Autores:
José Antonio Martínez Ponsjamartinez46@outlook.es
El experimento se desarrollará en varias fases, previamente a su realización se pedirá la colaboración de algún asistente o alumno.
Se explicará brevemente la historia de Arquímedes y el episodio de la Corona del Rey.
Botadura del Titánic y objetos flotantes:
A) Se pondrá una pequeña capa de plastilina en el fondo del barco que servirá para fijar unas 6 ó 7 canicas que se ubicarán regularmente distribuidas.
B) Se llenará el recipiente de plástico que representará el mar de Belfast donde se construyó el Titánic, hasta algo más de la mitad con agua, puede teñirse con un poco de pintura al agua o con unas gotas de tinta.
C) Se pedirá a algún espectador que marque con el rotulador el nivel. Se anunciará la botadura del barco y se preguntará qué pasará con este nivel ¿subirá, bajará o se quedará igual?
Se procederá a la botadura. Se observará el resultado y se preguntará por qué no se inundó el puerto de Belfast cuando se bota el Titánic [i].
D) Se marcará el nuevo nivel y se anunciará que dejando el barco a flote se retirarán las canicas y se dejarán caer al fondo del recipiente. Se repetirá la pregunta. Se realizará el experimento. Visto el resultado del mismo se preguntará la razón[ii]
E) No es necesario retirar las canicas del fondo del “mar”. Se cargará ahora el barco con el mismo número de canicas de corcho o porexpan. Se pedirá que se vuelva a marcar el nivel (pueden utilizarse rotuladores de diferentes colores) Se procederá como en D y se formulará la misma pregunta.
Se realizará el experimento[iii]
Si se desea hacer el experimento en clase, una solución puede ser al iniciar la clase preparar el iceberg y marcar el nivel, hacer la pregunta y no darle respuesta y dejar el montaje a un lado mientras se desarrolla la clase, Por supuesto se supone que el centro escolar dispone de nevera.
Se propondrá un experimento para realizar en casa. Se pedirá que en casa se prepare un “iceberg” llenando un pequeño recipiente con agua y dejándolo congelar. Se sacará el “cubito” formado y se tomará un vaso con agua. Se echará en el vaso el cubito y se marcará el nivel. La pregunta que se formulará será:
– Si se deja que se funda el hielo ¿qué pasará con el nivel del agua?.[iv]
[i] Con esto se pretende además que los alumnos entiendan los órdenes de magnitud y qué significa una cantidad despreciable.
[ii] Una explicación comprensible es que mientras las Canicas flotan ya sea por si ya sea dentro del barco, deben desplazar un volumen de agua cuyo peso sea precisamente el de las propias Canicas. Cuando las dejamos caer al agua no flotan por tanto solo desplazan su propio volumen, al ser la densidad del vidrio del orden de 2,5 veces la del agua el volumen desplazado será unes 2,5 veces menor que el desplazado cuando flotan, en consecuencia, el nivel descenderá.
[iii] Las canicas flotaran desplazando un volumen igual a su peso en agua, pero al ser su densidad menor que el agua, este volumen será menos que su volumen propio, las bolitas seguirán flotando por tanto desplazarán el mismo volumen y el nivel del agua. El nivel no variará.
[iv] El nivel no variará el hielo está flotando porque desplaza su volumen en agua, cuando se funde precisamente se convierte en ese volumen de agua.
¿Qué se pretende demostrar?
o Algunos fenómenos relacionados con la flotabilidad de los cuerpos especialmente con el fluido desplazado representado por el nivel del agua.
o Verificación cuantitativa de principio de Arquímedes
o Observación de la tercera ley de Newton
Dirigido a:
o X Gran Público
o X Primaria
o X Secundaria
o X Universidad
Materiales necesarios:
· Maqueta de un barco a poder ser del Titánic. Existen el mercado modelos del buque a escala adecuados por ejemplo el de Revell a 1:1200 tiene la ventaja de tener el casco de una sola pieza y compartimentado; una vez construida mide unos 20 cm de eslora. Las hay en otras escalas, de un tamaño demasiado pequeño de unos 15 cm de eslora y 5 cm de manga que se pueden sustituir por una lata de crema hidratante de unos 10 ó 12 cm de diámetro. A partir de ahora, “el barco” se preparará, si se ha construido la maqueta y conviene dejarla sin pegar la obra viva, al ser el casco de una sola pieza solo hay que sellar las perforaciones para el soporte en seco y los encastres de los ejes laterales. La experiencia del autor recomienda que una vez que se muestre la maqueta es mejor hacer los experimentos ya sea con el barquito de bañera (ver foto) ya simplemente con la caja cilíndrica, porque la maqueta es muy difícil de estabilizar y admite poco lastre, por lo tanto, los resultados se ven peor, además se estropea con facilidad.
