Medir para investigar los cambios del agua
Lo que vas a aprender
- Usar la balanza, la probeta y el termómetro para medir la masa, el volumen y la temperatura del agua.
- Seguir un plan para averiguar si la masa del hielo cambia cuando se derrite.
- Explicar por qué se tapa el vaso y por qué se seca por fuera antes de pesarlo.
- Sacar una conclusión de los datos de una tabla y de una gráfica.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Martín dice: «Cuando el hielo se derrite, el agua pesa menos, porque el hielo es duro». Laura dice: «No, pesa más, porque el agua se riega».
¿Quién tiene razón? Discutir no basta. Hay que medir. Hoy vas a diseñar con tu profe un experimento para averiguarlo.
Explicación
Tres instrumentos
- La balanza mide la masa, en gramos (g).
- La probeta mide el volumen de un líquido, en mililitros (mL). Se pone sobre la mesa y se lee de frente la raya a la que llega el agua.
- El termómetro mide la temperatura, en grados Celsius (°C).
El plan
El grupo de Valeria preparó dos vasos iguales, cada uno con cinco cubos de hielo.
Vaso A, para la masa.
- Pesar el vaso vacío con su tapa.
- Echar el hielo, tapar y pesar otra vez.
- Esperar a que se derrita todo, sin destapar.
- Secar el vaso por fuera con un trapo y pesar otra vez.
- Echar el agua en la probeta y medir su volumen.
Vaso B, para la temperatura. Sin tapa, con el termómetro adentro. Cada media hora leen la temperatura dentro del vaso: al principio, entre los cubos; después, en el agua que va dejando el hielo.
El hielo tarda más que una clase en derretirse. Por eso montaron los dos vasos al empezar la jornada e hicieron las lecturas y la última pesada en otras horas del mismo día.
¿Por qué se tapa el vaso A? Para que no se evapore agua ni caiga nada adentro. ¿Por qué se seca por fuera? Porque el vaso frío se moja con el vapor del aire. Esas gotitas no son del hielo, y la balanza las sumaría.
Cuidado: usa solo el termómetro de líquido rojo. No toques el hielo mucho rato. Si algo de vidrio se quiebra, no lo toques y avísale a tu profe.
Masa del vaso A del grupo de Valeria, con su tapa, en cada momento (datos inventados).
El hielo del vaso A tardó 80 minutos en derretirse todo. En la probeta, el agua llegó a la raya de 100 mL.
En el vaso B, sin tapa, el hielo se acabó a los 70 minutos. Estas son las temperaturas que leyeron:
Temperatura dentro del vaso B cada media hora. El hielo se acabó a los 70 minutos (datos inventados).
La conclusión
La masa con hielo y la masa con el hielo derretido fueron iguales. El agua es la misma: solo cambió de sólido a líquido. No ganó ni perdió nada.
Mientras quedaba hielo, el termómetro del vaso B marcó muy poco, cerca de 0 °C. Cuando el hielo se acabó, el agua se fue calentando con el aire del salón.
Ideas que confunden
«El hielo pesa más porque es duro.» No. La balanza marcó lo mismo antes y después.
«Al derretirse se pierde agua.» En el vaso tapado no se perdió nada.
«Da igual si el vaso está mojado por fuera.» No. Esas gotitas vienen del aire y suman gramos.
Ejemplo resuelto
La masa del hielo
Mira la gráfica del vaso A. Vacío pesaba 160 g y con el hielo, 260 g. ¿Cuánta masa tenía el hielo?
Ver la solución paso a paso
La balanza pesó el vaso y el hielo juntos. Le quitamos el vaso: $260 - 160$
El hielo tenía $100$ g.
Respuesta: El hielo tenía 100 g de masa.
Ejemplo resuelto
Antes y después
El vaso A pesaba 260 g con hielo y 260 g con el hielo derretido. ¿Cuánto cambió la masa? ¿Quién tenía razón, Martín o Laura?
Ver la solución paso a paso
Restamos la masa de después de la de antes: $260 - 260$
La masa cambió $0$ g: no cambió nada.
El agua no pesó ni más ni menos. Es la misma agua, en otro estado.
Respuesta: La masa no cambió. Ni Martín ni Laura tenían razón: al derretirse, el hielo pesa lo mismo.
Ejemplo resuelto
El vaso que nadie secó
El grupo de Tomás hizo lo mismo, pero no secó el vaso por fuera. La balanza marcó 263 g en vez de 260 g. ¿De dónde salieron los gramos de más?
Ver la solución paso a paso
Calculamos cuántos gramos sobraron: $263 - 260$
Sobraron $3$ g.
El vaso frío se mojó por fuera con el vapor del aire, que se condensó. Esas gotitas no eran del hielo.
Respuesta: Sobraron 3 g de gotitas del aire. Por eso hay que secar el vaso antes de pesarlo.
Práctica
El vaso con hielo y el vaso con el hielo derretido pesaron lo mismo. ¿Qué podemos concluir?
Si la masa es igual antes y después, el agua es la misma. Solo pasó de sólido a líquido.
¿Por qué el grupo de Valeria tapó el vaso A?
Si el vaso está destapado, algo de agua se puede evaporar o puede caer polvo. Con la tapa, lo que se pesa es solo el vaso y su agua.
¿Por qué hay que secar el vaso por fuera antes de pesarlo otra vez?
El vaso frío se moja por fuera con el vapor del aire, que se condensa. Esas gotitas no son del hielo: si no se secan, la masa sale mayor.
