Grúa hidráulica

Durante la experiencia, los niños construyeron y exploraron un modelo sencillo de grúa hidráulica, utilizando jeringas interconectadas mediante mangueras y un sistema con agua.

Al ejercer una fuerza sobre el émbolo de una de las jeringas, pudieron observar el desplazamiento del émbolo de la jeringa conectada y, como consecuencia, el movimiento de una de las partes de la grúa.

La propuesta permitió aproximarse, mediante la experimentación, al concepto de transmisión de fuerzas a través de un fluido contenido en un sistema cerrado, favoreciendo la relación entre la acción ejercida sobre el sistema y el movimiento producido.

El funcionamiento de la grúa hidráulica se fundamenta en el Principio de Pascal.

Una variación de presión aplicada a un fluido prácticamente incompresible y confinado en un sistema cerrado se transmite íntegramente en todas las direcciones y a todos los puntos del fluido y de las paredes del recipiente que lo contiene.

En el modelo construido, al ejercer una fuerza sobre el émbolo de una jeringa, se genera un aumento de presión en el agua contenida en el sistema. Esta variación de presión se transmite a través del fluido hacia la segunda jeringa, provocando el desplazamiento de su émbolo. Este movimiento puede utilizarse para accionar el mecanismo de la grúa.

Pueden volver a conectar dos jeringas mediante una manguera llena de agua y dejar que los niños experimenten libremente.

Preguntas para acompañar la observación:

• ¿Qué pasa con esta jeringa cuando empujo la otra?
• ¿Qué creen que está pasando dentro de la manguera?
• ¿Puedo mover una jeringa sin tocarla directamente?
• ¿Qué sucede si empujo despacio? ¿Y si empujo más rápido?

Una experiencia interesante es comparar dos jeringas cerradas: una con aire y otra completamente llena de agua.

Tapando la salida de cada una, pueden intentar presionar suavemente el émbolo.

La observación esperada es que el aire puede comprimirse bastante más, mientras que el agua prácticamente no. Esta propiedad se presenta como incompresibilidad: el volumen del agua cambia muy poco cuando ejercemos presión sobre ella.

Pueden armar el mismo circuito de la grúa dejando intencionalmente una pequeña cantidad de aire atrapada en la manguera.

Luego, pueden accionar la jeringa y observar qué sucede con el movimiento de la otra.

Preguntas para acompañar la observación:

• ¿La otra jeringa se mueve de la misma manera?
• ¿Qué diferencias encontramos respecto al circuito lleno de agua?
• ¿Qué creen que está pasando dentro de la manguera?
• ¿Qué sucede con el aire cuando empujamos la jeringa?

A partir de esta experiencia, se puede introducir la idea de que el aire puede comprimirse, mientras que el agua es prácticamente incompresible.

Después del taller pueden mirar fotografías o videos de máquinas reales e intentar descubrir cuáles utilizan sistemas hidráulicos.

Algunos ejemplos vinculados con el material trabajado son: excavadoras, grúas, camiones volcadores, frenos y elevadores.

¿Dónde está la hidráulica?

Miren las imágenes y busquen qué parte de cada máquina se mueve. ¿Se parece en algo a nuestra grúa?

La construcción de la grúa también puede aprovecharse para trabajar una idea central de la educación STEM: una primera solución no siempre funciona perfectamente.

Probar también es aprender. Ante un problema, invitamos a los niños a observar y formular hipótesis:

¿Qué pasó? — ¿Qué podríamos cambiar? — ¿Cómo podríamos mejorarlo?

Por ejemplo, pueden investigar qué ocurre si:

• queda una burbuja de aire en la manguera;
• empujan la jeringa más o menos;
• cambian el objeto que intenta levantar la grúa;
• agregan un poco más de peso;
• accionan las jeringas de diferentes maneras;
• construyen la estructura de la grúa utilizando otros materiales.

No es necesario anticipar la respuesta correcta. Observar, probar, comparar y explicar lo que creen que ocurrió forma parte de la actividad.

Proponer una pequeña investigación: ¿Cuánto puede levantar nuestra grúa?

Seleccionen varios objetos pequeños del aula, ordénenlos de aquellos que creen que serán más fáciles de levantar a los más difíciles y prueben uno por uno.

Antes de cada prueba, los niños pueden votar:

¿Lo levantará? Sí / No

Después pueden registrar el resultado con dibujos, palabras o una tabla sencilla.

¿Qué necesitaba nuestra grúa para moverse?

¿Qué hacía el agua dentro de las mangueras?

¿Qué pasaría si las jeringas no estuvieran conectadas?

¿Dónde vimos máquinas parecidas?

¿Qué tuvimos que cambiar cuando algo no funcionó?