6 sencillos experimentos científicos de física para niños

La física es la ciencia natural que se ocupa de la materia, la energía, el movimiento y la fuerza. El objetivo de estudiar física es entender cómo funciona nuestro mundo y, por extensión, ¡cómo funciona nuestro universo! Aquí tienes 6 experimentos científicos súper sencillos para que los niños exploren la densidad, la gravedad, la electricidad y la presión. Probablemente ya tengas los materiales que necesitarás por casa: huevos, agua, colorante alimentario, naranjas, un peine e incluso espaguetis.

Cambiando la densidad del agua

¿Has visto alguna vez un lago congelarse en invierno? Cuando la temperatura baja, se forma una capa de hielo en la parte superior, pero debajo de la capa de hielo, el lago sigue ahí. ¿Por qué ocurre esto y por qué crees que es tan importante? Abordaremos estas cuestiones en el siguiente experimento. Observaremos de cerca los efectos de la temperatura en el agua, y veremos qué ocurre cuando se intenta mezclar agua de diferente temperatura.

Lo que necesitarás:

• Dos recipientes como tarros o tazas medidoras
• Agua
• Colorante alimentario

Direcciones

1. Añade aproximadamente cuatro tazas de agua a un recipiente. Añadir 2-3 gotas de colorante alimentario azul y mezclar bien. Enfriar en la nevera durante toda la noche.

2. Calentar aproximadamente 1 taza de agua hasta que esté al vapor o apenas hirviendo. Añadir 2-3 gotas de colorante alimentario amarillo y mezclar bien.

3. Verter lentamente ~1/4 de taza de agua fría en el agua caliente. Asegúrese de verter muy lentamente y a lo largo del lado del recipiente para que haya una mezcla mínima. Debería ver que se forman dos capas. Cronometra el tiempo que tardan las dos capas en unirse gradualmente hasta formar una única capa verde.

¿Qué ocurre?

El cambio de temperatura del agua afecta a su densidad. Cuando el agua se calienta, sus moléculas vibran y se mueven. Esto hace que el espacio entre ellas aumente, dando como resultado una menor densidad. Cuando el agua se enfría, sus moléculas se ralentizan y se acercan. Esto hace que el agua sea más densa. El agua enfriada en nuestro experimento se hundió hasta el fondo porque tenía una mayor densidad que el agua calentada. Se volvió verde porque tocó parte del agua caliente en el camino hacia abajo, enfriándola y haciendo que se hundiera.

En la naturaleza, este fenómeno es responsable de un proceso llamado «rotación». El hundimiento del agua más fría y el ascenso del agua más caliente hace que las capas de un lago se mezclen, permitiendo que nutrientes como el oxígeno se dispersen por todo el lago. Entonces, ¿por qué no se congela un lago de abajo a arriba? La densidad del agua sigue aumentando hasta que llega a la congelación, pero entonces su densidad vuelve a cambiar. El hielo es mucho menos denso que el agua líquida, por lo que el agua que se congela sube a la superficie. El hielo forma una capa en la superficie del lago, pero el lago sigue siendo líquido por debajo, lo que permite que la vida vegetal y animal sobreviva durante el invierno.

Cómo hacer que una naranja se hunda o nade

Cuando se trata de adivinar si un objeto flotará, es útil tener en cuenta la densidad del objeto. La densidad se define como la masa por unidad de volumen, y los objetos con una mayor relación masa-volumen tienen una mayor densidad. Los objetos que son más densos que el agua se hunden, mientras que los que son menos densos se mantienen a flote.

Debido a que es menos densa que el agua, una naranja sin pelar flotará. Debería ser lógico que pelar una naranja, y por tanto disminuir su masa, tuviera poco o ningún efecto. Lo que ocurre, de hecho, es lo contrario. Puede parecer contradictorio, pero en el siguiente experimento veremos que pelar una naranja en realidad hace que se hunda.

Lo que necesitarás:

• Un recipiente de boca ancha como una jarra
• Una naranja
• Agua

Direcciones

1. Llena la jarra con suficiente agua para cubrir una naranja, en caso de que se sumerja.

2. Introduce suavemente una naranja sin pelar en el agua. Observa lo que ocurre. ¿Se hunde o flota la naranja?

3. Saca la naranja del frasco y pélala.

4. Vuelve a colocar la naranja pelada en el frasco. ¿Qué ocurre ahora con la naranja?

¿Qué ocurre?

Puede parecer que pelar la naranja debería permitirle flotar aún mejor, ya que al pelarla le estamos quitando parte de su masa y haciéndola más ligera. De hecho, lo que observamos es que pelar una naranja hace que se hunda. Esto parece ilógico hasta que se considera la naturaleza de la densidad.

