Planifica la Investigación 13

El aire es nuestro ejemplo más familiar del estado de la materia que llamamos gas. Vivimos inmersos en él y dependemos de él para seguir vivos. También es invisible, no es especialmente tangible y puede ser un reto investigarlo. Pero, al igual que los sólidos y los líquidos, el aire es materia. Tiene peso (más de lo que imaginamos), ocupa espacio y está compuesto por partículas demasiado pequeñas y demasiado separadas para verlas. El aire, una mezcla de gases, comparte propiedades con el vapor de agua, la forma gaseosa del agua que forma parte del aire. Entender el aire nos ayuda a entender el vapor de agua.

¿Pueden tus alumnos utilizar datos para razonar que el aire es materia?

Las anotaciones del cuaderno contienen evidencias de que los alumnos pueden utilizar sus datos de observación para hacer afirmaciones de que el aire ocupa espacio y tiene peso y, por tanto, es materia.

Utiliza estos criterios para guiar tu interpretación del trabajo de los alumnos:

El siguiente paso podría ser una discusión de experiencias de la vida cotidiana que proporcionen una evidencia similar de que el aire ocupa espacio y tiene peso. Por ejemplo, poner aire en un neumático empuja el neumático hacia afuera ya que el aire llena el espacio y aumenta el peso.

Las investigaciones de los estudiantes sobre los sólidos y los líquidos proporcionaron evidencia de que estos materiales tienen peso y ocupan espacio y, por lo tanto, son materia. Ahora los estudiantes buscan pruebas de que el aire (un gas) tiene peso y ocupa espacio y también es materia. Esta investigación es la primera de una secuencia de cuatro en la que los alumnos investigan las propiedades del aire. A pesar de que podemos movernos libremente por el aire, los alumnos establecen que el aire ocupa espacio mientras manipulan un sistema de jeringuillas acopladas. A través de una convincente demostración con un globo, también se establece que el aire tiene peso.

Al final de esta investigación los alumnos tendrán pruebas de que el aire ocupa espacio, tiene peso y, por tanto, es materia. Los alumnos se introducirán en la idea de que el aire está compuesto por partículas demasiado pequeñas y demasiado separadas como para verlas.

Objetivos de aprendizaje

• Comprender que el aire ocupa espacio, tiene peso, y es materia compuesta por partículas demasiado pequeñas y demasiado separadas para verlas

Materiales y Preparación

Preparación:

• Corta doce trozos de 16 pulgadas de largo de la bobina de tubo de plástico transparente de 1/4 de pulgada
• Monta dos juegos de globos dobles de 16 pulgadas. Un globo doble es un conjunto de dos globos, con un globo insertado en el otro globo. Deslizar los globos sobre el extremo de la goma de borrar de un lápiz ayudará a insertar un globo dentro del otro.
• Presiona un tapón de goma firmemente en la punta de la bomba de globos (Ver foto).
• Practica usando la bomba de globos para inflar y atar un globo doble. Sólo hay que atar el globo interior. Utilice una mano para apretar los globos contra el tapón de goma. Con la otra mano, utilice un movimiento rápido y continuo del mango de la bomba para inflar el globo doble hasta un tamaño casi máximo.
• Equilibre perfectamente una balanza de doble platillo que tenga un globo doble sin inflar en cada platillo.

Nota: Si no puedes utilizar globos de látex en tu aula, mira el vídeo Balloons on a Pan Balance online en inquiryproject.terc.edu, Grade 5 curriculum, Resource Quick Links o Investigation 13.

Para la clase:

• Coloca la pregunta de investigación en un lugar donde todos los alumnos puedan verla.
• Hoja de puntos 2 (Ver enlaces rápidos de recursos)
• 1 balanza de doble platillo, perfectamente equilibrada con un globo doble sin inflar en cada platillo
• 1 globo bomba con el tapón de goma insertado en la punta
• 2 juegos de globos dobles de 16 pulgadas
• Vídeo de globos en una balanza de platillo

Para cada grupo:

• 2 tramos de 16in de tubos de plástico transparente de 1/4 de pulgada
• 4 jeringas de 12cc

Carto conceptual

El dibujo conceptual El aire tiene peso se suele utilizar como evaluación formativa al final de esta investigación.

