Remolino entre dos botellas

Qué va a aprender

• Qué es un vórtice: el agua que gira forma un embudo con un hueco de aire en el centro.
• Que el agua y el aire necesitan «turnarse» para pasar por un cuello estrecho, y que el remolino les abre un camino a cada uno: el agua por fuera, el aire por el centro.
• Que al acercarse al centro el agua gira cada vez más rápido (como una patinadora que encoge los brazos).
• A medir y comparar tiempos de vaciado repitiendo la prueba.

Prepara antes

• Quita las etiquetas a las botellas (agua caliente y jabón) y sécalas por fuera: la cinta no pega en plástico mojado.
• Imprime la plantilla A, pégala sobre la tapa de plástico y recorta la arandela; haz el agujero central de 9 mm.
• Corta 4 tiras de cinta aislante de 30 cm (1,2 m en total) y déjalas pegadas por una punta al borde de la mesa.
• Trabaja sobre un fregadero, una bandeja o en el exterior por si la unión gotea en la primera prueba.

Materiales y herramientas

• Botellas de plástico — 2 iguales
  1,5 l, transparentes, lisas, sin etiqueta, con la boca estándar de refresco/agua (rosca de ≈ 27 mm)
• Arandela de plástico — 1 (pieza A)
  Ø 25 mm con agujero central de 9 mm, recortada de una tapa de plástico de bote (helado, yogur grande) o de una carpeta de plástico
• Cinta aislante — 1–1,4 m
  de PVC, 15–19 mm de ancho (elástica y estanca)
• Agua del grifo — 1,1 l (¾ de botella)
  a temperatura ambiente
• Colorante alimentario — 3–4 gotas
  azul o verde
• Trocitos visibles (opcional) — 1 cucharadita
  papel de aluminio en bolitas de 2–3 mm, lentejuelas grandes o confeti de plástico, para ver el giro
• Unas gotas de lavavajillas (opcional) — 1 gota
  para que el embudo de aire se vea más limpio

Herramientas

• Tijeras fuertes — recortar la arandela del plástico
• Sacabocados o punzón y tijera de uñas — hacer el agujero de 9 mm de la arandela adulto
• Jarra medidora y embudo — llenar 1,1 l sin derramar
• Cronómetro — medir el tiempo de vaciado

Piezas y plantillas

• A · Arandela de paso ×1 — plástico de tapa de bote o carpeta (0,5–1 mm)

Paso a paso

1. Llena la primera botella

   Pon el embudo en una botella de 1,5 l y llénala con 1,1 litros de agua, hasta unos 4 cm por debajo del inicio del hombro (donde la botella empieza a estrecharse hacia el cuello), tres cuartos de botella.

   Comprueba: Quedan unos 400 ml de aire arriba: lo necesita el remolino para formar el embudo.

2. Añade color

   Echa 3–4 gotas de colorante alimentario y, si quieres, una cucharadita de bolitas de papel de aluminio o lentejuelas. Puedes añadir 1 gota de lavavajillas.

3. Recorta la arandela adulto

   Recorta la arandela A de Ø 25 mm en plástico de tapa de bote y haz el agujero central de 9 mm con el punzón y la tijera de uñas.

   Comprueba: La arandela tapa justo el borde de la boca de la botella sin sobresalir más de 1 mm.

4. Coloca la arandela

   Seca bien la boca de la botella llena y apoya la arandela encima, centrada. Si quieres que no se mueva, sujétala con un trocito de cinta en dos lados.

5. Pon la segunda botella

   Coloca la segunda botella, vacía y seca, boca abajo sobre la arandela, con las dos bocas alineadas como si fueran una sola botella larga.

   Comprueba: Mira de lado: las dos botellas forman una línea recta.

6. Primeras vueltas de cinta adulto

   Mientras alguien sujeta las botellas rectas, da 4 vueltas de cinta aislante bien estirada justo sobre la junta de las bocas, apretando con los dedos para que no queden arrugas.

7. Refuerza la unión

   Sigue con la cinta en espiral hacia arriba y hacia abajo hasta cubrir las dos roscas y las dos anillas del cuello, unos 1–1,4 m de cinta en total. Termina con 2 vueltas encima de la junta.

   Comprueba: Pon el conjunto con la llena arriba sobre el fregadero 10 segundos: no debe gotear. Si gotea, añade más vueltas tensas en la junta.

8. Da la vuelta

   Gira todo para que la botella con agua quede arriba. Sujeta con una mano la botella de abajo y con la otra la unión. Verás que el agua cae a borbotones, despacio.

9. Haz el remolino

   Con una mano en la botella de arriba y la otra en la unión, haz 5–6 círculos horizontales rápidos de unos 10 cm de diámetro en 3 segundos, como si removieras una cacerola. Después para y deja el conjunto quieto y vertical.

   Truco: Si no aparece el embudo, haz círculos más pequeños y más rápidos.

10. Observa el tornado

    En 2–3 segundos se forma un embudo de aire en el centro que baja hasta el cuello, y el agua cae en espiral. Mira de cerca y sigue con los ojos una bolita de aluminio.

    Comprueba: El embudo llega desde la superficie hasta el cuello y el agua se vacía sin borbotones.

11. Repite al revés

    Cuando toda el agua esté abajo, da la vuelta al conjunto y repite girando ahora en sentido contrario. Cronometra las dos veces el vaciado.

¿Funciona? La prueba

Con 1,1 l de agua y la arandela de 9 mm, cronometra el vaciado dejando la botella quieta (sin giro) y después haciendo el remolino.