· Canicas de vidrio de unos 2,5 cm de diámetro, o de acero un poco menores.
· Bolas de corcho o porexpan de diámetro similar a las anteriores.
· Un poco de plastilina
· Una caja de plástico transparente rectangular y cuya superficie de la cara abierta sea aproximadamente el doble de la del barco.
· Rotuladores para pizarra.
· Una probeta de unos 250 cm3 o un vaso de plástico alto.
· Un objeto pesado con posibilidad de suspenderse de un hilo que pase holgadamente por la boca del vaso o probeta. Aquí se ha utilizado una gran tuerca.
· Un bramante o hilo fino resistente.
Si la práctica se hace cuantitativa:
· Calibre digital o analógico
· Regla graduada.
· Balanza.
Puede ser útil un dinamómetro de resorte que trabaje en el rango del peso del objeto.
Riesgos:
Evidentemente con estos experimentos no se corre riesgo ninguno, salvo mancharse los dedos si se usa tinta o los rotuladores están mal cerrados. Además, la inversión económica es muy pequeña y el material es recuperable.
Observaciones:
El experimento puede hacerse cuantitativo para ello se medirá la superficie del recipiente contenedor. Si éste es cilíndrico, el cálculo es sencillo. Si se utiliza un recipiente rectangular, es difícil conseguir uno con esquinas perfectamente a escuadra, aunque puede fabricarse uno con láminas de plástico o vidrio, sin embargo, no se comete demasiado error si se busca un recipiente cuyas esquinas no sean demasiado redondeadas.
En este caso se medirá con el calibre el diámetro de las bolas y se calculará su volumen, y paseándolas se calculará el peso de agua que deben desplazar para flotar y en consecuencia el volumen desplazado. La diferencia entre ambos volúmenes debe coincidir con la variación de volumen desplazado que se puede calcular midiendo la altura en que ha variado el nivel multiplicada por la superficie efectiva del “mar”, es decir, la superficie geométrica menos la superficie del barco. Obviamente, en este caso debe utilizarse un barco de una forma geométrica conocida, como círculo o polígono.
Notas previas:
En esta descripción y por abuso de lenguaje, se habla indistintamente de “pesar” y de “peso”, sin distinguirlos demasiado de “masa”. Las balanzas que se describen realmente miden fuerzas, aunque están calibradas en masa. Queda a juicio del docente aclarar las dudas que puedan surgir, importante sobre todo si realizan los experimentos de modo cuantitativo. Las notas al final del trabajo dan pistas para la solución de las cuestiones.
Introducción Histórica.
La historia naval está llena de barcos famosos, por una razón u otra desde la nave Argos de Jasón hasta los grandes portaviones o cruceros de recreo que surcan los mares como auténticas ciudades flotantes, sin olvidar “las tres carabelas de Colón” o la Victoria de Juan Sebastián Elcano, pero sin duda el más nombrado es el trasatlántico Titánic, y este buque nos servirá de conductor
El barco era un gran trasatlántico británico, segundo de una serie de tres, en principio gemelos, pertenecientes a la White Star: Olímpic. Titánic y Britannic, desplazaba unas 52.000 t, medía 269,06 m de eslora (longitud) 29,19 m de manga (anchura máxima) y calaba 10, 54 m. Una potencia nominal de 46.000 hp le permitía una velocidad máxima de 21 nudos (39 km/h) Construido entre 1909 y1912 en el astillero Harland and Wolff de Belfast en Irlanda, podría considerarse junto con sus hermanos el paradigma de un barco “gafado” y sobre el que circulan muchas leyendas, la mayoría falsas
En el momento de su entrada en servicio era el mayor del mundo, pero su triste fama se debe a que se hundió en la noche de la madrugada del 14 de abril de 1912 durante su viaje inaugural desde Southampton a Nueva York. En el hundimiento murieron 1.514 personas de las 2.223 que iban a bordo, lo que convierte a esta tragedia en uno de los mayores naufragios de la historia ocurridos en tiempo de paz, pero no el mayor.
El trasatlántico de la White Star es un simple pretexto para presentar algunos experimentos sencillos relacionados con la flotabilidad y el equilibrio en cuerpos flotantes.