La ciencia ¿La nueva religión del S.XXI?

La ciencia ha ayudado a mejorar nuestra calidad de vida. Desde el aumento de la calidad de vida hasta el desarrollo de nuevas tecnologías son consecuencias de la investigación científica. Todos estos logros nos han llevado a vivir un optimismo hacia todo lo que venga de este campo. Con solo ver la televisión, veremos cantidad de anuncios que utilizan supuestos estudios científicos para vender un producto.

Ahora bien ¿es buena esta situación?

A mi me gusta empezar mis clases planteando a mis alumnos la siguiente pregunta : ¿qué es la ciencia? Aquí hay múltiples definiciones, la mayoría muy optimistas. Pero siempre hay un par de términos que de una manera u otra aparece:

  • La observación. Y es que  parece claro es que la ciencia se basa en la observación.
  • La ciencia es la búsqueda de la VERDAD. Como si fuese el único conocimiento válido fuese el científico.

El último punto es el realmente preocupante, y el que me lleva a escribir esta entrada.

La ciencia se basa en la observación y ,a partir de la observación, elabora modelos. Un modelos es un intento de comprender algo que ocurre en la naturaleza. Si queremos entender como es el átomo recurrimos a modelos, podemos modelar un átomo como mejor nos convenga; pero ,eso sí, debe ir de acuerdo con la observación. Dalton, Thompson, Ruhterford, Bohr… elaboraron modelos para explicar como es el átomo . Cada uno de estos modelos fueron válidos hasta que la observación los refuta. Algunos de estos modelos finalmente derivan en el desarrollo tecnológico y en la mejora de nuestra calidad de vida. La mayoría de la tecnología actual , por ejemplo,  sería impensable sin el desarrollo de los modelos cuánticos.

Ahora bien, un modelo no tiene porque ser científico para funcionar. A los vikingos les valía pensar que los rayos eran producto de un  dios Thor enfadado. Para un niño de 5 años el modelo terraplanista es perfectamente válido, a fin de cuentas no va a hacer grandes viajes y la tierra que pisamos parece plana. El modelo geocéntrico tardó tanto tiempo en perder validez porque podía predecir el movimiento de los astros (aunque las predicciones en ocasiones eran muy complejas y cogidas por pinzas).

Creo que para hacer ciencia hay que dejar muy claro esto. La ciencia no estudia LA VERDAD. La ciencia hace modelos en base a observaciones.

Cuando se les explica a los alumnos algo de mecánica cuántica casi siempre se plantean la misma pregunta: Entonces ¿Cómo es en realidad un átomo? La respuesta a esta pregunta no es nada fácil, pero si intentamos imaginar un átomo desde nuestra experiencia vamos a encontrarnos multitud de problemas conceptuales, pues muchas de las conclusiones de la cuántica parecen contradecir el sentido común. Y es que la mecánica cuántica es  un modelo que tiene unos resultados experimentales que se ajustan bastante bien .

Si caemos en el error de creer que la ciencia nos dará la verdad, estaríamos convirtiendo la ciencia en algo que no es. Corremos el riesgo de convertir a la ciencia en la nueva religión del siglo XXI.  Si no somos conscientes de sus limitaciones, podemos esperar que la ciencia cosas que no puede darnos.

 

El bottle flip challenge como aplicación didáctica

 

Hace ya algunos meses internet se llenó de una serie de vídeos que se hacen llamar»bottle flip challenge» ( o el reto de la botella). Este reto consiste en:

  1. Coger una botella de plástico y llenarla a la mitad aproximadamente.
  2. Lanzar la botella dando vueltas sobre sí misma
  3. Intentar que la botella caiga de pie.

Ahí van algunos vídeos para los que no lo hayáis visto nunca.

 

Resulta que este reto se ha convertido en viral. A un ritmo asombroso se convirtió en el último juego de moda, muy por encima de la amplia gama digital que nos ofrecen las tecnologías de hoy día. Cualquiera podía tener a mano una botella con algo de agua y cualquier momento es bueno para intentar superar este reto.

