Planificar, construir, probar y documentar una protección costera óptima con alumnos en el tanque de olas

A partir del último experimento en el proyecto sobre sismos – la fabricación de un sismógrafo con los materiales domésticos más sencillos – tenemos que preguntarnos junto con los alumnos: ¿qué límites en la evaluación y comparabilidad de los sismogramas producidos podemos reconocer? En la reflexión queda claro: la falta de un motor y el guiado manual del papel, la velocidad de paso así variable es el principal problema. A partir de ahí, se puede elaborar una comprensión básica de la validez.

Nach dem Erdbebentisch und Experimentieren mit dem Verhalten unterschiedlicher Bauformen unter seismischen Bedingungen bauten wir zunächst mit Schülern einen simplen Seismografen. Dabei wurden aber auch Grenzen in der Durchführung von Experimenten deutlich. Die gilt es zunächst herauszuarbeiten.
Exposición de nuestros sismógrafos y sismogramas creados – primero hay que reflexionar sobre los puntos débiles de las máquinas y la ejecución del experimento

Proporcionar una comprensión básica de la validez de un experimento

Una investigación es válida si lo que se iba a medir se midió realmente o si los datos recogidos describen realmente las cuestiones que se iban a investigar.

Para nuestra experimentación, esto significa que tenemos que hacer observaciones en condiciones lo más controladas posible. Esto significa que se suele crear un entorno (parcialmente) “artificial” (por ejemplo, en un laboratorio), porque no se pueden controlar completamente las condiciones del entorno natural. Si no se pueden controlar todas las condiciones ambientales (“factores”) o si el experimento no es posible en el laboratorio, se intenta controlar el mayor número de factores posible y tomar conciencia de los factores desconocidos.

En un experimento, sólo se examina un factor a la vez. Todos los demás factores se mantienen igual. Si es posible, se cambia varias veces el factor a examinar para poder deducir de los diferentes resultados si la hipótesis era correcta o no. Un control puede ser una ejecución en la que se omite el factor que se busca o en la que se utiliza un valor conocido para este factor. Un experimento debe ser repetible y verificable para que otros científicos también puedan convencerse de que han llegado al mismo resultado en las mismas condiciones iniciales. Por lo tanto, un experimento debe ser registrado con mucha precisión.

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Ahora queremos observar los puntos débiles de nuestros sismógrafos y de los experimentos con ellos, tal y como se reflejaba al principio, en un nuevo experimento, tratando de llevar a cabo un experimento relevante para los terremotos, pero esta vez con mayor precisión. Estamos construyendo un tanque de olas en el que estudiaremos los efectos de olas fuertes, como las de un tsunami, en regiones costeras protegidas, innovando diversas construcciones y estudiando sus efectos, su eficaz y su relación costo/ beneficio.

Primero: ¿qué es un tanque de olas? Este breve vídeo ofrece información de fondo. Sin embargo, al igual que con la construcción de nuestro sismógrafo, queremos mantener a los estudiantes en la oscuridad sobre los hallazgos en el vídeo por el momento. ¡Sí, lo mostraremos en clase, per mucho más adelante, cuando hayamos completado nuestros propios experimentos y hayamos asegurado nuestros resultados!

Planificación de la construcción de un tanque de olas

Para ahorrar costes, construimos nuestro tanque con vidrio de 3 a 6 milímetros de grosor. Pegamos el vidrio con cola de vidrio y sellamos todos los bordes con silicona.

Aquí tiene un plano muy provisional, además le he dejado una plantilla profesional de JBA trust Tanks en la Universidad de Edimburgo aquí.

Deberá construir el depósito unos días antes y comprobar exhaustivamente que no haya fugas antes de utilizarlo en el aula. También tenemos que hacer la pared para separar el compartimento para medir el exceso de agua y la rampa para simular la zona de playa. Estos elementos podemos construir con mortero. Hacemos un agujero en el fondo del compartimento para medir el exceso de agua con el taladro de vidrio. Para ello, tenemos que pensar de antemano en cómo queremos sellarlo temporalmente después durante los experimentos. La manera más sencilla, no la más bonita, es sostener el vaso colector bajo el agujero durante el experimento.

Para empezar, repetimos los conocimientos básicos sobre el agua y las olas

Pero antes de poner en marcha el tanque de olas, primero conservamos una ola en cámara lenta en una botella, observamos y analizamos su movimiento.

Para ello, mezclamos dos tercios de aceite con agua en botellas, nos aseguramos de llenarlas hasta arriba para que salga todo el aire y las cerramos bien.

Welle in Flasche, Physikunterricht an Deutscher Schule in Chile. Wir wollen verstehen, dass nicht das Wasser sich bewegt, sondern der Wind Wasserpartikel anstösst und die Energie sich in Wellen fortpflanzt.
Ola en un frasco, puede realizarse igual de bien con botellas

Esta es una excelente oportunidad para repasar brevemente los conocimientos básicos e introducir el posterior experimento más exigente con el tanque de olas con un juego. Aquí puedes encontrar una planificacion corta completa para el juego Wave in a Bottle.

Pregunta intermedia: ¿se mueve el agua con la ola? ¿Cómo comprobar, que la ola mueve energía pero no masa? Genere algunas olas y coloque un modelo de una boya en el tanque de olas (corcho con alambre). Qué observamos? Qué significa? Luego siéntase en círculo con los niños y forma una ola como en el estadio de fútbol. ¿Cómo se compara con la ola de agua?

Aquí surgen nuevas preguntas: ¿cómo surgen las ondas de agua y cómo interactúan los elementos entre sí?

