4 mm de gota se ve menos de 1 mm de cuadrícula); la grande, unas 1,5–2,5 veces. Las letras de 0,7 mm se leen sin esfuerzo a través de la gota pequeña. Con el plástico apoyado directamente en el papel, el aumento baja a ≈ 1,2 veces.
Si algo falla
- La gota se extiende como un charco — Plástico con restos de jabón o muy absorbente. Solución: Aclara bien con agua, seca y frota con una pizca de aceite; prueba con otro plástico (las tapas de CD van muy bien).
- Se ve borroso o del revés — El plástico está más lejos de la hoja que la distancia focal de la gota. Solución: Quita calzos hasta que la letra se vea derecha, o usa una gota más grande.
- Casi no agranda — Plástico apoyado sobre el papel o gota demasiado grande y plana. Solución: Sube el plástico 3–6 mm y usa gotas pequeñas de palillo.
- Se ven las letras deformadas en los bordes — La gota no es una lente perfecta: solo el centro da buena imagen. Solución: Mira por el centro de la gota y acerca el ojo; es normal en lentes muy curvas.
- La gota se mueve o se escurre — Plástico inclinado o que se mueve al tocarlo. Solución: Comprueba que los calzos son iguales a ambos lados y no toques el plástico mientras miras.
Seguridad
- Los bordes de blísteres y plásticos cortados pueden cortar: el adulto recorta y redondea las esquinas.
- Nunca mires al sol a través de una gota ni de una lupa, y no dejes lupas ni gotas al sol sobre papel: concentran la luz y pueden quemar.
- Si usas un cristal, lo maneja un adulto y se apoya siempre sobre la mesa.
- Seca el agua derramada cerca de enchufes, lámparas o del móvil.
La ciencia detrás
Para los niños
La luz viaja recta, pero cuando entra en el agua se tuerce un poquito, como un coche que pasa del asfalto a la arena. Una gota es redondita por arriba, así que tuerce todos los rayos hacia el centro, igual que una lupa de cristal. Tu ojo cree que los rayos vienen de una letra mucho más grande, y por eso la ves gigante. Las gotas pequeñitas son más redondas y tuercen más la luz: por eso aumentan más.
Para el adulto
Al pasar del aire (n = 1) al agua (n = 1,33) la luz se refracta según la ley de Snell. Una gota apoyada sobre una lámina es una lente plano-convexa cuyo radio de curvatura R depende del tamaño de la gota y del ángulo de contacto: para una base de radio a y altura h, R = (a² + h²)/(2h). Su distancia focal es f = R/(n − 1) ≈ 3R. Una gota de palillo (base 4 mm, h ≈ 1,2 mm) tiene R ≈ 2,3 mm y f ≈ 7 mm; una gota de pajita (base 9 mm, aplastada por la gravedad, h ≈ 2,3 mm) tiene R ≈ 5,6 mm y f ≈ 17 mm. Como lupa, el objeto debe estar dentro de la distancia focal (d < f): se forma una imagen virtual, derecha y mayor, con aumento lateral m = f/(f − d). El aumento angular máximo de una lupa es ≈ 250 mm/f, lo que da hasta ×35 teórico para la gota pequeña, aunque las aberraciones (la gota no es esférica, sino achatada) y el campo diminuto lo limitan a ×5–10 útiles. Si d > f la imagen es real e invertida, y vista de cerca se percibe borrosa o del revés. Leeuwenhoek alcanzó ×270 en el siglo XVII con esferas de vidrio de ≈ 1 mm: el mismo principio. El aceite (n ≈ 1,47) refracta más que el agua, pero moja más el plástico y forma gotas más planas, así que el resultado depende de la superficie.
- refracción: cambio de dirección de la luz al pasar de un material a otro.
- lente convexa: lente más gruesa en el centro que en los bordes; junta los rayos de luz.
- distancia focal: distancia a la que una lente junta los rayos; para usarla como lupa, el objeto debe estar más cerca que eso.
- imagen virtual: imagen que el ojo ve pero que no se puede proyectar en una pantalla.
- aumento: cuántas veces más grande se ve algo a través de una lente.
Por edades
- 5–7 años: El adulto monta el banco y pone las gotas grandes con la pajita; el niño pone gotas con el palillo y busca la letra «gigante». Habla de «gota redonda / gota aplastada» sin números.
- 8–10 años: Hacen todos los pasos, prueban las alturas con los calzos y calculan el aumento con la cuadrícula.
- 11–12 años: Que midan diámetro y altura de la gota (de perfil con una regla y el móvil), calculen R y f con las fórmulas y comprueben a qué altura la letra se da la vuelta. Reto: la lupa de clip.
En grupo o en clase
Individual o por parejas: un trozo de plástico, 8 calzos y una carta por niño (se pueden imprimir 3 cartas por hoja A4). Pon vasos de agua y palillos compartidos en el centro de cada mesa y papel de cocina abundante. Sesión de 30 min: 5 min demostración, 15 min exploración con la carta, 10 min «cazar detalles» con hojas, sal y pelos traídos de casa. Pon en común en la pizarra los aumentos medidos según el tamaño de gota.
Retos
- Consigue la gota que más aumente de la clase y demuéstralo con la cuadrícula.
- Construye un microscopio de gota: una tira de plástico con la gota sujeta sobre un tapón con una linterna debajo apuntando hacia arriba.
- Fotografía a través de la gota acercando la cámara del móvil y compara con la foto sin gota.
- Averigua a qué altura exacta la letra se da la vuelta para cada gota: esa es su distancia focal.