Mira la gráfica de temperaturas del vaso B. ¿Qué pasó con la temperatura mientras quedaba hielo?
Hasta los 60 minutos el termómetro marcó entre 1 °C y 2 °C. Después de que se acabó el hielo, a los 70 minutos, se fue calentando.
El grupo de Lina pesó su vaso vacío con tapa: 150 g. Con el hielo marcó 230 g. ¿Cuántos gramos de hielo tenía?
Le quitamos al total la masa del vaso: 230 − 150 = 80 g de hielo.
El vaso del grupo de Lina marcó 230 g con hielo y 230 g con el hielo derretido. ¿Verdadero o falso? Al derretirse, el hielo perdió masa.
230 − 230 = 0: la masa no cambió. Es falso. El agua es la misma, solo cambió de estado.
El grupo de Martín no secó el vaso por fuera. La balanza marcó 234 g, pero secándolo marcaba 230 g. ¿Cuántos gramos de gotitas del aire tenía el vaso?
234 − 230 = 4 g. Esas gotitas eran vapor del aire que se condensó sobre el vaso frío.
Mira la gráfica de temperaturas del vaso B. ¿Cuántos grados subió el agua entre los 60 y los 120 minutos?
A los 60 minutos marcaba 2 °C y a los 120 minutos 15 °C. 15 − 2 = 13 grados. Ya no había hielo, y el agua se calentaba con el aire del salón.
Mira la gráfica de temperaturas del vaso B. ¿Cuántos grados más marcaba el termómetro a los 90 minutos que al empezar?
Al empezar marcaba 1 °C y a los 90 minutos 10 °C. 10 − 1 = 9 grados. El 11 sale de sumar.
El hielo del vaso A, tapado, tardó 80 minutos en derretirse. El del vaso B, sin tapa, tardó 70 minutos. ¿Cuántos minutos más tardó el tapado?
80 − 70 = 10 minutos más. La tapa no deja entrar tanto aire del salón, y el aire es el que le pasa calor al hielo.
Reto
¿Con qué instrumento lo mides? Lleva cada medida a su canasta.
La balanza mide la masa, la probeta el volumen y el termómetro la temperatura.
Reto
Abre el candado con los datos del experimento.
Mira las dos gráficas y los ejemplos.
Cierre
En resumen
La balanza mide la masa (g), la probeta el volumen (mL) y el termómetro la temperatura (°C).
Un buen experimento sigue un plan y anota cada medida en una tabla.
Cuando el hielo se derrite en un vaso tapado, la masa no cambia. Es la misma agua, en otro estado.
Antes de pesar, se seca el vaso por fuera, porque las gotitas de afuera vienen del aire.
Mientras queda hielo, el agua se mantiene muy fría, cerca de 0 °C.
Vocabulario
- Balanza
El instrumento que mide la masa, en gramos (g). Dice cuánto pesa algo.
- Probeta
Un vaso alto y delgado con rayitas. Mide el volumen de un líquido, en mililitros (mL).
- Masa
Cuánta materia tiene algo. La medimos con la balanza.
- Volumen
El espacio que ocupa algo. El volumen de un líquido se mide con la probeta.
- Conclusión
Lo que aprendemos al mirar los datos de un experimento.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Lea las ideas de Martín y Laura y haga votar al salón: ¿pesa más, menos o igual? Anote los votos.
- Explicación · 12 min — Muestre la balanza de cocina, la probeta de plástico y el termómetro de alcohol. Lea el plan y pregunte para qué sirve cada paso. Resuelva los tres ejemplos.
- Práctica · 28 min — Cinco cubos tardan más de una hora en derretirse: monte los vasos con los grupos al empezar la jornada (vaso A pesado y tapado, vaso B con el termómetro) y deje en el tablero la hora de cada lectura de temperatura, cada media hora. En esta clase, preguntas y retos con los datos de Valeria. En otra hora del mismo día, cuando ya no quede hielo, secan el vaso A, lo pesan y miden el agua en la probeta. Si solo tiene esta clase, use 2 cubos pequeños por vaso.
- Cierre · 5 min — Compare los resultados con la votación del inicio. Si algún grupo obtuvo una masa distinta, busquen juntos por qué: ¿secaron el vaso?, ¿lo destaparon?
Preguntas para el salón
- Si destapamos el vaso y lo dejamos dos días en la ventana, ¿la masa seguirá igual? ¿Por qué?
- ¿Qué pasaría con la masa si metemos el agua del vaso en el congelador y se vuelve hielo otra vez?
- ¿Por qué los dos vasos tenían que ser iguales y con la misma cantidad de hielo?
Errores típicos
- Creer que el hielo pesa más (o menos) que el agua en que se convierte. Hagan el experimento con el vaso tapado y lean juntos la balanza antes y después.
- Creer que las gotitas de afuera del vaso se salieron del vaso. Pese el vaso mojado y luego seco: la diferencia son gotitas del aire. Recuerde la lección del vapor.
- Creer que al derretirse se pierde agua. Mida el agua en la probeta y compárela con la de otros grupos que usaron la misma cantidad de hielo.
- Leer la probeta desde arriba o con la probeta en la mano. Pida que la pongan sobre la mesa y bajen los ojos hasta la raya del agua.
Tarea sugerida
Con un adulto, si hay una balanza de cocina en casa, pesar una bolsa cerrada con tres cubos de hielo, esperar a que se derritan y volver a pesarla después de secarla por fuera. Anotar los dos números y escribir qué se concluye.