Estimación de costos:

A continuación les presentaremos nuestra cotización de los materiales posibles a utilizar:

• Caja: La caja de nuestro proyecto debe ser transparente, impermeable y resistente tanto al peso de las masas como al peso de los líquidos que pondremos dentro de ella. Es por esto que pensamos en dos posibles materiales a utilizar.

- Vidrio: Aunque si bien era más económico que el acrílico, varios lugares nos dijeron que por las medidas de nuestro proyecto iba a ser practicamente imposible pegar los vidrios porque poseían máquinas que no entraban en los espacios de nuestra caja, por lo que debimos descartar la idea. Por las averiguaciones que hicimos, el proyecto en vidrio habría salido aproximadamente $10.000.

- Acrílico: Ya que el vidrio estaba descartado por la dificultad de la puesta en práctica, nos enfocamos en buscar una empresa de acrílicos, y fue así como llegamos a Norglas, una empresa que se especializa en todo tipo de aluminios, cortes, figuras y accesorios. Creíamos que el precio iba a ser casi el doble que el del vidrio, pero encontramos que nos salió bastante económico mirando otras empresas del mismo rubro. El proyecto nos costó $15.280.

• Resortes: Esta fue la parte más difícil de encontrar, pues preguntamos en las ferreterías y grandes tiendas (Easy, Homecenter), y en ninguno de esos sitios vendían los resortes que nosotros necesitabamos. Por medio de un conocido (que conoce un poco de construcción) llegamos a "Resortes Madrigal", una fabrica de resortes ubicada cerca de Avda. 10 de Julio, que tenían stock en la tienda y aparte uno podía mandar a hacer resortes a medida. Mandarlos a hacer salía aproximadamente $1.500 pesos cada uno, y los de la tienda aproximadamente $500. Pero afortunadamente, cuando nos dirigimos hacia allá, encontramos el resorte que necesitabamos en el stock de la tienda, por lo que no fue necesario mandarlos a hacer. Los resortes nos costaron $1.500 pesos, y compramos dos tipos diferentes en caso de que uno de ellos no funcionara en las pruebas.

• Masas: Para las masas decidimos usar bolsitas echas con genero de nuestras casas, de manera de poder ir cambiando los pesos según lo fueramos necesitando. Es por esto que las masas no forman parte del presupuesto.

En la parte izquierda de nuestro blog podrán encontrar los links respectivos a cada uno de los lugares a los que asistimos, porque son datos económicos y de buena calidad.

Cumplimiento de las condiciones de diseño

Los prototipos a construir de cada grupo debían cumplir con 3 objetivos principales; el costo de los materiales fabricados no debía sobrepasar los $20.000, debe ser un dispositivo concentrado en el diseño y utilidad, enfocándose en la idea educativa e interactiva del MIM, y finalmente que el dispositivo fuera no frágil y que no presente riesgo para los usuarios al momento de su manipulación.

Primero, los costos. Luego de seleccionar los materiales utilizando como criterio la calidad y el precio de estos, utilizamos acrílico para construir el recipiente, que nos costó $15280 y 3 resortes de $500 pesos cada uno, lo que deja el total del proyecto en $16780, que no sobrepasa los $20000 pesos de tope de presupuesto.

En cuanto al diseño del proyecto, vemos que se trata de un artefacto claro, fácil de leer e interpretar para los usuarios, y consideramos que explica bastante bien el fenómeno asociado. ¿Por qué? Los niños (o adultos) que visiten el museo y que vean este dispositivo podrán observar cómo varía el peso del objeto en suspensión con la simple inspección del estiramiento de los resortes, ya que si todos los resortes y los pesos son iguales, la gente tendrá la noción de que dentro de cada fluido, algunos pesos ‘se sienten más livianos’ que otros. A través de nuestro producto buscamos transformar esa “noción” en un conocimiento que explique sencilla pero claramente el fenómeno asociado. Para hacer más notorio la diferencia entre fluidos, pensamos en agregar algún tipo de colorante dentro de de ellos para diferenciarlos bien, y hacer más evidente el hecho de que se trata de líquidos distintos.

Finalmente, respecto a la fragilidad y riesgo de este prototipo, hacemos notar que el recipiente está hecho de acrílico, que no se quiebra ni corta. Los resortes son pequeños, de baja resistencia y se encuentran aislados de los participantes de la experiencia a través de la tapa de acrílico por lo que no presentan ningún tipo de riesgo. Obviamente, nos preocuparemos de seleccionar líquidos que no presenten ningún tipo de riesgo para los usuarios (corrosivos, ácidos, etc.) sino fluidos inofensivos y no tóxicos para que nuestro proyecto sea 100% seguro para quien lo use.

