De líquido a sólido y vuelta a empezar

Por Kimberly Yates

Traducido por Lucía Rodríguez Antolinos

Revisado por José Francisco Gálvez

Si están buscando una manualidad para hacer en invierno, no busquen más. Hacer una linterna de hielo es fácil, económico y es la oportunidad perfecta para combinar asignaturas. Esta actividad se puede realizar en numerosos lugares: los niños las pueden hacer en casa con sus familias o decorar el porche en invierno, y los centros sociales pueden utilizarlas como decoración en eventos especiales o durante la navidad. Por último, pero no menos importante, en lo que nos centraremos en este artículo: los docentes pueden usarlas como una actividad sencilla para iniciar un proyecto interdisciplinario que incorpore diversas materias como matemáticas, ciencias, ciencias sociales o arte.

En este artículo veremos paso a paso la fabricación de linternas de hielo a la vez que proporcionaremos ideas didácticas para el aula. Fabricar una linterna de hielo es una forma sencilla de  enseñar a los estudiantes las propiedades únicas del agua, los  estados de la materia y los cambios de estado. La profundidad en la que se tratará este tema dependerá de la edad y el curso en el que se encuentren los alumnos, estas actividades están propuestas para niños entre 8 y 12 años. Los niños más pequeños pueden observar que el agua es un líquido y el hielo un sólido, mientras que los alumnos de más edad pueden discutir y explorar, de forma más específica, cuándo se produce este cambio de fase (punto de congelación y punto de fusión).

Esta actividad brinda a los alumnos la oportunidad de salir al aire libre y observar de primera mano cómo funcionan la ciencia y el mundo natural.

Actividad: ¿cómo hacer una linterna de hielo? 

Paso 1: llenar un recipiente de plástico con agua dejando unos 5 cm hasta el borde. Para obtener mejores resultados, se recomienda usar un cubo de 18 litros. Se pueden utilizar otros cilindros para experimentar con nuevas formas y tamaños y comparar los resultados. Si la escuela no dispone de cubos se pueden utilizar garrafas recicladas con la parte superior cortada.

Paso 2: colocar el recipiente con agua en el exterior cuando la temperatura se encuentre bajo 0º C.

Nota: no colocar el recipiente sobre una mesa ya que podría llegar a congelar la superficie.

Paso 3: esperar, esperar y más esperar. La cantidad de tiempo necesaria para que se congele dependerá de la temperatura exterior y el tamaño del recipiente. Estas variaciones las pueden seguir los estudiantes, para más información se recomienda revisar la sección «Aplicación en el aula para esta actividad» de este artículo.

Paso 4: controlar la linterna de hielo mientras se forma. Para mejores resultados, es recomendable comprobar cuál es la previsión del tiempo en la zona. Es importante que no toda el agua se congele puesto que la intención no es hacer un bloque de hielo. El interior de la linterna no tiene que estar congelado, para que se pueda retirar el agua del centro y poner una vela en la cavidad. Primero, el agua de la superficie se congelará, después se podrá observar cómo se forma una pared de hielo alrededor del borde interior del recipiente. Al mirar el cubo desde arriba, se debería de ver una capa de hielo con un anillo en la parte central en el que se encontraría el agua sin congelar. Una vez que la pared de hielo tiene unos 4 o 5 cm de grosor, ya se puede fabricar la linterna de hielo.

Nota: el hielo que se ha formado en la superficie cuando se mira desde arriba será la base de la linterna de hielo.

Paso 5: colocar el recipiente al interior, darle la vuelta en una pila o una bañera y dejar reposar hasta que el hielo se derrita lo suficiente como para desprenderse del recipiente. Se oirá un zumbido cuando el hielo se desprenda de las paredes del recipiente. Para adelantar el proceso se puede echar agua fría sobre el recipiente (nunca agua caliente, ya que esto podría agrietar el hielo).

Paso 6: una vez que la linterna de hielo está fuera del recipiente, se tendrá que hacer un agujero en la parte superior. Se podrá observar una bolsa de agua sin congelar en el centro. Usar un cuchillo, destornillador o cincel afilados para hacer una abertura redonda lo suficientemente larga como para poder insertar una vela. Una vez creada la abertura, se vacía el agua y se introduce la vela.

Paso 7: la linterna está terminada y lista para colocarla en el exterior. Una vez que se encuentre en un lugar seguro, se introduce una vela y se enciende.

Aplicación en el aula para esta actividad (8-12 años)

Ciencias:

Objetivos:

• Identificar los estados de la materia.
• Describir los cambios de estado.
• Recoger y analizar datos (control de temperatura diaria).

