Nube dentro de un tarro

Qué va a aprender

• Que el aire caliente puede llevar mucho vapor de agua invisible y que, al enfriarse, ese vapor se convierte en gotitas (condensación).
• Que las nubes necesitan núcleos de condensación (polvo, humo, sal): sin ellos el vapor no forma gotas aunque haga frío.
• Que el aire caliente sube y el frío baja (convección), y que eso hace girar la nube dentro del frasco.
• A comparar un experimento con su control (con humo y sin humo) cambiando solo una cosa.
• A cronometrar y registrar cuánto tarda en formarse la nube según la cantidad de hielo o la temperatura del agua.

Prepara antes

• Imprime las piezas A (fondo negro) y B (escala de nivel) al 100 %, o dibuja la escala con regla.
• Lava el frasco y quita la etiqueta: el vidrio tiene que estar limpio y seco por fuera para ver bien.
• Ten el hielo listo en un cuenco y el plato con agua para las cerillas antes de empezar.
• Trabaja sobre una mesa estable, lejos de cortinas y papeles sueltos, con la habitación algo oscura.
• Prueba tú una vez antes de la sesión para ajustar el agua y el hielo a tu frasco.

Materiales y herramientas

• Frasco de vidrio con tapa metálica — 1
  de conserva, 0,75–1 litro, vidrio grueso, boca ancha (≥ 7 cm) y tapa de rosca de metal
• Agua caliente — 200–220 ml
  a 70–80 °C (hervidor apagado 1 minuto); la cantidad justa para llegar a 3 cm de altura en tu frasco
• Cubitos de hielo — 6–8
  recién sacados del congelador
• Sal de cocina — 1 cucharadita (5 g)
  se echa sobre el hielo para enfriarlo más
• Cerillas — 3–4
  de madera, para generar el humo (las maneja un adulto)
• Cartulina negra — 1 hoja A4
  para el fondo (pieza A)
• Linterna — 1
  la del móvil sirve
• Cinta adhesiva — 2 trozos
  para pegar la escala de nivel (pieza B) al frasco

Herramientas

• Hervidor o cazo — calentar el agua adulto
• Jarra medidora — medir unos 210 ml de agua
• Paño de cocina — sujetar el frasco caliente al agitarlo adulto
• Plato o vaso con agua — apagar y dejar las cerillas usadas adulto
• Cronómetro (móvil) — medir cuánto tarda la nube

Piezas y plantillas

• A · Fondo negro plegable ×1 — cartulina negra
• B · Escala de nivel del agua ×1 — papel

Paso a paso

1. Prepara el escenario

   Recorta y pliega el fondo negro A y ponlo de pie en la mesa. Pega la escala B por fuera del frasco con cinta, con la línea «fondo» a la altura del fondo interior. Deja el hielo, la sal y el plato con agua para las cerillas al alcance.

   Comprueba: El frasco delante del fondo negro se ve oscuro y sin reflejos de la ventana.

2. Templa el frasco adulto

   Llena el frasco hasta la mitad con agua caliente del grifo y déjala 1 minuto. Tírala. Así el vidrio se calienta poco a poco y no se rajará con el agua más caliente.

   Truco: Coge el frasco con un paño: el vidrio se pone caliente enseguida.

3. Echa el agua caliente adulto

   Calienta agua en el hervidor y espera 1 minuto después de que se apague (70–80 °C). Mide 210 ml con la jarra y viértela en el frasco hasta la marca de 3 cm de la escala (en un frasco de Ø 9,5 cm son unos 210 ml; si no llega o se pasa, añade o quita agua hasta la marca).

   Comprueba: Debe salir vaho del frasco: eso es señal de que hay mucho vapor.

4. Calienta las paredes adulto

   Pon la tapa encima sin enroscar y gira el frasco suavemente en círculos 3–4 veces, con el paño, para que el agua moje las paredes hasta unos 8 cm de altura. Las paredes calientes no roban vapor antes de tiempo.

5. Prepara la tapa de hielo

   Da la vuelta a la tapa (la parte de dentro mirando hacia arriba) y llénala con 6–8 cubitos. Echa encima una cucharadita de sal y una cucharada de agua fría para que el hielo toque bien todo el metal.