Descripción de la solución adoptada

El prototipo final a construir corresponde al que llamamos “Empujes y Resortes”

Trata de un experimento para analizar una propiedad muy característica de los fluidos que es el empuje. El empuje es una fuerza ejercida por los fluidos sobre cuerpos sumergidos en ellos cuya expresión matemática está dada por

, donde es el peso específico del líquido en que se encuentra sumergido el cuerpo, y es el volumen de carena, o volumen del cuerpo que se encuentra sumergido.
Luego, para nuestro prototipo a construir los materiales que utilizaremos son:

- Recipiente dividido en tres secciones
- Tres resortes
- Diferentes pesos
- 3 fluidos distintos

Y el procedimiento del experimento en términos globales corresponde a adherir tres resortes a la tapa del recipiente: uno por cada sección. En cada uno de los resortes colgar un peso distinto. Luego, sumergir los resortes en los líquidos correspondientes y así observar cómo influye el líquido en el nivel de estiramiento del resorte.

Para analizar esta importante fuerza, construiremos un recipiente de acrílico dividido en tres secciones, que se cierra herméticamente gracias a una tapa superior extraíble. En cada sección del recipiente incluiremos un fluido diferente. La decisión a la hora de escoger que fluido incorporaríamos en cada sección, se baso principalmente en la idea de que los que estuviesen tuvieran características diversas entre sí de modo que el empuje actuará de forma diferente y el análisis fuese más claro.

Por otro lado, en la tapa del recipiente, pegaremos un resorte para cada sección y en ellos colgaremos masas diferentes según lo que los niños que visiten el experimento quisieran probar. De esta forma, haremos que los resortes se sumerjan en los líquidos correspondientes y así observaremos como influye en que fluido este sumergido cada resorte en el nivel de estiramiento de estos mismos.

Recipiente de acrílico dividido en secciones. Su tapa es extraíble.

Tapa extraíble en la que se adhieren los resortes

Cajita que contendrá las masas. En el dibujo, se prueba con un dado.

Ensayos para evaluar el desempeño del prototipo

Para un correcto funcionamiento del prototipo debimos ver el buen funcionamiento de los materiales que se utilizarían y ver como estos se relacionaban juntos en los aspectos que nos interesaban. A continuación las pruebas que realizamos.

• Afirmar los resortes:
  Vimos las distintas formas de sujetar los resortes. En primera instancia pensamos en una estructura que los sujetara, pero luego nos dimos cuenta que no era necesario, pues se podía afirmar a la tapa de la caja por medio de agujeros.

• Prueba de los pesos:
  Probamos los estiramientos de los resortes para distintas masas, ya que no puede ser muy pequeña pues no se alargarían lo suficiente para ver las diferencias entre los fluidos. Sin embargo, la masa tampoco podía ser muy grande porque los resortes se alargarían mucho y tampoco se notaría la diferencia entre los fluidos, no pudiendo compararse.

• Estiramiento de los resortes:
  Tuvimos que ver que los resortes estuvieran en buen estado y que fueran los 3 iguales, pues lo último es necesario para realizar una buena comparación.

• Impermeabilidad de la caja:
  Para nuestro proyecto es necesario que la caja donde se ponen los fluidos sea impermeable, por lo que tuvimos que revisarlo con agua para que los 3 compartimientos estuvieran aislados u así no se mezclaran los fluidos elegidos.

Carta Gantt

Esta tabla fue hecha para que como grupo veamos lo que tenemos por delante y los tiempos que le dedicaremos a cada etapa del proyecto.

Lamentablemente no se puede ver en una calidad mejor, por lo que les pedimos que hagan click sobre ella para poder mirarla con claridad.

Visita al MIM

Como mencionamos en nuestros objetivos en la primera entrega de este blog, una de nuestras tareas a corto plazo a realizar era visitar el MIM, específicamente para conocer la sala de Fluídos.
La idea principal de esta visita era reconocer el funcionamiento del museo, la dinámica que utilizan los prototipos que allí muestran e interactuar directamente con ellos, y definir el criterio que tienen para escoger un dispositivo frente a otros.

A continuación les mostraremos algunas fotos que nos sacamos mientras conocíamos la sala…

Lluvia de ideas

Ya contamos con ciertas ideas para el proyecto, estas se presentan a continuación, junto a una pequeña explicación de este, el principio o materia del curso que queremos que se vea representado con el proyecto, los pros y contras para ver la factibilidad del proyecto y un dibujo.

