Plan de lección de presión de aire

Objetivos de aprendizaje:

Al final de esta lección, los estudiantes podrán:

• defina “presión del aire”, “temperatura del aire” y “densidad del aire”.
• describir cómo la presión, la temperatura y la densidad se afectan entre sí
• describir cómo la presión, la temperatura y la densidad afectan los patrones climáticos

Longitud:

1,5 – 2 horas

Estándares del plan de estudios

• NGSS MS-ESS2-5

Recopile datos para proporcionar evidencia de cómo los movimientos y las complejas interacciones de las masas de aire provocan cambios en las condiciones climáticas.

• CCSS.ELA-LITERACY.RST.6-8.3

Siga con precisión un procedimiento de varios pasos al realizar experimentos, tomar medidas o realizar tareas técnicas.

• CCSS.ELA-LITERACY.RST.6-8.4

Determinar el significado de símbolos, términos clave y otras palabras y frases específicas de dominio tal como se usan en un contexto científico o técnico específico relevante para los textos y temas de los grados 6-8.

Términos clave

• presión del aire
• temperatura
• densidad
• procesos adiabáticos
• masas de aire
• frentes

Materiales

• Botellas de plástico vacías de 2 litros, 3
• Tapón de botella de 2 litros, 1
• Globos, 2
• Martillo, 1
• Clavo, 1
• Agua
• Nevera llena de cubitos de hielo
• Placa caliente, 1
• Lata de refresco vacía, 1
• Pinzas, 1
• Vaso de precipitados grande, 1
• Partidos
• Tiras de papel
• Recipientes de plástico pequeños con tapa, 1 por grupo
• Lámparas, 1 por grupo
• Reglas métricas, 1 por grupo
• Vasos, 1 por grupo
• Vasos de plástico, 1 por grupo

Instrucciones

Preparación

• Antes de la clase, configure sus demostraciones.
• Use un martillo y un clavo para crear un pequeño agujero cerca del fondo de una botella de 2 litros. Es más fácil clavar el clavo si primero llena la botella con un poco de agua. Vacía el agua cuando hayas terminado.
• Tome 1 globo e insértelo completamente en la boca de la botella de plástico. Estire el extremo del globo sobre la boca de la botella.
• Consigue otra botella y el segundo globo. Inserte el globo en la botella y estire el extremo del globo sobre la boca de la botella como lo hizo antes.
• Ya no necesita el martillo, sino que cuelga del clavo para demostrar la presencia del agujero a la clase.
• Mantenga la botella sin el agujero y deje la otra botella y el clavo fuera de la vista por el momento.
• Coloca el resto de tus materiales: botella de 2 litros con tapón, fósforos, placa calefactora, lata de refresco, pinzas y vaso grande.

Demostración 1

• Comience la clase mostrando a los estudiantes el sistema botella-globo sin el agujero.
• Pídale a un estudiante voluntario que intente inflar el globo. No se le permite sacar el globo de la botella. Formule a los alumnos las siguientes preguntas de debate:
  
  • Describe lo que estás viendo.
  • ¿Por qué está pasando esto?
  • ¿A qué puedes cambiar para que sea posible inflar el globo? Nuevamente, el globo no se puede sacar de la botella.
• Conceda a los alumnos unos minutos para que presenten algunas sugerencias. Saca la botella con el agujero. Demuestre la presencia del agujero insertando el clavo para que los estudiantes puedan ver.
• Pídale a otro voluntario que intente inflar el globo. Haga las siguientes preguntas:
  
  • Describe lo que está pasando.
  • ¿Qué cambió? ¿Por qué esto afectó al globo?
• Explique a los estudiantes que acaban de presenciar el poder de la presión del aire. Aprenderán más sobre qué es la presión del aire y cómo afecta el clima en la lección de hoy.

