Experimentos científicos para entretener a los niños en casa

Kengo Yamada recuerda la vez que preguntó a los niños de una clase de preescolar de dónde creían que venía el viento. «Uno dijo: “Los árboles fabrican el viento”», cuenta la directora adjunta de educación de la segunda infancia del Liberty Science Center de Nueva Jersey. Cuando Yamada preguntó al niño por qué pensaba eso, este contestó: «Pues estaba paseando y vi los árboles moviéndose, así que deben de fabricar viento».

Aunque no había dado del todo en el clavo, Yamada dijo que el niño estaba empezando a entender el mundo de forma científica. Y la meteorología suele ser una forma sencilla de hacer que los niños se hagan preguntas relacionadas con la ciencia.

«No tienen que conceptualizar qué son el viento, la nieve o la lluvia», explica Ivory Williams, vicepresidenta de enseñanza, aprendizaje e innovación de CTIM en el Liberty Science Center. «Pueden tocarlos y probarlos».

Y esto puede suscitar interés por la ciencia. «Si te enseñan a advertir un fenómeno, entonces verás que ocurre en muchos más lugares», afirma Shaunna Donaher, meteoróloga del Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad Emory. 

A continuación, te proponemos algunos experimentos para enseñar a los científicos más jóvenes cómo funciona el tiempo invernal.

Cómo se forma el viento

Qué necesito:

• Dos vasos vacíos o dos botellas de plástico vacías del mismo tamaño

• Agua fría y caliente

• Colorante alimentario rojo y azul

• Un naipe

• Toallas, por si derramamos algo

Proceso: Llena una botella con agua caliente (pero no tan caliente que no puedas tocarla) y la otra con agua muy fría. Asegúrate de que ambas están llenas hasta arriba. Añade varias gotitas de colorante alimentario rojo al agua caliente y varias gotitas de colorante azul al agua fría.

Coloca el naipe contra la boca de la botella de agua caliente. Pon la botella boca abajo de forma que esté boca con boca con la botella de agua fría y después retira el naipe poco a poco. El agua caliente roja no se mezclará con el agua fría azul.

Manteniendo las botellas unidas, dales la vuelta con cuidado de forma que la botella azul esté arriba. El agua roja subirá a medida que el agua azul se hunde, creando agua violeta. (Consejo: Guarda el agua teñida para los próximos experimentos.)

Explicación: Este experimento utiliza agua para demostrar cómo se mueven las corrientes de aire. «El viento se forma debido al calor desigual [en el aire]», afirma Donaher. «El calor desigual crea diferencias de presión y eso mueve el aire». El aire más caliente y menos denso se eleva (al igual que el agua caliente) y el aire más frío y denso se hunde (como el agua fría). Donaher explica que el aire más caliente es menos denso porque sus moléculas se mueven más rápido y más separadas. A medida que el aire más cálido y con menos presión sube, el aire más fresco ocupa su lugar. Eso es lo que sentimos como viento.

Si no puedes sentir el viento, eso se debe a que el aire cálido y frío no se mezclan, del mismo modo que ocurría cuando la botella de agua caliente estaba encima de la botella de agua fría. «Cuando la atmósfera es estable (como el agua caliente encima), o si no hay diferencias de presión entre los lugares, entonces no tenemos viento», afirma Donaher.

Cómo se congela el agua

Qué necesito:

• Un vaso transparente (puede ser de plástico)

• Cinta de carrocero

• Colorante alimentario (o reutiliza el agua teñida de los experimentos anteriores)

• Agua

Proceso: Echa parte del agua teñida en el vaso y marca el nivel con una tira de cinta de carrocero. Coloca el vaso en el congelador. Retira el vaso cuando el agua esté completamente congelada y mide el nivel del agua para observar la diferencia.

Explicación: «Cuando las sustancias están más frías que su punto de fusión, las moléculas se mueven muy lentamente y pueden acabar atrapadas en una estructura firme», explica Donaher. «Eso es lo que denominamos sólido. A medida que las moléculas se mueven más lentamente, hay más atracción entre las moléculas, de forma que pueden quedar “atrapadas” en una estructura rígida».

