Pañuelo seco bajo el agua

Qué va a aprender

• Que el aire es materia: ocupa sitio, aunque no se vea, y el agua no puede entrar donde ya hay aire.
• Que el aire se puede comprimir un poco: cuanto más hondo bajas el vaso, un poco más de agua entra.
• Que si el aire tiene una salida (vaso inclinado), escapa en burbujas hacia arriba y el agua ocupa su lugar.
• Cómo funcionan las campanas de buceo y por qué se pueden «trasvasar» burbujas de un vaso a otro bajo el agua.

Prepara antes

• Llena el recipiente con agua hasta 13 cm de profundidad como mínimo (mídelo con la regla) y ponlo sobre una toalla en una mesa baja o en el suelo.
• Seca bien el vaso por dentro: cualquier gota mojará el papel.
• Imprime y recorta la escala A si vas a medir cuánto sube el agua.
• Ten a mano un trapo seco y hojas de papel de repuesto.

Materiales y herramientas

• Vaso transparente — 1 (2 para los experimentos)
  de vidrio o plástico rígido, ≈ 250 ml, ≈ 10 cm de alto, boca Ø 7–8 cm, sin dibujos
• Papel de cocina — 1 hoja por intento
  hoja de ≈ 22 × 23 cm, blanca (en blanco se ve mejor si se moja)
• Recipiente grande — 1
  transparente si es posible (ensaladera de vidrio, cubo de fregar, olla alta o pecera), con al menos 15 cm de alto y 20 cm de ancho
• Agua del grifo — la necesaria para 13 cm de profundidad (≈ 4–6 L)
  fría o templada; 3 gotas de colorante alimentario azul ayudan a ver el nivel dentro del vaso
• Masilla adhesiva (tipo Blu-Tack) — 1 bolita de 1 cm
  por si la bola de papel se cae
• Cinta adhesiva transparente — 2 trozos de 5 cm
  para pegar la escala A al vaso

Herramientas

• Regla — medir la altura del vaso y la profundidad del agua
• Trapo de cocina — secar el borde del vaso y las manos
• Tijeras — recortar la escala A

Piezas y plantillas

• A · Escala milimétrica para el vaso ×1 — papel

Paso a paso

1. Comprueba la profundidad

   Mete la regla de pie en el recipiente y comprueba que el agua tiene al menos 13 cm (3 cm más que la altura de tu vaso). Si no llega, añade agua o usa un recipiente más alto.

   Comprueba: Sumerge el vaso de pie (boca arriba, que se llene) hasta que toque el fondo: el agua debe quedar al menos 3 cm por encima de su borde. Sácalo y sécalo bien antes de seguir.

2. Seca el vaso

   Seca el vaso por dentro con el trapo hasta que no quede ni una gota, sobre todo en el fondo, donde irá el papel.

3. Haz la bola de papel

   Arruga una hoja entera de papel de cocina en una bola algo más grande que el fondo del vaso (unos 6 cm). Métela empujándola con los dedos hasta el fondo, para que quede encajada a presión.

   Truco: La bola no debe asomar por debajo de la mitad del vaso: el agua entra un poquito por el borde.

4. Comprueba que no se cae

   Da la vuelta al vaso y sacúdelo suavemente una vez. Si el papel se cae, hazlo más grande o pega una bolita de masilla adhesiva en el fondo del vaso y aprieta el papel contra ella.

   Comprueba: Con el vaso boca abajo, el papel se queda arriba, en el fondo del vaso.

5. Pega la escala (opcional)

   Si quieres medir cuánto sube el agua dentro del vaso, recorta la escala A y corta también justo por la línea 0 la tira de 7 mm de debajo (la del rótulo «0 = BORDE»). Pégala por fuera del vaso con cinta, con el corte del 0 justo en el borde de la boca.

6. Baja el vaso recto

   Sujeta el vaso boca abajo por el fondo con una mano, bien vertical. Bájalo despacio y recto hasta que la boca toque el fondo del recipiente. Notarás que el agua empuja hacia arriba.

   Comprueba: Mira desde un lado: dentro del vaso el agua apenas ha entrado; el papel sigue arriba rodeado de aire.

7. Aguanta 10 segundos

   Mantén el vaso quieto y vertical 10 segundos sin inclinarlo nada. Si has pegado la escala, mira cuántos milímetros ha subido el agua dentro del vaso.

8. Saca el vaso recto

   Saca el vaso hacia arriba igual de recto. Antes de darle la vuelta, seca el borde y el exterior con el trapo para que no caigan gotas sobre el papel.

9. Toca el papel

   Da la vuelta al vaso, saca el papel y tócalo: está seco. Compáralo con una hoja que mojes a propósito.

10. Ahora inclínalo

    Vuelve a meter un papel seco y baja el vaso recto. Ya en el fondo, inclínalo unos 45° hacia un lado: verás salir burbujas grandes de aire. Sácalo y toca el papel: ahora está mojado.

¿Funciona? La prueba

Baja el vaso recto hasta el fondo de 13 cm de agua, espera 10 s, sácalo recto, seca el borde y toca el papel.

