Pulmón en una botella: experimento casero paso a paso

Jalas el globo estirado del fondo de la botella y el globo de adentro se infla. Lo empujas y se desinfla. Nadie sopló nada. Esa es la idea que entrega un pulmón en una botella: tú no succionas aire hacia el pecho. Haces el pecho más grande, la presión de adentro baja, y la atmósfera empuja el aire para adentro. Casi todos los niños, y muchos adultos, creen que los pulmones son músculos que jalan. No lo son: son bolsas pasivas, y el músculo que trabaja está debajo de ellas.

Puntos clave

• Le cortas el fondo a una botella de 2 L, cuelgas un globo adentro desde la boca, estiras otro globo cortado sobre el fondo abierto y jalas.
• Enseña la mecánica del diafragma y la respiración por presión negativa: sube el volumen, baja la presión, entra el aire.
• Va de los 7 a los 13 años. Un adulto hace todos los cortes.
• Lo único que de verdad falla: las fugas de aire. Si el fondo no queda hermético, no pasa absolutamente nada.
• Este modelo acierta en el diafragma y se equivoca por completo en las costillas. Dilo: enseña más que fingir que el modelo está completo.

Lo que vas a necesitar

Material	Cuánto	Dónde conseguirlo	Si no lo tienes
Botella plástica transparente de 1,5 a 2 L	1	Cualquier botella de refresco	Una botella de jugo de pared rígida. Evita las de agua delgadas: se arrugan
Globos	2	Papelería o tienda de la esquina	Alergia al látex: usa globos de nitrilo o metalizados
Cinta fuerte	~50 cm	Cinta aislante, cinta canela o de embalar	Cinta adhesiva doblada, aunque fuga más
Tijeras o cúter	1	Cajón de la cocina	Solo adulto. Un cuchillo de sierra sirve
Liga o banda elástica	1	Cajón	Un amarre de alambre o cinta bien apretada
Pajilla (opcional)	1	Cocina	Solo para la versión de dos pulmones

Tiempo: preparación 10 min, experimento 15 min, limpieza 5 min Costo: una bolsita de globos y nada más Nivel de desorden: bajo, pero el borde cortado hay que forrarlo con cinta

Haz el experimento: pulmón en una botella

Paso 1 — El adulto corta la botella

Corta de 4 a 5 cm del fondo, dando toda la vuelta. El plástico cortado queda filoso de verdad. Pasa una tira de cinta por todo el borde, doblada sobre el filo, antes de que alguien más lo toque. Los niños no hacen este paso.

Paso 2 — Cuelga el pulmón de adentro

Mete un globo, primero el cuello, por la boca de la botella desde afuera, para que el cuerpo del globo quede colgando adentro. Dobla el labio del globo hacia afuera sobre la boca de la botella y asegúralo con la liga. Sopla una vez por la boca para comprobar que el globo se infla adentro.

Paso 3 — Arma el diafragma

Córtale el cuello al segundo globo y corta el cuerpo para formar una lámina ancha. Hazle un nudito en el centro, o pégale una tapa de botella, para tener de dónde agarrar.

Paso 4 — Sella el fondo

Estira la lámina sobre el fondo abierto y pégala con cinta dando toda la vuelta, traslapando las tiras para que no queden huecos. Este paso decide si el experimento funciona. Pasa el pulgar por el borde buscando arrugas: cada arruga es una fuga.

Paso 5 — Predice y después jala

Antes de jalar nada, pregunta: “Si jalo esta lámina del fondo, ¿qué le pasa al globo de adentro?”. Anota la respuesta. Después jala el nudo 2 o 3 cm, sostén y suelta. Repite despacio cinco veces.

Paso 6 — Rómpelo a propósito

Ahora despega 2 cm de cinta del fondo, haciendo un agujero a propósito, y jala otra vez. No pasa nada. Esa falla es la parte más instructiva del armado, y es la versión en modelo de una pared torácica perforada.

Lo que deberías ver: el globo interno se infla de manera visible, quizá hasta el tamaño de una ciruela, cuando jalas la membrana unos 2 cm, y se desinfla al soltar. El movimiento es pequeño y poco espectacular: espera un globo que engorda un poco, no uno que llena la botella. Si no se mueve nada, es fuga, no un defecto de diseño.

Qué está pasando en realidad

Respirar es trabajo de presión. En reposo, el aire de tus pulmones está más o menos a presión atmosférica. Cuando el diafragma, una cúpula de músculo colgada debajo de los pulmones, se contrae, se aplana y desciende, y el volumen de la cavidad torácica aumenta. La misma cantidad de gas en más espacio significa menos presión. Entonces el aire fluye de la presión más alta de afuera a la más baja de adentro, por el gradiente, hasta igualarse. Nada jala. Nada succiona. La atmósfera empuja.

En respiración tranquila el diafragma baja apenas 1 o 2 cm, y en una inspiración profunda varios centímetros, según la revisión de De Troyer y Boriek sobre mecánica de los músculos respiratorios. Ese movimiento pequeño mueve cerca de medio litro de aire por respiración en un adulto. Exhalar en reposo no cuesta esfuerzo muscular: el diafragma se relaja, el retroceso elástico del tejido pulmonar y de la pared del tórax hace el trabajo, y el aire sale.

Tu modelo reproduce eso con fidelidad. Jalar la membrana aumenta el volumen de la botella sellada, la presión interna cae por debajo de la atmosférica y el aire entra empujado por la boca hacia el globo. El agujero del paso 6 destruye el sello, así que los cambios de volumen ya no producen cambios de presión, que es justo lo que pasa mecánicamente en un neumotórax.

