XXXIII Congreso de ENCIGA

 

El pasado sábado 18 de noviembre se clausuró la trigésimotercera edición del Congreso anual de la Asociación de Ensinantes de Ciencias de Galicia ENCIGA, que como consecuencia de la crisis de la COVID-19  se ha celebrado en línea y de modo no presencial por primera vez en su ya larga historia.

ENCIGA ( http://www.enciga.org/ )  es una asociación gallega de profesores que tiene como objetivo principal mejorar la calidad de la enseñanza en las áreas matemáticas, científicas y tecnológicas en los niveles educativos no universitarios. Fue fundada en enero de 1988 y está a punto de cumplir 33 años de actividad ininterrumpida.

La Asociación agrupa esencialmente a profesores de Galicia, aunque  cuenta con socios de otros lugares, no solo de España sino también del extranjero. Mayoritariamente son  profesores de E. Secundaria, pero también hay una presencia significativa de docentes de E. primaria y universitaria entre los 400 socios con que cuenta actualmente.

 

ENCIGA edita anualmente tres números del Boletín das Ciencias (enlace al boletín), la revista que trata de impulsar y dinamizar los trabajos científicos o didácticos de investigación educativa e intercambio de información entre asociados y colaboradores. El Boletín tiene una tirada de 2000 ejemplares y además de artículos, edita números sobre temas monográficos y un número especial con las ponencias de cada Congreso Anual.

 

 

El Congreso Anual de ENCIGA 

Es el principal acontecimiento anual de la asociación, que además de un objetivo formativo tiene un fin claramente social de acercamiento, convivencia  y amistad, abierto a todos los participantes ya sean socios o no. El congreso se ha venido celebrando puntualmente  durante tres días consecutivos del mes de noviembre todos y cada uno de los 33 años de vida de la asociación, rotando por otras tantas villas y ciudades gallegas.

El contenido de estos congresos es variado y  ha conseguido mantenerse siempre a buen nivel de calidad, a pesar de celebrarse con frecuencia anual. Incluye comunicaciones y talleres de Física y Química, Matemáticas, Ciencia Naturales e Interdisciplinares, que se dan en paralelo, además de tres conferencias generales siempre a cargo de personalidades de reconocido prestigio científico; y por supuesto, incluye un programa de visitas, excursiones  y actividades de confraternización. La asistencia al Congreso está reconocida oficialmente con 15 créditos de formación docente.

 

El XXXIII Congreso

Reunió a un centenar de asistentes, durante la mañana y la tarde de los sábados, días 14 y 28 de noviembre, que lo pudieron seguir en línea desde sus domicilios y centros de trabajo a través de la plataforma  Teams  de MS Office.

 El programa del congreso incluía 33 comunicaciones y talleres sobre temas muy variados, algunos de los cuales fueron por ejemplo, geometría, historia de la ciencia, actividades en el aula, ciencia y emociones, radiactividad, ciencia y arte, determinación de vitaminas y proteínas, zoonosis y, como no podía ser de otra manera, el omnipresente covid-19. ( enlace al programa)

Hubo tres interesantes conferencias  en directo cuyos títulos y conferenciantes se citan a continuación (enlace a conferencias):                                                                              

• As matemáticas da covid. Por Iván Area Carracedo

• Las tierras raras, lámpara de Aladino para nuestra sociedad de alta tecnología. Por Ricardo Prego.

• Crónica científica dunha pandemia anunciada. Por Sonia Villapol

A pesar de la extrañeza y de las dificultades que suponía celebrar un congreso de estas características a través de la red, el resultado fue un éxito de organización, participación y contenido, por lo que no cabe otra cosa que felicitar al comité organizador y a la directiva de la asociación, así como a todos los ponentes y participantes, por haber hecho posible este congreso de forma tan satisfactoria.

Parabéns e moitas grazas a todas e todos.

¡Vémonos o ano que vén!

 

 

El vino con el agua, ¿pero no era que se mezclaban?

 

La dinámica de fluidos 

Es uno de esos temas ignorados reiteradamente en el currículo de la Física de Secundaria. Desde 2º de ESO  hasta 2º de Bachillerato, un alumno habrá estudiado durante cuatro años consecutivos las leyes que describen cómo se desliza un bloque por un plano, pero ignorará por completo por qué se va perdiendo presión por las tuberías de agua, por qué algunos líquidos fluyen bien y otros mal, o por qué las alas permiten volar.