Por otra parte, aquellos que no compartimos ese afán por deja la botella en pie de esa manera tan aparatosa, miramos con asombro la de tiempo dedicado a tan vana tarea. Como ya comenté anteriormente desde la perspectiva de un docente podemos encarar el tema desde dos perspectivas: prohibiéndo y crucificando esta moda o intentando utilizarla para enseñar algo. Esto nos lleva a plantearnos los siguiente cuestión

¿Qué se puede aprender de «El reto de la botella»?

Para responder a esta pregunta antes tendremos que conocer una magnitud que se conoce en Física como «Momento de fuerzas» o «torque». Esto momento de fuerzas aparece cuando aplicamos una fuerza en un cuerpo en un punto diferente de su centro de gravedad. Os animo a repetir el siguiente experimento: coged cualquier objeto a mano, con un dedo aplicad una fuerza en cualquier sitio diferente de su centro de gravedad. Si lo estáis haciendo bien el objeto empezará a rotar , y quizás a desplazarse. En lenguaje matemático al momento de fuerzas se escribe como render, y ocurre que:

ecuacion1

alfa es la aceleración angular.  En otras palabras se trata de la aceleración con la que el objeto da vueltas ¿Qué es I?

Ajam, aquí llegamos al punto interesante. I es lo que se conoce como momento de inercia y depende de cada sólido. Normalmente todos los libros sobre este tema suelen adjuntar una tabla con las figuras más habituales:

Resultado de imagen de momentos de inercia

Sin entrar demasiado en verea, el momento de inercia está relacionado con como se distribuyen las partículas en torno al eje de rotación. En el caso de los cuerpos de la pantalla todos son sólidos, y por tanto la distancia al eje de la masa que la compone es constante.  Pero…¿y en el caso de una botella semillena de agua?

El agua, al igual que todo fluido no tiene forma fija, adopta la del recipiente que lo contiene. Al lanzar la botella con un movimiento de rotación el agua se moverá. Si se mueve la distancia de la masa al eje de rotación varía. Esto , dicho de otra forma, quiere decir que el momento de inercia varía. Al variar conseguimos que la relación entre el momento de fuerza render y la aceleración angular alfa no sea tan sencilla como en los casos anteriores.

Ya no podemos tener un valor fijo de I, sino que conforme vaya moviéndose irá variando. Aquí es donde radica la principal dificultad de este reto, de ahí que lo celebren tan efusivamente cuando lo consiguen.

¿Cómo podemos superar el reto de la botella sin demasiada dificultad?

La respuesta a esta pregunta está a unos cuántos grados de diferencia. El agua a 0ºC se congela, pasando de esta forma a un maravilloso estado sólido. Cuando el agua está sólida no se mueve al lanzarla. De esta manera tendremos un momento de inercia que no varíe durante el movimiento, y por tanto un movimiento mucho menos caótico.

Si tenéis dudas es normal, la ciencia no debe ser adoctrinamiento. Por eso os animo a que no os creáis ni una sola palabra de lo que he dicho. Coged dos botellas, llenadlas de agua y meted una en el congelador. Cuando el agua esté congelada intentad hacer el reto de la botella con ambas¿Con cuál de las dos es más difícil?.

El spinner como recurso didáctico

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El spinner ha aparecido en nuestras vidas. Para aquellos profanos , como lo era yo hasta hace poco, el spinner es esa estrella ninja que parece que está triunfando entre los adolescentes de hoy día.
En todo este revuelo las voces en contra no se han hecho esperar. “Es un juguete para niños hiperactivos” dicen algunos. El riesgo de criar niños sobrestimulados parece el terror de los educadores actuales. Ante esta moda (y las que están por venir) podemos tomar dos actitudes:

  • La negacionista→  todo esto va a empeorar las nuevas generaciones hasta que al final caigamos en un dinámica de decadencia inevitable. Háganse un plan de pensiones y váyanse a vivir a un chalet adosado mientras miran como el mundo se va al garete.
  • la pragmática → Empleemos los intereses de los niños para intentar enseñarle algo.