La densidad se define como masa por volumen. Una cáscara de naranja es muy porosa, lo que significa que tiene muchos agujeros diminutos. Los agujeros son esencialmente pequeñas burbujas de aire. Estas bolsas de aire son espacios vacíos, o bolsas sin masa que, al calcular la densidad total, sirven para disminuir el resultado final. Cuando se quita la cáscara, se eliminan las bolsas de aire. Ahora, la naranja tiene una mayor densidad, porque su masa por unidad de volumen sube. La naranja es ahora más densa que el agua. Por lo tanto, se hunde. Así que, aunque parece ir en contra de la razón, el resultado es en realidad adherirse a las reglas de la densidad.

Cómo usar la gravedad para saber si un huevo está cocido

La «gravedad» es la fuerza que nos atrae hacia la tierra, y es responsable de hacer que las cosas caigan al suelo cuando se lanzan hacia arriba, o se dejan caer desde una distancia. El «centro de gravedad», o el «centro de masa», es el punto en el que se concentra el peso de un objeto. Puede considerarse como el punto en el que la gravedad actúa sobre un objeto.

Tener un centro de gravedad estable hace posible cosas como peonzas, o que un equilibrista se mantenga en equilibrio sobre un fino cable. También podemos aprovechar este fenómeno para determinar si un huevo está cocido, ¡sin tener que abrirlo!

Lo que necesitarás:

• 2 huevos
• 1 olla pequeña
• Agua para hervir

Direcciones

1. Hierve con fuerza uno de los huevos. *Nota: esta parte requiere la supervisión de un adulto. Hay varias formas de cocer un huevo, pero para los fines de este experimento queremos asegurarnos de que el huevo esté bien cocido. Para ello, deja el huevo en agua hirviendo activamente durante al menos 15 minutos.

2. Escurre el huevo y enjuágalo bajo agua fría. Coloque el huevo en el frigorífico durante una hora o más. Esto es para que no se pueda saber qué huevo está cocido simplemente comprobando la temperatura.

3. Sacar el huevo cocido y el huevo crudo de la nevera. Gire los huevos, de uno en uno, sobre una encimera o superficie limpia. Observe las diferencias en la forma en que se mueve cada huevo. Uno de los huevos gira suavemente, mientras que el otro se tambalea y es difícil de girar.

¿Qué ocurre?

El contenido de la cáscara del huevo crudo es líquido, por lo que puede moverse. Cuando intentas girar el huevo crudo, su contenido se desplaza. Esto hace que el centro de gravedad del huevo cambie constantemente. Al no tener un centro de gravedad estable, el huevo no gira suavemente, como lo haría una peonza, sino que se tambalea. En cambio, el huevo cocido es sólido por dentro. Su centro de gravedad es el mismo. Por lo tanto, el huevo duro gira suavemente y se distingue fácilmente del huevo crudo sin necesidad de abrir ninguno de los dos.

Prueba de un puente de espaguetis

Una de las decisiones clave en la construcción es la selección de los materiales de construcción. Dependiendo de su composición, diferentes materiales son capaces de soportar diferentes cargas. Podemos examinar este concepto construyendo un puente en miniatura, y luego probando su capacidad para soportar el peso. Utilizaremos hebras de espaguetis crudos para ver cómo la composición estructural de un determinado material de construcción afecta a su capacidad para soportar la presión.

Lo que necesitarás:

• Espaguetis
• Pinza de papel o gancho S
• Vaso de papel pequeño
• Varias monedas

Direcciones

1. Coloca una hebra de espaguetis crudos entre dos frascos o cajas de manera que los espaguetis formen un puente.

2. Dobla el clip para formar un gancho en forma de S (o simplemente utiliza un gancho en forma de S) y haz un agujero en el vaso de papel. Suspende el vaso de papel de tu gancho, y luego cuelga cuidadosamente el gancho y el vaso en el puente de espaguetis.

3. Añade monedas al vaso de una en una. Registra cuántas monedas puedes añadir antes de que los espaguetis se rompan.

4. Prepara el experimento de nuevo, pero esta vez utiliza dos hilos de espaguetis para construir el puente. ¿Cuántas monedas puede sostener tu nuevo puente antes de que se rompa?

5. Repite el experimento utilizando cantidades crecientes de hebras de espaguetis. ¿Qué observas en la capacidad del puente para soportar monedas a medida que añades más hebras de espaguetis?

¿Qué ocurre?

Una hebra de espaguetis sin cocer es muy frágil y se rompe cuando se le aplica presión. Sin embargo, cuando añadimos más hebras de espaguetis, la presión se distribuye entre las hebras, por lo que la presión total aplicada a cada una es menor. Básicamente, las hebras comparten la carga, por lo que aumenta el número de monedas que pueden añadirse antes de que el puente se rompa.

Un ejemplo de material de construcción que utiliza este principio es la madera contrachapada. La madera contrachapada se compone de múltiples láminas finas de chapa de madera que se han pegado entre sí. Esto da como resultado un material que es capaz de soportar una mayor cantidad de presión de la que sería posible con una sola hoja.

