Rastreando terremotos: sismología en el aula Teach article

Traducido por Terrence Martin, The Wessex School, Concepción, Chile. ¿Dragones chinos que predicen terremotos? ¿Ondas de gomitas (jelly babies) que brillan? ¿Espagueti a prueba de terremotos? Tobias Kirschbaum y Ulrich Janzen, dos profesores de física, explican cómo enseñan la…

La difracción de ondas y la energía transportada por ellas son componentes fundamentales de los cursos de física para jóvenes de 16 a 19 años a lo largo y ancho de Europa. Generalmente, los estudiantes tienen que mostrar sus conocimientos en exámenes los cuales están enfocados en la exploración de resortes, Slinkies^® u otros dispositivos mecánicos clásicos.

Sin embargo, recientes investigaciones en la pedagogía enfatizan la importancia de integrar teorías y modelos científicos en contextos que los alumnos comprenden y pueden manipular. Todo el mundo se habría conmovido por el Huracán Katrina en EEUU o los terremotos en Haití y Chile en 2010, por ejemplo.

Es sabido que enseñar es una buena manera de aprender, así que, para los estudiantes mayores, una poderosa manera de asegurar que comprendan completamente algún concepto es simplificarlo y explicarlo a estudiantes menores. Además de enseñar el tema, el hecho de desarrollar demostraciones efectivas fomenta las inteligencias múltiples las cuales, según Howard Gardner, son inherentes en todo grupo de estudiantes.

Los fundamentos de sismología pueden integrarse en el trabajo normal del curso. No obstante, los experimentos que aquí describimos también se adecuan a la presentación de las ciencias naturales y su importancia a un público más amplio – en un día abierto de la escuela, por ejemplo. Incluso, las destrezas de presentación que los estudiantes desarrollan pueden ser muy útiles en sus vidas profesionales.

Así fue nuestro raciocinio al planificar un curso de física juntos con nuestros estudiantes mayores. Sin embargo, inmediatamente la creatividad y el entusiasmo de los estudiantes se encargó de la situación.

Los jóvenes buscaron en internet, artículos en los diarios y en sus libros de texto, mas sobre todo, empezaron a desarrollar sus propias ideas de lo que es central y esencial en la sismología. Empezaron a crear experimentos innovadores, desde péndulos acoplados y terminando en un intento de modelar un tsunami. Tres temas les resultaron particularmente interesantes: un sismógrafo chino antiguo, una máquina de ondas sencilla y una investigación de las construcciones a prueba de terremotos.

Reconstruyendo un antiguo sismógrafo chino

Existe información acerca de un antiguo sismógrafo chino, construido hace algunos mil años y supuestamente de una sensibilidad increíble. La información existente describe solamente su apariencia externa, y nadie sabe cómo se construyó el interior. Aunque hay textos que proponen algunas ideas, que sepamos nosotros, nadie ha logrado reconstruir un modelo funcional.

El sismógrafo consistía de un casco campaniforme con ocho dragones ordenados regularmente alrededor. Cada dragón tenía una perla en la boca. Al ocurrir un sismo, el dragón orientado en la dirección del epicentro dejaría caer su perla la cual caería dentro de un receptáculo debajo. Se dice que se registraron sismos que ocurrieron a cientos de kilómetros de distancia – basado solamente en la evidencia de la perla yaciendo en el receptáculo.

Después de estudiar imágenes en internet y en informes antiguos, los estudiantes dedujeron que la inercia podría causar que las bocas de los dragones se abrieran. Los dragones de los estudiantes consistieron en dos pequeños bloques de madera conectados mediante una cinta y – no esencial para su funcionamiento – pintados para representar dragones. Un péndulo proporciona la masa central para hacer funcionar los dragones, canicas reemplazaron las perlas y un tacho de basura invertido sirve como el casco exterior del sismógrafo.

Con este modelo se pretendía presentar una posible explicación de cómo funcionó el sismógrafo chino, pero los resultados sobrepasaron lo que esperábamos. Golpecitos a un lado de la mesa donde posaba el sismógrafo causaron un dragón soltar su canica, y además, la dirección del golpecito se reflejó en cual de los dragones la soltó. Mejoramientos, tales como: usar una masa más grande, prevenir movimiento lateral de las cabezas de los dragones y fabricando conexiones más rígidos entre el péndulo y las cabezas de los dragones, debieran aumentar aún más la precisión del aparato. .

Una sencilla máquina de onda

Generalmente, para demostrar la propagación de ondas, el aparato que se usa está fabricada de varillas de madera o metal, pero con demasiada frecuencia resultan frágiles o demasiado pequeños para usar en el aula. Para superar este problema algunos de nuestros estudiantes propusieron la idea de ocupar cintas de elástico anchas, como las que se usan en las cinturas de faldas o pantalones. Un taller de bicicletas cercano donó cuatro ruedas de bicicleta cuyos rayos sirvieron perfectamente como las varillas para indicar el movimiento de las ondas. Cada rayo pasó varias veces a través del elástico y fue fijado con silicona caliente. Este aparato casero resultó ser unos cuatro metros de largo.

Cuando se estira la cinta elástica a lo ancho de la sala se puede demostrar todos los fenómenos importantes de las ondas: ondas viajeras (transversales y longitudinales), reflexión de ondas y ondas estacionarias. Para la presentación final en el día abierto de la escuela, se colocaron gomitas (jelly babies) en las puntas de los rayos. Al iluminar el aparato con luz negra, las ondas brillaban misteriosamente – no necesario para la física pero de todas maneras un espectáculo impresionante.

Investigando construcciones anti-sísmicas

Al buscar información acerca de construcciones anti-sísmicos, nuestros alumnos rapidamente encontraron el proyecto Salters Horners Advanced Physics (SHAP) del Grupo de Educación de la Universtiy de York (York University Education Group). Para probar la construcción de varios edificios, los autores del proyecto SHAP sugieren la fabricación de una mesa sísmica de madera, espuma rígida y un oscilador. Usamos otra idea del equipo SHAP, la que fue presentada en Physics on Stage 3 (Física en el Escenario 3) en 2003: Liz Swinbank y su equipo del Reino Unido probaron edificios construidos de espaguetis, en vez de pajitos o equipos de metal. Aquello, además de funcionar muy bien, fue muy impresionante al verlo.

El tipo de material usado, tan absurdo pero tan efectivo, fascinó a nuestros alumnos, y empezaron a modelar diversos diseños de edificios anti-sísmicos que encontraron en el internet. Además se centraron en maneras de mostrar los factores que contribuyen en la formación de ondas estacionarias en el interior de los edificios. La mesa sísmica con los diversos modelos atrajo un gran público en el día abierto de nuestra escuela.

Mirando atrás

Aunque se demoró bastante tiempo en desarrollar y fabricar las demostraciones, el potencial motivacional de este enfoque no se puede exagerar. Los estudiantes pasaron muchas horas después de la jornada mejorando sus modelos y probando otras variaciones. Todos los miembros del curso pudieron hacer una contribución al éxito del proyecto, sin considerar sus habilidades. Este esfuerzo valió la pena si se toma en cuenta este último, por si sólo, ya que la experiencia de participar en un proyecto exitoso, además de ayudar a reforzar al grupo, también aumenta su motivación e interés en otros aspectos de la física. Y, desde luego, la comprensión de los estudiantes acerca de ondas y la física subyacente mejoró ostensiblemente.

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