Contenido:

Los estudiantes deben tener un conocimiento básico de los diferentes estados del agua (sólido, líquido y gas). Discutir cómo usamos el agua en sus diferentes estados durante nuestra rutina diaria e invitar a los alumnos a que compartan sus conocimientos y experiencias. Hacer que los estudiantes exploren cómo el agua cambia de forma, los cambios de estado y las condiciones que los causan, punto de fusión y punto de solidificación.

Recolección de datos:

Los estudiantes deberán recopilar los datos de la temperatura diaria más alta y baja para establecer el mejor momento para la fabricación de las linternas de hielo, durante 3 o 5 días. Esta actividad se puede hacer entre toda la clase y registrar los datos en una tabla. Otra opción es que los estudiantes recopilen datos sobre las subidas y bajadas de temperatura de una determinada época del año para que puedan predecir el mejor momento para fabricar la linterna de hielo. Al utilizar su conocimiento sobre el punto de congelación del agua podrán analizar los datos que recopilen de las temperaturas diarias para decidir cuándo se podrá llevar a cabo satisfactoriamente la actividad.

(Ampliación: los estudiantes pueden usar el informe meteorológico de años anteriores para predecir el mejor momento para empezar a fabricar las linternas de hielo. Pueden utilizar otras fuentes como periódicos o páginas web).

Una vez que se haya seleccionado el día o la semana, los estudiantes podrán empezar a trabajar en sus linternas de hielo.

Experimenta con el diseño:

Se puede ser creativo y explorar muchas posibilidades en este experimento. Si se trabaja por grupos los estudiantes podrán elegir el recipiente y el lugar idóneos para sus linternas de hielo. Cada grupo deberá hacer observaciones durante la jornada escolar (o jornadas) y recopilar la información.

Posibles variables:

• Tamaño y forma del recipiente.
• Cantidad de agua
• Número de horas.
• Temperatura del exterior.
• Exposición a la luz solar.

Posibles preguntas:

• ¿Cuánto tiempo tardó el agua en empezar a congelarse?
• ¿Cuánto tiempo tardó en formase una pared de hielo?
• ¿Cuánto tiempo tardó el hielo en hacerse lo suficientemente grueso como para hacer una linterna de hielo?

En la conclusión del experimento (una vez que se ha formado el hielo y las linternas ya se puedan fabricar) cada grupo expondrá sus observaciones y resultados a la clase. Se puede incluir un debate sobre la relación entre las variables, por ejemplo, la cantidad de agua, el tamaño del recipiente o el tiempo que tarda en congelarse.

Matemáticas:

Objetivos:

• Convertir las unidades de medida.
• Hacer gráficas e interpretar los datos.

Para incorporar las matemáticas a la actividad de la linterna de hielo, los estudiantes pueden hablar de las unidades de medida, incluyendo las que usen para medir la temperatura. Depende del lugar los alumnos pueden utilizar el registro de temperaturas máximas y mínimas y pasarlas de grados centígrados a grados Fahrenheit, o viceversa. Junto con el experimento de ciencias, los estudiantes pueden hacer gráficos y representar los datos que recopilen mientras hacen supervisiones. Los datos que pueden incluir en el gráfico son los siguientes: momento del día, temperatura o grosor de la pared de hielo.

Ciencias sociales:

Objetivos:

• Definir qué es la cultura.
• Identificar las actividades y culturas invernales.
• Aprender sobre regiones que tengan celebraciones culturales relacionadas con el invierno.

Los estudiantes pueden aprender más sobre las linternas y las esculturas de hielo de todo el mundo. Hay muchos países que disfrutan de sus largos y fríos inviernos celebrando festivales y eventos culturales. Los estudiantes pueden buscar la forma en la que distintas culturas utilizan el hielo en festividades.

Ejemplo: Harbin, una ciudad del norte de China, celebra cada año el Festival del Hielo de Harbin con esculturas de hielo a tamaño real que se mantienen durante más de la mitad del año debido a las bajas temperaturas^[1].

Lengua:

Objetivos:

• Escribir una redacción personal.
• Escribir un informe.

Junto al proyecto de ciencias sociales, pueden hacer informes de investigación, un póster o un folleto turístico con esos datos. También pueden escribir pequeñas historias sobre la nieve y el hielo, contar las tradiciones invernales de sus familias o escribir poesías sobre la belleza del invierno.

Adaptación al clima:

Si el clima no es muy frío no hay problema. Se pueden hacer linternas de hielo pequeñas en el congelador y experimentar con recipientes de diferentes tamaños y formas (evitar el uso de cristal). Incluso se puede usar un globo (conocidas como canicas de hielo).

Kimberly Yates es profesora el en departamento de educación de la Northern Kentucky University imparte clases de educación medioambiental y métodos científicos en cursos de educación primaria.

1. http://www.icefestivalharbin.com