Cómo hacer un peine «imán»

Es probable que hayas experimentado la electricidad estática en algún momento. Esa pequeña descarga que sientes a veces cuando alcanzas el pomo de una puerta, la forma en que tu pelo se levanta cuando lo cepillas, la forma en que tu sombrero se adhiere a tu pelo… todos ellos son ejemplos de electricidad estática.

En el siguiente experimento, utilizaremos la electricidad estática para hacer un «imán». Generaremos una carga eléctrica en un peine para el cabello y examinaremos cómo funciona esa carga. Al final del experimento, comprenderemos mejor la electricidad estática, por qué se comporta como lo hace y qué podemos hacer para minimizar sus efectos en nuestra vida diaria.

Lo que necesitarás:

• Un peine para el pelo
• Un pañuelo de papel
• Tijeras

Direcciones

1. Si tu pañuelo es de 2 capas, separa las dos capas y utiliza sólo una. Con unas tijeras, corte el tejido en cuartos. Coloque uno de los cuartos en posición horizontal sobre una mesa.

2. Pase un peine por su cabello varias veces (al menos 12 veces) en rápida sucesión. Esto funciona mejor con el pelo limpio y seco, y dará los mejores resultados con la parte más fina del peine, o el extremo en el que los dientes están más juntos.

3. Inmediatamente después de pasar el peine por el pelo, toca el peine con uno de los bordes del pañuelo. Sabrás que ha funcionado si el tejido se levanta para encontrarse con el peine en cuanto se acerque. Con tu nuevo peine «magnético», levanta el pañuelo de la mesa y llévalo al aire.

¿Qué ocurre?

La electricidad estática se genera cuando las partículas con carga negativa llamadas «electrones» se transfieren a un objeto y se dejan acumular. En el caso de nuestro experimento, el objeto era el peine. Los electrones «saltaron» de nuestro pelo al peine, dándole una carga negativa temporal. Como los opuestos se atraen, las cargas negativas del peine fueron atraídas por las cargas positivas del tejido, y el tejido se «pegó» al peine.

Las condiciones más secas son más propicias para la acumulación de electricidad estática, por lo que se tiende a recibir más descargas estáticas en invierno. Esto se debe a que el agua es un gran conductor. Cuando hay humedad, las cargas eléctricas estáticas que se acumulan de forma natural en una superficie pueden ser absorbidas por las partículas de agua suspendidas en el aire. Estas partículas de agua no están presentes en condiciones de sequedad, por lo que las cargas se acumulan, para disiparse de golpe cuando entran en contacto con otro objeto, como la mano en el pomo de una puerta.

Haz que un huevo flote en el agua

No todo flota en el agua. Un huevo, por ejemplo, se hunde hasta el fondo cuando se coloca en un recipiente lleno de agua. Una pelota de ping-pong, en cambio, flotará. ¿Por qué ocurre esto? ¿Qué hace que algo flote o se hunda? La respuesta es la densidad. Los objetos más densos que el agua se hunden. Los que son menos densos flotarán.

El siguiente experimento te permitirá observar el efecto de la densidad en acción. Cambiando la densidad del agua, podemos cambiar la capacidad de flotar de un huevo.

Lo que necesitarás:

• Un recipiente transparente como un tarro
• Un huevo (Nota: El huevo no tiene que estar duro, pero puede ser menos angustioso dejar que los pequeños manipulen un huevo duro.)
• Agua
• Sal

Direcciones

1. Añade 1 taza de agua al recipiente vacío, o la cantidad que sea necesaria para llenar el recipiente hasta la mitad y permitir que un huevo quede completamente sumergido. Coloque suavemente el huevo en el agua y observe lo que sucede.

2. Retire el huevo. Añade 6 cucharadas de sal al agua del recipiente y remueve para mezclar. Vuelva a colocar suavemente el huevo en el agua salada y observe.

3. Saque el huevo y enjuáguelo con agua dulce. Lentamente, para no alterar el agua salada, añade una taza de agua limpia en el recipiente. El objetivo es colocar el agua dulce sobre el agua salada, no mezclar las dos capas. Coloca el huevo en el recipiente por tercera vez.

¿Qué ocurre?

Un huevo tiene mayor densidad que el agua, por lo que no flota. Sin embargo, cuando añadimos sal al agua, cambiamos su densidad. Hicimos que el agua tuviera una densidad mayor que el huevo. Por ello, el huevo pudo flotar. Para poner más de relieve este concepto, añadimos una capa de agua dulce sobre el agua salada. El huevo se hundió a través del agua dulce pero dejó de hundirse cuando llegó a la capa de agua salada.

Un punto a destacar es que un objeto no tiene que pesar menos que el agua para poder flotar, sólo tiene que ser menos denso. Esto significa que tiene que tener un mayor número de bolsas de espacio vacío en relación con su masa. Así es como los barcos pueden flotar a pesar de ser tan grandes y pesados, y es por lo que una pelota de ping-pong flotará, pero un huevo no.