Revisión

Revisa algunas de las ideas importantes sobre el hielo, el agua y las partículas.

• Cuando un recipiente de agua se congela, o un recipiente de hielo se derrite, el peso sigue siendo el mismo.
• Usamos el peso para medir y rastrear la cantidad de materia.
• Cuando el agua se congela, su volumen aumenta.
• Cuando el hielo se derrite, su volumen disminuye.
• Cuando el agua se congela o el hielo se derrite, las propiedades cambian pero el material no.
• El hielo y el agua son estados diferentes del mismo material.
• La condensación se forma a partir del vapor de agua en el aire.
• La condensación es el proceso inverso al de la evaporación.
• Los científicos creen que toda la materia está formada por partículas demasiado pequeñas para verlas.
• En el hielo, las partículas están bloqueadas, incluso cuando vibran, y mantienen su forma.
• En el agua, las partículas se deslizan y chocan entre sí, y adoptan la forma de su recipiente.

Pregunta a los alumnos si quieren hacer alguna adición o cambio.

Lanza el nuevo hilo

Explica que los alumnos están a punto de pasar cuatro clases de ciencias investigando el aire. Cuando las partículas están agrupadas, podemos ver la materia y utilizar nuestras herramientas de clase para medir el peso y el volumen. Cuando las pequeñas partículas están separadas, no podemos verlas. El vapor de agua es un ejemplo de un material cuyas partículas diminutas están separadas, por lo que no podemos verlas. El aire es otro ejemplo. El aire es en realidad una mezcla y el vapor de agua forma parte del aire.

La pregunta de investigación de hoy es:

¿Es el aire materia?

Los alumnos han medido el peso y el volumen de materiales sólidos y líquidos, y han establecido que son materia. Hoy los estudiantes utilizan algunas herramientas nuevas mientras buscan pruebas para determinar si el aire es o no materia.

Explora el aire en un sistema cerrado

Pares 10 Mins Cuaderno

Antes de distribuir los tubos y jeringas, recuerda a los alumnos que si el aire es materia, tiene que ocupar espacio. Una pregunta es:

¿El aire ocupa espacio?

¿Qué posiciones adoptan los alumnos? Asegúrese de escuchar a los alumnos con posiciones en cada lado de la pregunta. Pida a los alumnos que hagan una afirmación y que aporten las pruebas o razonamientos en los que se basa su afirmación.

Dé a cada pareja de alumnos dos jeringuillas y un tubo de plástico transparente de 16 pulgadas de longitud, para que monten el siguiente sistema:

• Ponga el émbolo de cada jeringa en el centro de su barril (la línea de 6 cc).
• Ponga un extremo del tubo de plástico transparente en la punta de cada jeringa.

Describa este montaje como un sistema.

¿Cuáles son los componentes de este sistema?
• Las 2 jeringas, el tubo y el aire.
¿Crees que es un sistema abierto o cerrado?
• Al igual que el sistema de 2 botellas, las jeringas conectadas forman un sistema cerrado. Nada puede entrar o salir una vez que el sistema se ha configurado.
¿Cómo describimos el límite (bordes exteriores) de este sistema?
• El exterior de los tubos y jeringas.

Haga que los alumnos exploren el sistema. No se necesita más de un minuto o dos para que los estudiantes exploren cómo funciona el sistema. Se trata de que experimenten una situación en la que el aire ocupa claramente un espacio.
• ¿Qué sucede cuando empujas un émbolo muy lentamente mientras no tocas el otro émbolo?
• ¿Qué sucede cuando empujas un émbolo muy rápidamente mientras no tocas el otro émbolo?
• ¿Encuentras evidencia de que el aire ocupa espacio?