   Truco: Si la tapa es pequeña, pon los cubitos en una bolsa de plástico fina apoyada sobre la tapa.

6. Pon el hielo encima

   Coloca la tapa con el hielo sobre la boca del frasco, apoyada (no hace falta enroscarla), y espera 30 segundos con el cronómetro. El aire de arriba empieza a enfriarse.

   Comprueba: Al cabo de unos segundos la tapa se empaña por debajo y quizá veas un velo muy tenue.

7. Mete el humo adulto

   El adulto enciende una cerilla, la deja arder 2 segundos y la apaga soplando. Levanta la tapa solo 2–3 cm por un lado, mete la cerilla humeante dentro durante 2–3 segundos, la saca y vuelve a tapar en el acto.

   Truco: Sin fuego: una pulsación cortísima (medio segundo) de laca para el pelo dentro del frasco hace el mismo papel.

8. Observa la nube

   Apaga la luz de la habitación y alumbra el frasco con la linterna desde un lado (no de frente). En 15–60 segundos verás una niebla blanca que gira y se espesa bajo la tapa. Cronometra cuánto tarda en aparecer.

   Comprueba: Se ve una nube blanca bien definida contra el fondo negro, con movimientos en remolino.

9. Deja escapar la nube

   Levanta la tapa con el hielo hacia un lado y mira cómo la nube sale despacio del frasco y se deshace en el aire de la habitación en unos segundos.

   Truco: Si soplas suave por encima, la nube se mueve como las de verdad con el viento.

10. Repite y compara

    Vuelve a tapar con el hielo (añade 2–3 cubitos si se han fundido) y repite, esta vez SIN humo. Compara: sin núcleos solo se forma un velo débil o nada. Para repetir con humo, recalienta el agua si ha bajado de 50 °C.

    Comprueba: Has anotado el tiempo con humo y sin humo.

11. Recoge

    Deja enfriar el agua 10 minutos y tírala por el fregadero. Tira las cerillas mojadas a la basura, seca la tapa para que no se oxide y lava el frasco con agua y jabón.

¿Funciona? La prueba

Con el agua a 3 cm de altura (unos 210 ml) a 75 °C, tapa con 8 cubitos y sal, mete el humo de una cerilla a los 30 s y cronometra desde que tapas hasta que la nube se ve claramente con la linterna. Repite sin humo.

Qué debe pasar: Con humo, la nube aparece en 10–40 segundos y se mantiene 1–2 minutos girando. Sin humo, en el mismo tiempo apenas se forma un velo tenue o nada: la diferencia es muy evidente.

Si algo falla

• No se forma nube — Agua poco caliente o sin núcleos (el humo se escapó). Solución: Usa agua a 70–80 °C y mete el humo levantando la tapa lo mínimo, tapando en el acto.
• Se forma pero casi no se ve — Fondo claro o luz de frente. Solución: Pon el fondo negro (pieza A), oscurece la habitación y alumbra con la linterna desde un lateral.
• Las paredes se empañan y la nube no aparece — Las paredes estaban frías y el vapor se condensa en el vidrio antes que en el aire. Solución: Templa el frasco antes y gíralo con el agua caliente para calentar las paredes.
• La nube desaparece enseguida — El hielo se ha fundido o la tapa ya no está fría. Solución: Añade más cubitos con sal. Cuanto más fría la tapa, más dura la nube.
• La cerilla se apaga antes de echar humo — Se sopló demasiado pronto. Solución: Deja arder la cerilla 2 segundos para que prenda la madera y entonces sóplala: hace un hilo de humo de 3–5 segundos.
• El frasco cruje o se raja — Choque térmico: agua muy caliente en vidrio frío o fino. Solución: Templa siempre el frasco antes, usa vidrio grueso de conserva y nunca agua hirviendo recién hecha.

Seguridad

• El agua a 75 °C quema en segundos: la vierte un adulto y el frasco se sujeta con un paño. Los niños no agitan el frasco caliente.
• Las cerillas las enciende y apaga solo un adulto, lejos de pelo suelto, cortinas y papeles. Las cerillas usadas van a un plato con agua.
• El vidrio puede romperse por choque térmico: templa el frasco antes y apóyalo siempre sobre un paño en la mesa.
• No respiréis el humo de cerca ni metáis la nariz en el frasco; ventila la habitación al terminar.
• Si usas laca, solo una pulsación, nunca cerca de una llama: es inflamable.
• La sal con hielo puede llegar a −5 °C: no sujetéis los cubitos salados con la mano mucho rato.