1. Experiencia de la estabilidad de flotación

Experimento:

En un gran recipiente lleno de agua, colocamos distintos cuerpos y observamos la manera en que flotan, y llegamos a conclusiones respecto a la estabilidad con que estos flotan dándoles pequeños empujones o aplicándoles otro tipo de fuerzas. La idea sería colocar un objeto que posea una posición de equilibrio claramente estable, uno con una posición de equilibrio inestable y finalmente uno indiferente, y luego los visitantes del museo pueden comprobar la estabilidad (ojalá calculada y a la vista del público) de los distintos cuerpos interactuando con ellos.

Principio aplicado:

En condiciones hidrostáticas, la estabilidad con que flotan los cuerpos en posiciones de equilibrio puede determinarse considerando todos los momentos a los que es sometido por efecto del desplazamiento desde esta posición.

Pros:

- Interactivo: el público de esta experiencia es quien deberá predecir el comportamiento y comprobarlo por sí mismo al moverlos.

Contras:

- No se trataría de un experimento muy atractivo debido a que es la apreciación de fenómenos cotidianos.

2. Diferencias entre líneas de flotación y las de nivel:

Experimento:

En un recipiente con agua se ponen distintas botellas o recipientes más pequeños con distintas mezclas y se podrán ver las diferencias entre el nivel de llenado de estas mezclas y el nivel de flotación. Para una botella con agua el nivel de llenado de la botella es el mismo que la línea de flotación. Una de las mezclas puede ser agua con sal.

Principio aplicado:

Se comparan las densidades de las mezclas con respecto a la densidad del agua. Vemos que el empuje es distinto para los distintos recipientes, no quedando con el mismo nivel de flotación. Es una aplicación del principio de Arquímedes.

Pros:

- También es un fenómeno apreciable.
- Es una aplicación concreta.

Contras:

- No es tan interactivo, ya que es mayormente de observación.3. Comportamiento de cuerpos con diferentes pesos específicos

Experimento:

Colocaremos un huevo fresco en un recipiente con agua. Por efecto del peso éste se hundirá, depositándose en el fondo del recipiente. Luego incorporaremos sal al recipiente, aumentando gradualmente la cantidad. Se podrá observar que el huevo comenzará a subir, primero quedando en equilibrio porque no estará ni hundido ni flotando, para luego flotar al agregar más sal.

Principio aplicado:

“Todos los cuerpos de menor peso específico que el agua flotan en el agua y los de mayor peso específico se hunden”. Para este experimento tenemos que el de agua, que a 4°C y a nivel del mar, pesa 1 kilogramo, al mezclarse con la sal aumenta su peso específico por lo que el huevo al no modificar su peso comienza a flotar.

Pros:

- El principio aplicado es fácil de ver.

- Es interactivo pues se puede hacer que el visitante participe por ejemplo en el proceso de revolver el agua con sal.

Contras:

- Requiere de constante renovación para observar el experimento. - No constituye una idea muy entretenida si pensamos que el principal público son niños.

4. Miscibilidad de los Líquidos:

Experimento:

Utilizaremos un vaso común, con dos fluidos cuya miscibilidad sea notable, tal como lo son el aceite y el agua. Si ponemos el aceite sobre el agua y le agregamos un colorante sobre éste, se formará una tercera capa. La idea es introducir dentro una varilla, que permitirá que el colorante llegue al agua y se mezclen.

Principio Aplicado:

Miscibilidad es un término usado en química que se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, y se dice que las sustancias son inmiscibles si en ninguna proporción son capaces de formar una fase homogénea (o sea no logran mezclarse).

Pros:

-Es muy fenómeno que se puede apreciar fácilmente y es entretenido a la vista.
-Es fácil de construir, además es barato.
-Se puede ver la aplicación del principio en forma explícita.

Contras:

El experimento requiere de la constante renovación tanto de aceite como de agua y colorante, por lo que sería un costo a considerar.

5. Aplicación del teorema de Torricelli:

Experimento:

Utilizaremos un recipiente abierto a la atmósfera que llenaremos con un líquido, y le haremos agujeros a distinta altura, con lo que se podrá ver como influye la altura con la velocidad de la altura de cada chorro.

Principio Aplicado:

El teorema de Torricelli es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad.

Pros:

-Es muy fenómeno que se puede apreciar fácilmente.
-Es fácil de construir, además es barato.
-Se puede ver la aplicación del principio en forma explícita
-Hay formas de hacerlo didáctico.

Contras:

-El experimento de la forma pensada no es continuo, y para hacerlo así deberíamos agregar una bomba lo que encarecería el proyecto.