Recoge las jeringas mientras los estudiantes escriben una respuesta en la página de sus Cuadernos de Ciencias.

Pesa los globos

Toda la clase 15 minutos Cuaderno

El peso del aire

Si sacas una taza de agua de una olla grande puedes sentir su peso. Si vuelves a verter esa agua en la olla, no esperarás que ese peso haga que el agua se hunda hasta el fondo de la olla y se quede allí, como si fuera una roca. El agua de la taza se mezclará con el resto del agua y se desplazará por ella como si no tuviera peso, porque tiene la misma densidad que el agua de la olla.

Por la misma razón, cualquier cantidad específica de aire en la atmósfera parece no tener peso. Sin embargo, el aire sí tiene peso. La presión atmosférica, de la que oímos hablar en los informes meteorológicos, es el resultado del peso del aire. Dado que vivimos con la presión del aire a nuestro alrededor, e incluso dentro de nosotros (por ejemplo, los pulmones), no la percibimos. Incluso las balanzas no perciben el peso del aire, porque están completamente rodeadas por la presión del aire.

Una forma de demostrar que una muestra de aire tiene peso es hacerla más densa que el aire circundante. En ese caso, la muestra se hundirá en la atmósfera. El aire frío es más denso que el aire caliente; hay más partículas empaquetadas en cada centímetro cúbico. Abra la puerta del congelador y sentirá cómo el aire frío se derrama hacia el suelo. El aire comprimido es más denso que el aire sin comprimir, con más partículas empaquetadas en cada centímetro cúbico.

¿Por qué un globo doble?
Un globo se resiste a ser estirado, por lo que al inflarse comprime las partículas de aire más juntas, haciendo que ese aire sea más denso que el aire no comprimido de la habitación. Un globo doble ofrece aún más resistencia a ser inflado, y comprime las partículas de aire aún más juntas, haciendo que el aire encerrado sea lo suficientemente denso como para que una cantidad del tamaño de un globo incline la balanza del platillo.

Es posible que los alumnos no necesiten tanta información. La demostración habla por sí misma.



Recuerda a los alumnos que si el aire es materia, debe tener peso. Una pregunta es:

¿El aire tiene peso?

• No, no se puede sentir el aire y no se registra en una balanza.
• Sí, porque mi balón de fútbol se siente más pesado después de inflarlo con aire.

¿Qué posiciones toman los estudiantes? Asegúrese de escuchar a los estudiantes con posiciones en cada lado de la pregunta. Pida a los alumnos que hagan una afirmación y que aporten las pruebas o el razonamiento en el que se basa su afirmación.



Muestre a los alumnos los globos dobles sin inflar colocados en cada lado de la balanza de platillo doble. Señale que los dos lados se equilibran y que, por tanto, hay pesos iguales en ambos lados. A continuación, pida a los alumnos que imaginen que los globos de un lado de la balanza están inflados.

• ¿Qué observaremos si el aire no pesa nada?
• ¿Qué observaremos si el aire sí tiene peso?

Utiliza la bomba de globos (con el tapón de goma) para inflar un juego de globos doblados hasta su tamaño total. El uso de una bomba de globo para inflar un globo evita la adición de humedad de sus pulmones en el globo, lo que a su vez ayuda a establecer el hecho de que el aire «seco» tiene peso.