Qué debe pasar: Sin giro el agua cae a borbotones y tarda 40 s o más (a veces casi se detiene). Con remolino se forma el embudo en 2–3 s y se vacía en unos 15–25 s, de forma continua.

Si algo falla

• La unión gotea — Cinta poco tensa, bocas mojadas o desalineadas. Solución: Seca las bocas, alinea las botellas y da 4 vueltas más bien estiradas justo en la junta.
• No se forma el embudo — Giro demasiado lento o demasiado amplio, o se mueve la botella al final. Solución: Círculos de 10 cm, rápidos, 5–6 vueltas, y luego mantén la botella quieta.
• El agua cae de golpe en 3–4 s sin tornado — Falta la arandela o su agujero es demasiado grande. Solución: Pon la arandela con agujero de 8–10 mm.
• El agua casi no baja, ni girando — Agujero de la arandela demasiado pequeño (< 6 mm) o tapado con cinta. Solución: Agranda el agujero a 9 mm y comprueba que la cinta no tapa el paso.
• La unión se dobla — Poca cinta o botellas pesadas. Solución: Cubre ambas roscas con cinta y, al girar, pon siempre una mano en la unión y la otra en la botella de arriba; usa botellas de 1,5 l.
• El embudo no se ve bien — Agua sin color o botellas con relieve. Solución: Añade colorante y bolitas de aluminio; usa botellas lisas.

Seguridad

• Las botellas llenas pesan 1,2 kg: los más pequeños deben girarlas sentados, apoyando la de abajo en la mesa o en las piernas.
• Haz las pruebas sobre un fregadero o una bandeja: si la unión se abre, se derrama más de un litro y el suelo resbala.
• El punzón y el sacabocados los usa un adulto, con la tapa apoyada en una madera.
• No uses brillantina suelta que acabe en el desagüe; las piezas pequeñas (lentejuelas, bolitas) lejos de menores de 3 años.

La ciencia detrás

Para los niños

Cuando la botella está quieta, el agua quiere bajar y el aire de abajo quiere subir, pero los dos intentan pasar a la vez por el agujerito y se empujan: por eso hace «glu-glu» y va despacio. Cuando giras la botella, el agua empieza a dar vueltas como en un tiovivo y se pega a las paredes, y en el centro queda un túnel vacío. Por ese túnel sube el aire, y el agua baja dando vueltas por fuera. ¡Cada uno tiene su camino! Ese embudo que gira se llama vórtice, y es lo mismo que pasa en un tornado o cuando vacías la bañera.

Para el adulto

Con la botella quieta, el agua solo puede salir si entra un volumen igual de aire por el mismo orificio: se forma un flujo inestable a borbotones (las burbujas suben de una en una) y el caudal es bajo. Al imprimir rotación, el agua adquiere momento angular. Al bajar hacia el orificio, el radio de giro disminuye y, como el momento angular se conserva (v·r ≈ constante, vórtice libre), la velocidad tangencial aumenta mucho cerca del eje. Para mantener esa trayectoria curva hace falta una fuerza centrípeta, que la proporciona un gradiente de presión: la presión es menor en el centro, la superficie libre se hunde y se forma el embudo (forma aproximadamente hiperbólica). Ese núcleo de aire conecta las dos botellas, el aire sube por el centro sin interrumpir el agua y el vaciado se vuelve continuo y más rápido. Hablar de «fuerza centrífuga» es la forma de describirlo desde el agua que gira (sistema no inercial). La arandela de 9 mm limita el caudal para que el vórtice tenga tiempo de formarse y se vea 15–25 s. Los tornados atmosféricos se intensifican de forma parecida, por concentración de la rotación en una columna estrecha; el sentido de giro en la botella lo decide tu mano, no el hemisferio (el efecto Coriolis es despreciable a esta escala).

• vórtice: fluido que gira alrededor de un eje formando un remolino.
• fluido: algo que puede fluir y cambiar de forma, como el agua o el aire.
• fuerza centrífuga: la sensación de ser empujado hacia fuera cuando algo gira.
• presión: lo fuerte que empuja un fluido; en el centro del remolino es menor.
• momento angular: la «cantidad de giro»: si algo que gira se encoge, gira más rápido.

Por edades

• 5–7 años: El adulto prepara la arandela y la unión; el niño llena con embudo, añade color y gira. Idea clave: «el aire sube por el centro y el agua baja dando vueltas».
• 8–10 años: Lo montan todo salvo el agujero de la arandela. Que cronometren con y sin giro y hagan la media de 3 pruebas.
• 11–12 años: Experimento con variable (agujero o cantidad de agua), tabla y gráfica. Reto: explicar el embudo con la conservación del momento angular.

En grupo o en clase

Parejas, un tornado por pareja (pide 2 botellas de 1,5 l iguales a cada familia). Prepara antes las arandelas (1 por pareja) y la cinta cortada. Llena las botellas en una estación con barreño y jarras. Sesión de 40 min: 10 min de montaje, 15 min de pruebas y cronometrado, 15 min de puesta en común con una tabla en la pizarra (tiempos con y sin giro de todos). Pon mesas con bandejas o haz la actividad en el patio.

Retos

• Consigue el tornado que dure más tiempo cambiando solo una cosa.
• Fabrica una unión reutilizable con dos tapones pegados y un agujero de 9 mm (con ayuda de un adulto).
• Añade 2 cucharadas de aceite de cocina: ¿qué le pasa al aceite dentro del remolino?
• Haz un tornado en una botella de 500 ml y compara cuál es más «rápido» por litro de agua.

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