Aunque no sea más que a nivel cualitativo, es importante que los jóvenes estudiantes conozcan algunos conceptos importantes de la dinámica de fluidos, tanto por los fenómenos de la vida cotidiana en los que se ponen de manifiesto como por sus muchas aplicaciones tecnológicas. Me estoy refiriendo en concreto a aspectos de la mecánica de fluidos como los conceptos de presión, velocidad y caudal, la fluidez y viscosidad,  la difusión y convección, el efecto Venturi, o la turbulencia.

Para ilustrar algunos de estos aspectos propongo a continuación una sencilla pero asombrosa experiencia de hidrodinámica que se puede realizar en casa, no requiere conocimientos previos ni materiales especiales y su realización, fácil y breve, está al alcance de cualquiera.

 

Una experiencia casera con agua y vino

Haciendo clic en el enlace  podrás ver un guión de esta práctica que se puede descargar.

Para empezar hay que colocar con cuidado un vaso de vino tinto y otro igual de agua tal como se ve en la primera foto. Ambos vasos han de estar invertidos, completamente llenos hasta el borde y separados por una lámina impermeable. ¿Cómo se consigue esto?, piensa un poco.

A continuación retiramos con cuidado y sólo un poco la lámina separadora, justo lo suficiente para poder observar cómo el vino, menos denso que el agua, comienza a fluir hacia arriba; mientras que, de forma paralela, el agua fluye hacia abajo (segunda foto).

Pasados unos minutos (tercera foto) podremos observar que el vino y el agua se están reemplazando mutuamente sin que se produzca la esperada mezcla entre ellos, ¿por qué no se mezclan si todos sabemos que el agua y el vino son miscibles en cualquier proporción?

Finalmente (cuarta foto) el vino y el agua habrán cambiado de vaso sin mezclarse. Ahora es el momento de hacerse preguntas y de tratar de explicar científicamente qué es lo que ha pasado aquí.

¿Qué ha sucedido? Análisis de algunos conceptos relacionados con esta experiencia

El vaso de agua con la cartulina se puede colocar fácilmente boca abajo sin  que ésta se caiga sobre el vaso de vino gracias a que la presión atmosférica la oprime con fuerza contra la boca del vaso, superando al peso del agua.

La diferencia de densidad (el vino es una disolución hidroalcohólica menos densa que el agua) provoca, según el principio de Arquímedes, un empuje vertical del agua sobre el vino que tiende a hacerlo flotar sobre ésta, tratando de desplazarlo hacia arriba.

La pequeña abertura que deja la lámina hace que la velocidad de convección de un líquido sobre el otro sea muy pequeña, por lo que consigue un régimen laminar de convección, en la que todas las partículas del fluido se desplazan de forma paralela, sin turbulencias.

Agua y vino son dos líquidos totalmente miscibles, es decir, la solubilidad de uno en el otro es del 100%, y sin embargo acabamos de ver que no se disuelven el uno en el otro a pesar de fluir en contacto el uno con el otro.

La explicación radica en que al ser el flujo laminar, sin turbulencia, la superficie de contacto entre los dos fluidos es pequeña y estacionaria, por lo que la única posibilidad de mezclarse es por el fenómeno de difusión, que en este caso es tan lenta que no llega a apreciarse una mezcla significativa mientras dura la experiencia. Es por eso que removemos al tratar de disolver una sustancia en un líquido, para que la convección o desplazamiento del líquido de forma turbulenta aumente ilimitadamente la superficie de contacto y  le arrebate a la siempre lenta difusión el control de la mezcla.

Un análisis más profundo  nos lleva a preguntarnos qué es lo que determina el régimen en el que va a fluir un líquido, si va a ser laminar o turbulento. La clave está en el valor numérico de una magnitud adimensional denominada número de Reynolds (N_R), que depende a su vez de la densidad (ρ), la viscosidad (μ) y la velocidad (v) del fluido y del diámetro (D) del tubo por el que fluye. Para un tubo de sección circular, la relación viene dada por la expresión:  

N_R = ρ.v.D / μ

En el caso de conducciones rectas, si  el valor de N_R es menor que 2320 entonces el régimen de flujo es laminar y por encima de ese valor pasa a ser turbulento.   

Como se ve en la fórmula, cuanto más lento y estrecho sea el tubo de corriente y más viscoso y ligero sea el fluido, menor será el número de Reynolds y más fácil será conseguir que fluya en régimen laminar, como por ejemplo sucede en un chorro de aceite frío, en comparación con la caída turbulenta de un chorro de agua. 