Ate la abertura del globo interior y devuelva el globo doble inflado a la balanza de doble platillo. El platillo con el globo doble inflado se moverá hacia abajo.
¿Tenemos pruebas de que el aire tiene peso?
Los alumnos anotan sus respuestas en la página de sus Cuadernos de Ciencias.
Significar
Toda la clase 10 Mins
Nota: Los alumnos pueden afirmar que el aire tiene peso y ocupa espacio sólo cuando está en un recipiente. ¿Tiene sentido que el peso y el volumen desaparezcan una vez que el sistema cerrado está abierto? El peso y el volumen del aire son más fáciles de percibir y medir cuando está en un sistema cerrado y por eso hemos utilizado los globos en esta investigación.
Propósito de la discusión
El propósito de esta discusión es ayudar a los alumnos a dar sentido a los resultados de las experiencias de hoy, que proporcionan evidencia de que el aire tiene peso y ocupa espacio. Los alumnos pueden sentir que los resultados de hoy están en conflicto con otras experiencias que han tenido con el aire. Centre la discusión en la pregunta de investigación: ¿Es el aire materia?
Entretenga a los estudiantes en la pregunta de enfoque?
¿Es el aire materia o no?
• ¿El aire ocupa espacio? Cuál es tu evidencia?
• ¿El aire tiene peso? ¿Cuál es tu evidencia?

Afirmación o posición: El aire ocupa espacio:

• Cuando tomo una gran bocanada de aire, mi pecho se expande.
• Un globo inflado ocupa más espacio que un globo sin inflar.

Afirmación o posición: El aire no ocupa espacio:

• Puedo caminar por el aire. (También podemos caminar a través del agua, pero estamos de acuerdo en que el agua ocupa espacio.)
• Cuando un aula está «llena» de aire, ¿cómo puede haber espacio para que los alumnos entren en ella? (A diferencia de las jeringuillas, el aula es un sistema abierto; cuando los alumnos entran, empujan parte del aire hacia fuera.)

Afirmación o posición: El aire tiene peso:

• Cuando añadimos aire a un conjunto de globos la balanza bajó por el lado con el globo inflado.

Afirmación o posición: El aire no tiene peso:

• Las balanzas no registran el peso del aire.
• No podemos sentir el peso aunque haya mucho encima de nosotros.

Resumir la discusión y recapitular la investigación

Resumir los argumentos de cada posición. Ver si hay consenso para el argumento de que el aire ocupa espacio y tiene peso, y por tanto, es materia.

Pensar en el aire como materia, lo que lo sitúa en la misma categoría que la arena, la grava y el agua de los minilagos, puede requerir un ajuste en nuestro pensamiento.

Recuerda a los alumnos la sal disuelta. Es fácil pensar en la sal como materia, pero incluso después de que las partículas de sal se volvieran demasiado pequeñas y estuvieran demasiado separadas como para verlas, la sal mantuvo su peso y siguió ocupando espacio: mantuvo su clasificación como materia. Esta puede ser la conexión más fuerte que los alumnos pueden hacer entre el aire y otra sustancia que aceptan como materia.

Reitere el concepto de que el aire tiene peso y ocupa espacio, y por tanto es materia. La razón por la que no podemos ver el aire es porque las partículas son diminutas a una escala difícil de imaginar y están muy separadas. En un día ventoso, nos resulta más fácil percibir la presencia del aire.

El aire tiene peso

Aprende sobre los dibujos animados conceptuales en la sección de dibujos animados conceptuales disponible en la barra lateral.Haciendo clic en la pestaña de evaluación en la parte superior de la página de inicio del plan de estudios de 5º grado.

Este dibujo animado está diseñado para sondear las ideas de los estudiantes sobre el peso como una propiedad del aire. Tres personajes de los dibujos animados ofrecen explicaciones de por qué es más difícil patear un balón de fútbol desinflado que un balón lleno de aire. Pida a los alumnos que le sigan mientras usted lee en voz alta las indicaciones de los dibujos animados. Recuerde a los alumnos que deben responder a los pros y los contras de cada idea. Las respuestas de los alumnos le permitirán comprender la evidencia de que el aire tiene peso y es materia. Esta evaluación le ayudará a decidir si la clase en su conjunto o los individuos están listos para seguir adelante o si se beneficiarían de un repaso o de una experiencia adicional con las actividades del aula.