Lección en video

• En la pizarra, dibuje un gráfico con tres columnas, pero no etiquete ninguna de las columnas todavía.
• Inicie el video, Variables meteorológicas: presión del aire, temperatura y densidad. Pausa a las 0:38.
• Pida a los alumnos que nombren los tres factores que influyen en el clima. A medida que los nombran, titule cada una de las tres columnas de la pizarra con uno de los factores. Explique a los estudiantes que mientras ven el video, deben prestar atención a cómo interactúan estos tres factores.
• Continúe el video, esta vez haciendo una pausa a las 2:23. Haga a los alumnos las siguientes preguntas y comience a completar la tabla en la pizarra:
  
  • ¿Qué es la presión del aire?
  • ¿Qué es la temperatura del aire?
  • ¿Qué es la densidad del aire?
  • ¿Qué sucede con la presión del aire cuando aumenta la temperatura? (En la primera fila del cuadro, dibuje una flecha hacia arriba en las columnas ‘Temperatura del aire’ y ‘Presión del aire’).
  • ¿Qué sucede con la presión del aire a medida que baja la temperatura? (En la segunda fila, dibuje flechas hacia abajo para temperatura y presión).
  • ¿Qué sucede con la presión del aire a medida que aumenta la densidad? (Continúe completando la tabla de la misma manera).
  • ¿Qué sucede con la presión del aire a medida que disminuye la densidad?

Demostración 2

• Llene un vaso de precipitados más grande con agua y hielo hasta que esté medio lleno.
• Llene el fondo de una lata de refresco vacía con agua y colóquela en la placa caliente. Enciende la placa calefactora. Haga a los estudiantes las siguientes preguntas:
  
  • ¿Qué le estoy haciendo al agua de la lata de refresco?
  • ¿Cómo afecta esto a la presión del aire en la lata de refresco?
  • ¿Cuál es mayor, la presión del aire dentro de la lata o la presión del aire fuera de la lata? ¿Cómo lo sabes?
  • Una vez que el agua esté hirviendo, colocaré la lata en agua helada. ¿Qué pasará con la temperatura dentro de la lata?
  • ¿Cómo afectará la presión de aire en la lata al colocar la lata en agua helada?
  • ¿Dónde será mayor la presión del aire, dentro o fuera de la lata?
  • ¿Qué piensas tú que sucederá?
• Una vez que el agua haya comenzado a hervir, apaga la placa calefactora y agarra la lata de refresco con las pinzas.
• Con un movimiento suave, levante la lata y colóquela, invertida, en el vaso de precipitados con agua helada.
• Pida a los alumnos que analicen lo que observaron.

Lección en video

• Continúe el video, esta vez haciendo una pausa a las 4:16. Haga a los estudiantes las siguientes preguntas:
  
  • ¿Qué son los ‘procesos adiabáticos’?
  • ¿Qué pasa con la presión del aire cuando hay mayor densidad de aire? (Continúe completando la tabla).
  • ¿Cómo afecta esto a la temperatura del aire?
  • ¿Qué sucede con la presión del aire cuando la densidad del aire disminuye?
  • ¿Cómo afecta esto a la temperatura del aire?
  • ¿Qué sucede con los aires cálidos y húmedos a medida que asciende?

Demostración 3

• Tome la botella final de 2 litros y llene el fondo con un poco de agua. Agite el agua en la botella.
• Encienda un fósforo, deje caer el fósforo en la botella y cierre rápidamente la tapa.
• Apriete la botella y haga a los estudiantes las siguientes preguntas:
  
  • Cuando aprieto la botella, ¿qué sucede con la presión del aire en la botella?
  • ¿Qué le hace esto a la temperatura?
  • Cuando lo suelte, ¿qué pasará con la presión del aire?
  • ¿Qué afectará esto a la temperatura?
  • ¿Qué esperas ver dentro de la botella cuando libere la presión? ¿Por qué?
• Apriete y suelte la botella varias veces hasta que comience a formarse una nube notable. Haga que los estudiantes discutan sus observaciones.