Tras los juegos de inicio, se descubre el tanque de olas. Paralelamente, se puede proyectar en una pantalla lo más grande posible un vídeo de una impresionante ola de desembarco de un tsunami con sonido.

La ola del tsunami de la erupción volcánica del Hunga Tonga a mediados de enero de 2022 llega a Chile

¿Qué formas utiliza la naturaleza para protegerse de los efectos del agua?

¿Qué construcciones utilizamos para proteger nuestras costas de las fuerzas del oleaje? ¿Dónde podemos encontrar ejemplos de la resistencia de la materia al agua? ¿Cuáles son algunos ejemplos? Recogemos ideas.

Como ayuda, se pueden mostrar, describir e interpretar las imágenes de un antiguo libro ilustrado Urformen der Kunst. ¿Qué ves aquí? Se muestran fotografías de plantas y partes de plantas, algunas de ellas muy ampliadas. ¿Cuál es la función de estas partes de la planta? ¿Cómo cambian y por qué?

¿Qué formas dominan? ¿Cómo están dispuestos los formas? ¿La forma tiene una función?

¡Manos a la obra! Planificamos y construimos elementos de construcción para la protección del litoral

¿Cómo integrar las observaciones realizadas y debatidas en el diseño de posibles elementos de protección contra las olas? Nuestro objetivo: un posible cruce mínimo de agua en la zona costera simulada con un movimiento de olas uniforme de 5 olas en el tanque de olas. Debatimos, desarrollamos, dibujamos y producimos elementos de construcción en trabajo de equipo.

Para producir nuestras soluciones experimentales podemos utilizar ladrillos de LEGO, o podemos utilizar mortero de secado rápido. La ventaja de los ladrillos LEGO es que pueden utilizarse experimentalmente en el tanque de olas inmediatamente en el mismo día. Sin embargo, hay que comprobar de antemano si es posible, con la longitud de los ladrillos, cerrar el tanque de olas exactamente en su anchura.

Los alumnos trabajan en parejas sobre diferentes objetos de construcción. Para ello, hay que medir el tanque y construir con LEGO, o modelar moldes de cartón para modelar y desarrollar los objetos con mortero. Catalogamos los componentes resultantes y calculamos su volumen material. El profesor observa, resuelve las dudas y responde a las preguntas.

La ventaja de trabajar con mortero es que en este caso los alumnos tienen que ser realmente precisos en los detalles y encajar exactamente. La desventaja, sin embargo, es que hay que programar el proyecto durante 2 días, porque incluso mortero de secado rápido necesita 24 horas para secarse.

No sólo porque el tanque de olas se llena y se vacía, sino sobre todo si se opta por utilizar mortero en lugar de LEGO, es una buena idea hacer el proyecto en el laboratorio del colegio, la sala de artes, o al aire libre en el patio. El último tiene la ventaja de que puedes utilizar no sólo las imágenes del libro para estudiar las formas de las plantas, sino también plantas reales.

Realización del experimento – Instalamos, observamos y medimos

Tras la fase de construcción, trabajamos juntos en los experimentos en el tanque de olas. Para ello, cada grupo observa el comportamiento de las olas sobre los objetos de construcción elaborados por todos sus compañeros.

Después de cada breve medición de la cantidad de agua sobrante y de la evaluación de las observaciones, el grupo correspondiente anota sus resultados en su hoja de observación y medición.

Al final de la medición de todas las construcciones y de la puesta en común de todos los resultados, los alumnos priorizan sus construcciones según tres criterios en una matriz: Eficacia de la construcción, sostenibilidad medioambiental y coste económico. Publicamos los diagramas y compartimos nuestros hallazgos.

Evaluación conjunta

Luego vemos el vídeo del Wave Tank de la Universidad de Edimburgo. ¿Cómo se relacionan nuestros resultados con los de los científicos? ¿Tenemos ideas similares y sacamos conclusiones parecidas? ¿Por qué (no)? Al final recogemos todos los materiales, protocolos y los exponemos junto a los sismógrafos que hicimos antes.

Por favor, tenga en cuenta que este proyecto está todavía en fase de planificación. Sólo puedo añadir fotos y detalles de la realización aquí más tarde.

Para concluir la unidad, lo siguiente es bastante concebible: Muestra a los niños un auténtico estudio científico y actual que trate sobre las olas del agua. Como éste, por ejemplo. Este estudio muestra a un nivel matemáticamente complejo que la energía cinética y la duración de las trayectorias de las partículas son mayores cerca de la superficie y disminuyen al aumentar la profundidad.

Por supuesto, no se trata de que los niños entiendan o comprendan matemáticamente esto. Sin embargo, impresiona, crea una pequeña ventana a un mundo oculto y muestra la importancia de las altas matemáticas en el mundo científico. Quizá sea un buen final para una lección muy orientada a la práctica.

Podría añadir unas clases más con el tanque de olas y dejar que los estudiantes trabajen en una solución para el transporte de barcos en los canales con relativamente poco esfuerzo. Aquí hay un video sobre esto. También podrías experimentar con los alumnos y mostrar cómo generar electricidad a partir de las olas con unas pocas modificaciones.

¿Te ha sido útil?

Gracias por tu feedback.

1 thought on “Planificar, construir, probar y documentar una protección costera óptima con alumnos en el tanque de olas”

  1. ¡Me encantaría hacer este experimento con mi hijo! Es una gran manera de hacer que la ciencia sea divertida y accesible para los niños. Me gusta cómo se enfoca en la observación y la reflexión en lugar de simplemente seguir un conjunto de instrucciones. ¡Gracias por compartir!

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