Qué debe pasar: El papel sale completamente seco. Dentro del vaso el agua ha subido solo 1–1,5 mm por encima del borde. Al inclinarlo 45° sale una burbuja grande de aire y el papel se moja.

Si algo falla

• El papel sale mojado — El vaso se inclinó al bajarlo o sacarlo, o cayeron gotas del borde al darle la vuelta. Solución: Baja y sube muy recto, despacio, y seca el borde por fuera antes de girar el vaso.
• El papel se cae al dar la vuelta al vaso — Bola demasiado pequeña. Solución: Haz la bola más grande y apriétala contra el fondo, o fíjala con una bolita de masilla adhesiva.
• El papel está mojado solo por abajo — La bola llegaba demasiado cerca de la boca del vaso. Solución: Que la bola ocupe solo la mitad de arriba del vaso.
• El vaso no llega a quedar cubierto — Poca agua o recipiente bajo. Solución: Usa un recipiente más alto o añade agua hasta 3 cm más que la altura del vaso.
• El papel estaba húmedo antes de empezar — El vaso tenía gotas dentro o las manos estaban mojadas. Solución: Seca el vaso y las manos antes de hacer cada bola.

Seguridad

• Un recipiente grande con agua pesa mucho (5 L = 5 kg): llénalo en su sitio con una jarra y no lo muevas lleno.
• Los vasos de vidrio mojados resbalan: usa uno de plástico duro con los más pequeños.
• Pon una toalla debajo y seca el suelo al terminar para no resbalar.
• Nunca dejes a un niño pequeño solo junto a un cubo o bañera con agua.

La ciencia detrás

Para los niños

Aunque parezca vacío, el vaso está lleno de aire. El aire no se ve, pero ocupa su sitio, igual que tú ocupas tu silla. Cuando bajas el vaso boca abajo, el aire queda atrapado dentro como en una burbuja gigante y no tiene por dónde salir, así que el agua no puede entrar: el sitio ya está ocupado. Por eso el papel se queda seco. Pero si inclinas el vaso, le abres una puerta al aire: sale en burbujas hacia arriba y entonces el agua entra y moja el papel.

Para el adulto

El vaso invertido atrapa un volumen de aire a presión atmosférica (≈ 101,3 kPa). Para que entre agua, el aire tendría que salir o comprimirse. Como el aire es menos denso que el agua, no puede escapar hacia abajo por la boca mientras el vaso esté vertical. Sí se comprime un poco: en la boca, a una profundidad h, la presión es p0 + ρgh. Con h = 0,13 m, ρgh ≈ 1,3 kPa, un 1,3 % de p0; por la ley de Boyle (pV = constante a temperatura constante), el volumen del aire se reduce un 1,3 %, y en un vaso de 10 cm el agua sube ≈ 1,3 mm. A 40 cm de profundidad (bañera o piscina) subiría ≈ 4 mm, y a 10 m (presión doble) el aire ocuparía la mitad del vaso. Ese es el principio de la campana de buceo, usada desde la Antigüedad y en los cajones neumáticos para construir los pilares de los puentes. Al inclinar el vaso, parte de la boca queda más alta que la superficie del agua dentro del vaso (el límite entre aire y agua); el aire, por empuje de Arquímedes, sale en burbujas y el agua ocupa su volumen. El experimento también demuestra que el aire es materia: tiene masa (≈ 0,3 g en un vaso de 250 ml) y ocupa volumen.

• materia: todo lo que ocupa un lugar y tiene masa, también el aire.
• aire: mezcla de gases (sobre todo nitrógeno y oxígeno) que nos rodea; no se ve, pero ocupa sitio.
• presión: fuerza con la que el aire o el agua empujan sobre cada trozo de superficie.
• comprimir: apretar algo para que ocupe menos sitio; el aire se deja comprimir, el agua casi nada.
• campana de buceo: campana abierta por abajo que se baja al agua con aire dentro para que respiren los buzos.

Por edades

• 5–7 años: El adulto prepara el recipiente. El niño hace la bola, baja el vaso con las dos manos y toca el papel. Insiste en la idea «el vaso no está vacío, está lleno de aire».
• 8–10 años: Lo hacen solos, prueban vasos de distintos tamaños y el trasvase de aire entre dos vasos.
• 11–12 años: Miden con la escala A cuánto sube el agua a dos profundidades, calculan la compresión con la ley de Boyle y comparan con lo medido.

En grupo o en clase

Equipos de 4 con un barreño o cubo con 13 cm de agua por equipo (en el patio o sobre toallas), 2 vasos de plástico duro y papel de cocina. 25 min: predicción por escrito (5), prueba recta e inclinada (10), trasvase de aire entre vasos (5), puesta en común (5). Ten fregona y toallas.

Retos

• Construye una mini campana de buceo con una botella cortada y lleva un muñequito de plástico al fondo sin que se moje.
• Pasa el aire de un vaso a otro tres veces seguidas sin perder ninguna burbuja.
• Baja un vaso con el papel 40 cm (bañera) y comprueba si sigue seco; mide cuánto sube el agua.
• Explica con un dibujo por qué un submarino necesita bombear aire para subir.

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