Una experiencia sencilla para ilustrar esto consiste en dejar salir un hilo de agua por un grifo casi cerrado como se puede ver en la foto. En ésta se observa cómo aparece inicialmente un flujo laminar que pasa a ser turbulento a partir de un punto en el que la velocidad del agua, que aumenta con la altura bajada, alcanza el valor crítico para el que N_R sobrepasa el valor de 2320.

 

 

 

 

El sencillo (pero tramposo) experimento de pesar el aire

¡El aire pesa!, compruébalo tú mismo realizando este fácil experimento. Esta es la sugerente invitación que en más de una ocasión hemos visto en algunos libros de texto o en videos de Youtube.  El experimento propuesto consiste en equilibrar una improvisada balanza de platillos con dos globos hinchados colgados uno en cada brazo, pinchar uno y ver cómo la balanza se desequilibra a favor del que tiene aire dentro. También está la versión cuantitativa, que pesa en una balanza primero el globo desinflado y después lleno de aire, observando con sorpresa que éste pesa una décima de gramo más. En estos enlaces podemos encontrar un par de ejemplos: experimento 1 , experimento 2

¿Queda demostrado que el aire pesa? ... pues ¡NO!

Entonces ¿por qué se desequilibra la balanza? ¿qué es lo que prueba eso?. Para responder a estas preguntas hay que tener en cuenta el principio de Arquímedes, que en este caso hemos ignorado fatalmente.

En rigor, lo único que demuestra este experimento sencillo es que el aire viciado y algo comprimido que llena un globo hinchado tiene una densidad ligeramente mayor que el aire del exterior. De hecho, estos experimentos que tratan de pesar aire estando inmersos en el mismo aire son tan ingenuos e inútiles como tratar de pesar el agua de una botella pesándola dentro de una piscina: está claro que sólo obtendríamos el peso del recipiente y no el del agua que contiene. Además, como vamos a ver ahora, el aire contenido en el globo pesa mucho más de lo que marca la balanza.

Pero entonces ¿qué es lo que estamos pesando?

Los gramos que marca la balanza son en realidad la masa cuyo peso sería igual a la fuerza resultante que presiona el platillo, es decir, que incluye todas las fuerzas que están actuando sobre el globo que vamos a pesar y que, como podemos ver en la figura, son: peso del globo (P_G) más el peso del aire que contiene (P_A) menos el empuje del aire circundante sobre el globo hinchado (E). El empuje sobre el globo deshinchado se desprecia por ser muy pequeño y no variar de una pesada a la otra. 

Hagamos un cálculo estimativo con el ejemplo del video del experimento 2 en el que la diferencia entre los “pesos” aparentes del globo desinflado y el inflado (alrededor de 1 litro de volumen) resultó ser de 0,1 g. La densidad del aire es d_a = 1,2 kg/m³

• Peso de aire contenido en el globo:   

             P_A = m.g = d_a.V.g = 1,2 kg/m³. 0,001 m³. 9,8 N/kg  = 0,012 N

• Masa del aire contenido en el globo:          

             m = P_A / g = 0,012 N / 9,8 N/kg = 0,0012 kg = 1,2 g

• Empuje del aire exterior: 

            E = d_a.g.V = 1,2kg/m³. 9,8 N/kg . 0,001 m³ = 0,012 N

Como se ve, el peso del aire del globo está equilibrado con el empuje, y además la masa del aire es en realidad ¡12 veces mayor! de lo que parece demostrar el experimento.

Entonces ¿por qué se desequilibra la balanza y marca 0,1 g? La respuesta tiene que ver con el hecho de que el aire del interior del globo no está en las mismas condiciones que el del exterior, lo que hace que sus densidades sean ligeramente distintas y que el peso de un mismo volumen de aire V también difiera. De hecho, el aire que llena el globo está a una presión algo mayor y contiene dióxido de carbono y vapor de agua, dos factores que hacen que su densidad y por lo tanto su peso sean un 0,1% mayores; lo justo para desequilibrar la balanza a favor del globo hinchado.

En conclusión:

Será mejor que no confundamos a la gente con experimentos engañosos. ¿Pero entonces no podemos pesar directamente el aire con un experimento sencillo? La respuesta es SÍ, pero en vez de un globo será necesario usar un recipiente que mantenga su volumen constante y que sea fácil de llenar o vaciar de aire. Haciendo clic en este enlace puedes ver cómo hacerlo fácilmente usando una jeringuilla y una balanza de centigramos. Así lo probamos en el aula y entonces sí que salieron las cuentas.