Como nunca he sido yo mucho de chalets, me decanto más bien por la segunda opción. Lo que nos conduce a la siguiente pregunta:

¿Qué se puede aprender con el spinner?

El spinner ,ese juguete del demonio, no es tan moderno como parece. A fin de cuentas no deja de ser un giróscopo. “¿Un giróscopo?” “ya está el físico utilizando palabrejas incompresinbles” dirán algunos. Esa palabra viene nada más que del griego, y concretamente de “Gyros” ,giro, y “skopeein” ver. Pero es que resulta que se trata de un juguete muy común desde hace miles de años  ¿Quién no ha jugado con un trompo?

Trompos > Trompo de Madera Clásico

 

Pues bien, la característica básica de todo giróscopo es que tiene simetría rotacional y que gira en torno a dicho eje de rotación !Qué extraño es todo!¿Verdad? Bueno en realidad no lo es tanto, para entenderlo mejor sólo hay que hacerse la siguiente pregunta:

¿Sabéis montar en bici?

Supongo que muchos sabréis montar, y los que no sepáis tened en mente a alguien montando en bici. Lo normal es no estamparse contra el suelo. Sin embargo esta tarea se hace ardua si no acompañamos nuestro paseo en bici de un ligero pedaleo. Es decir, es mucho más difícil guardar el equilibrio en una bici quieta que en una bici en movimiento.

einstein_bike

Cuando una rueda de bici está en movimiento hay algo que hace que no cambie de plano. Dicho de otra forma, existe una tendencia de la rueda a seguir rodando y a no tumbarse. Esto justamente es lo que hace que nos demos de bruces contra el suelo.

En este vídeo podemos visualizarlo bastante bien:

https://www.youtube.com/watch?v=dW3OpgDAQU8

¿Cómo es posible que la rueda se quede en esa posición? Esa misma pregunta se la plantearon muchos señores muy inteligentes hace mucho tiempo. Y bautizaron la respuesta como “Ley de conservación del momento angular”.

El momento angular se conserva siempre que la única fuerza que actúe sobre un sistema sea central. En un giróscopo esto se traduce en que la fuerzas apunten hacia el eje de rotación.

Pues resulta que un spinner es una manera estupenda de visualizar esto. De hecho todos los adolescentes sabrán de manera instintiva que si las aspas de el dichoso juguetito se mueven hay cierta resistencia a cambiarlo de plano. Os animo a que todos los que tengáis a mano un spinner (o algo que pueda parecerse a un giróscopo) intentéis lo siguiente.

1. Giradlo lo más rápido posible

2. Girad bruscamente el eje de giro 90º

Si notáis que os cuesta, no os preocupéis, son las leyes de la física cumpliéndose.

Intentadlo ahora sin seguir girar el spinner

Lo interesante viene ahora, y es que este principio se aplica a todo lo que rote y las únicas fuerzas que actúen sean centrales . “Eppur si muove” como dijo Galileo. En efecto, la fuerza gravitatoria es una fuerza central, lo que convierte a la Tierra, nuestra querido planeta , en una especia de giróscopo enorme (podríamos decir que tiene simetría rotacional). Girar el spinner y colocarlo sobre un dedo nos da una muestra a pequeña escala de lo que la Tierra hace en millones de años ( la señora Tierra se toma su tiempo en mover tantos kilos).

Pero la cosa aún va a más: las galaxias también se apuntan a esta moda de conservar el momento angular. De ahí que estos juguetes y algunas galaxias guarden cierta similitud.

Galáxia espiral do tipo Sc, a 35 milhões de anos-luz da Terra, na ...

“Pero todo esto les da igual a los niños” dirán algunos. “Vaya chapa gratuita nos has soltado” dirán otros. Y tiene parte de verdad. Pero también esta bien recordar que la ciencia no la hicieron grandes catedráticos, sino personas curiosas que en algún momento se plantearon un “¿Y si…?”

Los niños son niños, y su curiosidad es algo que parece innato a esta etapa de la vida. Por ello, a todos los que trabajamos con niños o adolescentes os propongo la siguiente pregunta:

¿Y si utilizamos esta curiosidad como recurso didáctico?