Lección en video

• Vuelve al video y míralo hasta el final. Haga las siguientes preguntas:
  
  • ¿Qué son las masas de aire?
  • ¿Qué es un frente meteorológico?
  • ¿Qué tipo de clima ve en los frentes?
• Regrese a la demostración de calentamiento. Llame a su segundo voluntario de esta demostración.
• Pídale que tape el agujero de la botella y trate de inflar el globo. Haga a la clase la siguiente pregunta:
  
  • Explicando en términos de presión de aire, ¿por qué no puede inflar el globo? En otras palabras, ¿qué le impide inflar el globo?
• Haga que su estudiante suelte el agujero y infle el globo. Haga la siguiente pregunta:
  
  • En términos de presión de aire, ¿por qué ahora puede inflar el globo? ¿A dónde fueron las moléculas de aire?
  • Predice lo que sucederá cuando infle el globo y luego cubra el agujero con el dedo.
• Pídale a su estudiante que infle el globo y, antes de soltar la boca del globo, que cubra el agujero. Haga la siguiente pregunta:
  
  • ¿Dónde es mayor la temperatura del aire? ¿Dentro de la botella o fuera de la botella? ¿Cómo puedes saberlo?
  • ¿Qué puedes adivinar sobre la densidad del aire y la temperatura del aire dentro de la botella?
• Proyecte el cuestionario de la lección y complételo como clase.

Actividad

• Esta actividad utiliza fósforos y fuego. Puede encender todos los fósforos usted mismo o puede contratar a un par de estudiantes de confianza para que lo ayuden.
• Divida la clase en grupos de 4. Proporcione a cada grupo un recipiente de plástico, una tapa, una lámpara, una regla, un vaso de precipitados y un vaso de plástico. Haga que el agua y el hielo sean accesibles para los estudiantes.
• Haga que una persona de cada grupo recoja agua en el vaso de precipitados y que otra recoja 5 cubitos de hielo en el vaso de plástico.
• Indique a los estudiantes que llenen el fondo del recipiente de plástico con 5 cm de agua. Deben mantener secos los lados del contenedor.
• Haga que los estudiantes coloquen la tapa del recipiente al revés.
• Una vez que los grupos estén listos, recorran el salón con fósforos y tiras de papel. Para cada grupo, pida a un estudiante que levante la tapa parcialmente. Encienda una hoja de papel con un fósforo y luego apague. Entregue el papel de fumar a un estudiante y pídale que dirija el humo al recipiente hasta que esté lleno de humo.
• Haga que los estudiantes vuelvan a colocar la tapa. (Todavía debería estar al revés).
• Pida a los estudiantes que coloquen sus 5 cubitos de hielo en un extremo de la tapa. Luego deben encender la lámpara y dirigir la luz hacia el otro extremo de la caja. Haga que los estudiantes discutan sus observaciones:
  
  • ¿Qué ves en la parte inferior de la tapa y dentro del contenedor?
• Después de unos minutos, pida a los estudiantes que muevan la lámpara para que brille en el medio del contenedor. Haga que los estudiantes discutan sus observaciones:
  
  • ¿Qué ves en la parte inferior de la tapa y dentro del contenedor?
  • ¿Qué porción de su contenedor representa una masa de aire frío? ¿Qué pasa con una masa de aire caliente?
  • ¿Dónde hay alta presión de aire en su contenedor? ¿Qué pasa con la presión de aire baja?
  • ¿Qué parte de su contenedor representa un frente meteorológico? ¿Que paso ahi?
  • En términos de presión del aire, ¿cómo se forman las nubes? ¿Y la lluvia?

Extensión

• Proyecte un mapa meteorológico de los Estados Unidos que muestre masas de aire cálido y frío y zonas de alta y baja presión. Haga que los estudiantes pronostiquen qué tiempo hará en diferentes áreas del país. Durante los próximos días, consulte los informes meteorológicos y vea si la clase predijo correctamente el tiempo.

Lecciones relacionadas

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• 
  Masas de aire y frentes meteorológicos
• Temperatura, nubes, viento y humedad en el ciclo atmosférico