La ciencia detrás

Para los niños

El agua caliente echa vapor, que es agua invisible flotando en el aire. Ese aire calentito sube hasta la tapa, que está helada por el hielo, y allí se enfría. El aire frío no puede llevar tanto vapor y lo suelta en forma de gotitas diminutas. Pero las gotitas necesitan algo donde agarrarse, como tú necesitas una silla para sentarte: las partículas de humo son esas sillas. Millones de gotitas juntas son una nube.

Para el adulto

La cantidad máxima de vapor que admite el aire crece muy deprisa con la temperatura (presión de vapor saturante ≈ 47 hPa a 32 °C frente a ≈ 6 hPa a 0 °C). El agua a 70–80 °C evapora con rapidez y satura el aire del frasco; ese aire húmedo y caliente asciende por convección y se enfría al contacto con la tapa a 0 a −5 °C, quedando sobresaturado. Sin embargo, formar una gota a partir solo de moléculas de vapor (nucleación homogénea) exige sobresaturaciones de varios cientos por cien, porque la presión de vapor sobre una gota muy curvada es mayor (efecto Kelvin). En la atmósfera, las gotas se forman sobre aerosoles (núcleos de condensación: sulfatos, sal marina, polvo, hollín) con sobresaturaciones de apenas 0,1–1 %. Las partículas de humo de la cerilla, de 0,1–1 µm, actúan como esos núcleos: el vapor condensa sobre ellas formando millones de gotitas de ≈ 10 µm que dispersan la luz en todas las direcciones (dispersión de Mie), por eso la nube es blanca y se ve mejor iluminada de lado contra un fondo oscuro. El aire frío de la tapa baja y el caliente sube, creando celdas de convección que hacen girar la nube. Al destapar, la nube sale y se evapora al mezclarse con el aire seco de la habitación.

• vapor de agua: agua en forma de gas, invisible, que flota en el aire.
• condensación: cuando el vapor se enfría y se convierte en gotitas de agua líquida.
• núcleo de condensación: partícula diminuta (humo, polvo, sal) sobre la que se forma una gotita.
• convección: movimiento del aire: el caliente sube y el frío baja.
• punto de rocío: temperatura a la que el aire, al enfriarse, empieza a soltar gotitas.

Por edades

• 5–7 años: El adulto hace todo lo caliente y el humo. Los niños ponen el hielo en la tapa, apagan la luz, alumbran con la linterna y cuentan los segundos. Céntrate en «frío + vapor + humo = nube».
• 8–10 años: Preparan el escenario, el hielo y la escala, cronometran y comparan con humo y sin humo en una tabla. El adulto sigue con el agua y la cerilla.
• 11–12 años: Diseñan su propio experimento cambiando una sola variable (hielo, temperatura del agua, tipo de núcleo: humo, laca, polvo de tiza) y hacen una gráfica. Reto: la nube en botella por presión y explicar por qué el aire se enfría al expandirse.

En grupo o en clase

Mejor como demostración con estaciones: un adulto por frasco y grupos de 5–6 niños alrededor (4 frascos para 24 niños). Cada grupo tiene su fondo negro, su linterna y su hoja de registro. Prepara un termo con agua caliente para cada estación y hielo en una nevera portátil. Sesión de 40 min: 10 min de explicación, 25 min de pruebas (con humo, sin humo, más hielo) y 5 min de puesta en común. En aulas sin permiso para fuego, usa la laca como núcleo.

Retos

• Consigue que la nube dure más de 2 minutos dentro del frasco.
• Prueba otros núcleos: laca, polvo de tiza, sal muy fina, incienso. ¿Cuál hace la nube más densa?
• Haz una nube que llueva: pon el frasco a enfriar en la nevera con la tapa de hielo y observa las gotas en la tapa.
• Fotografía nubes del cielo durante una semana y clasifícalas (cúmulos, estratos, cirros).
• Construye la nube en botella y mide con un termómetro digital lo que baja la temperatura al soltar.

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