En muchos materiales, cuanto más fríos están, menos espacio ocupan. Por ejemplo, congelar cera fundida hará hace que disminuya y es más fácil sacarla de un candelabro. «Pero el agua ocupa más espacio cuando se congela», afirma Donaher. ¿Por qué? «Es la forma en que se une la molécula de agua. Se une en un ángulo algo inusual», por eso el hielo ocupa más espacio que el agua. (Lee más sobre ese ángulo raro más abajo, en el experimento de los copos de nieve.) Por eso el hielo se expande a un nivel más alto que el del agua.

Cómo se forman los carámbanos

Qué necesito:

• Un vaso de papel

• Un recipiente más alto y estrecho, como una cantimplora reutilizable

• Una brocheta o bolígrafo para hacer un agujerito

• Colorante alimentario (o reutiliza el agua teñida de los experimentos anteriores)

• Agua

• Varios centímetros de hilo

• Una cuenta para introducir en el hilo

Proceso: Haz un agujerito en el fondo del vaso. Ata un nudo en un extremo del hilo y después pasa el extremo sin nudo por el agujero de forma que el nudo quede dentro del vaso y el hilo cuelgue desde el fondo de este. Ata la cuenta al extremo del hilo. Humedece el hilo y la cuenta. Coloca el vaso y el hilo dentro del recipiente más grande. Si la cuenta toca el fondo del recipiente más grande, tira del hilo de forma que la cuenta quede suspendida.

Echa unas gotitas de agua teñida en el vaso y coloca el artefacto en el congelador. Tras 15 minutos, añade más gotitas de agua teñida. Repite cada 15 minutos hasta que puedas ver cómo se forma un carámbano en el extremo del hilo.

Explicación: «Los carámbanos se forman cuando las gotitas de agua se congelan a medida que la gravedad las empuja poco a poco hacia abajo», afirma Donaher. «La longitud de los carámbanos suele crecer con el paso del tiempo a medida que las gotitas de agua se funden, bajan por el hielo y se recongelan». En este experimento, las gotitas de agua atraviesan el agujerito del vaso, bajan por el hilo y se congelan en la cuenta.

Pero ¿por qué no adopta el carámbano una forma cilíndrica? A medida que el agua baja por el carámbano, libera calor. Aunque quizá pienses que eso haría que el carámbano se fundiera, en realidad actúa como aislante, manteniéndolo frío. Como el aire cálido sube, aísla la parte superior del carámbano más que la punta, permitiendo que la parte superior se quede congelada y, por consiguiente, sea más ancha que la parte inferior. «De la punta escapa más calor, así que la punta adelgaza más y más rápido que la parte superior, creando la forma alargada del carámbano», explica Williams.

Cómo se forman los copos de nieve

Qué necesito:

• Un vaso transparente

• Un pulverizador de agua o un paño húmedo

• Un trozo de papel negro

Proceso: Pulveriza con agua o pasa el paño húmedo por el vaso. Coloca el vaso en el congelador. Saca el vaso una hora después, cuando esté cubierto de escarcha. Coloca el vaso contra el papel negro para poder ver los copos de la superficie. Deja que los niños descubran las formas diferentes con la ayuda de una lupa. (Consejo: Si no puedes ver escarcha, deja el vaso en el congelador más tiempo.)

Explicación: Donaher señala que, en lo alto de las nubes, el vapor de agua es atraído por los denominados aerosoles: partículas de polvo, humo o rocío de sal del océano. Si la nube tiene una temperatura de -15 grados o menos, el vapor de agua se convertirá en cristales de hielo, lo que conocemos como copos de nieve. En este experimento, el vaso remplaza los aerosoles y proporciona al vapor algo a lo que aferrarse.

«Los copos de nieve se forman con seis lados o seis puntas», afirma Donaher. Eso se debe a que las dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno (el H2O) están dispuestas de tal manera que forman un triángulo. Cuando estos triángulos se congelan, crean formas hexagonales como el patrón clásico del copo de nieve. Donaher explica que también pueden convertirse en una placa, en columnas o en agujas, dependiendo de la temperatura y la humedad del aire.

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.