Y ahora la parte honesta. El modelo se equivoca por completo en la caja torácica. La botella es rígida; un tórax real no lo es. Los músculos intercostales levantan y rotan las costillas hacia afuera y arriba durante la inspiración, y aportan buena parte del cambio de volumen: el trabajo de Ratnovsky, Elad y Halpern trata la caja torácica y el diafragma como dos bombas acopladas, no como una caja con piso. El modelo también omite el espacio pleural, la película de líquido que acopla el pulmón a la pared del tórax. Y un globo no se parece al tejido pulmonar: los pulmones son un árbol ramificado que termina en cientos de millones de alvéolos, cuyo colapso evita el surfactante y no el caucho.

Dile todo esto a tu hijo. La tipología de modelos escolares de Harrison y Treagust señala que los estudiantes tratan los modelos didácticos como miniaturas de lo real, y que nombrar los límites de un modelo es parte de enseñarlo. “Esto muestra bien el diafragma y nada de las costillas” es una frase más útil que “así funcionan tus pulmones”.

Cómo explicárselo a tu hijo

De 5 a 8 años

Dile que el aire de afuera está empujando todo el tiempo, suavecito, sobre todas las cosas. El globo de adentro de la botella tiene una puerta abierta hacia afuera. Cuando haces la botella más grande por dentro, hay más lugar, y el aire entra caminando por la puerta. Cuando la aplastas, el aire se va.

Que jale él mientras tú miras el globo, y después cambien. Luego pídele que se ponga la mano en la panza y respire profundo. La panza sale. Eso es el diafragma bajando y empujando todo lo que tiene debajo.

De 9 a 12 años

Mete la palabra diafragma y la relación entre volumen y presión: más espacio, menos presión, misma cantidad de aire. Después dale el número, medio litro de aire por respiración tranquila en un adulto, y que lo compruebe. Que exhale normal dentro de un globo, lo amarre y mida el diámetro: una esfera de 10 cm es más o menos medio litro.

Y la medición que lo vuelve experimento: jala la membrana 1 cm, 2 cm y 3 cm, y dibuja el globo interno en cada caso. Registra cuánto jalaste y qué tan grande quedó. Dos variables, una relación.

De 13 en adelante

Con un adolescente, haz la crítica. Pásale la botella y pregúntale qué partes de la respiración real no puede representar. Va a encontrar la pared rígida. Empuja más: ¿y la exhalación? En el modelo empujas la membrana hacia arriba, lo que implica esfuerzo muscular, pero exhalar en reposo es retroceso elástico pasivo. El modelo también eso lo cuenta mal.

Después la extensión: arma la versión de dos pulmones con una pajilla en Y atravesando la tapa, sellada con plastilina, y un globo pequeño en cada rama. Aprieta un lado de la botella mientras jalas la membrana y mira cómo los dos “pulmones” se llenan distinto.

La pregunta que debes hacer: “Si hiciera un agujerito en el costado de la botella en vez del fondo, ¿el globo se seguiría inflando al jalar? ¿Y si el agujero fuera más chico que un piquete de alfiler?”

Por qué enseñar esto temprano vale la pena

El sistema respiratorio llega a la clase de biología entre los 10 y los 14 años, y casi siempre se enseña como un diagrama con etiquetas: tráquea, bronquios, alvéolos, diafragma. Las etiquetas no son un mecanismo. Un niño que ya armó la botella sabe por qué importa el diafragma, y eso convierte el diagrama en un recordatorio en lugar de una memorización.

El beneficio más profundo es la idea de gradiente de presión, que es la misma idea detrás de tomar con pajilla, los sifones, las jeringas, las aspiradoras, los frentes climáticos y por qué te truenan los oídos en el avión. Quien aprende una vez que los fluidos se mueven por gradientes de presión, y no porque algo los “jale”, deja de necesitar una explicación nueva para cada caso.

Y hay un beneficio de alfabetización en modelos que quizá sea el mayor. Smith, diSessa y Roschelle argumentaron que las ideas a medias de los estudiantes son materia prima productiva, no errores que eliminar. Una botella que acierta en el diafragma y falla en las costillas es el objeto perfecto para esa lección: el modelo es útil y es incompleto, y un niño que puede decir cuál es cuál aprendió algo de cómo funciona la ciencia. Un armado no cambia calificaciones, no hay evidencia de eso, pero sí reemplaza “los pulmones succionan” por algo verdadero. La investigación sobre por qué construir le gana a mirar está en aprendizaje práctico de STEM frente a ver videos.

¿Y en América Latina?

Los materiales son de los más fáciles de la serie. Botella de refresco de 2 L de cualquier tienda, globos de la papelería de la esquina, y cinta: en México “cinta canela”, en Argentina cinta de embalar, en Chile y Perú cinta aislante. La botella de dos litros tiene una ventaja real sobre las de agua de medio litro: la pared es gruesa porque está diseñada para aguantar la presión del gas.

Y aquí la altura cambia el resultado, lo cual es raro y aprovechable. En Bogotá, a 2.640 metros, la presión atmosférica ronda los 75 kPa frente a unos 101 kPa a nivel del mar; en La Paz es todavía más baja. Como la caída de presión que logras al jalar es proporcional a la presión de partida, el mismo tirón produce una diferencia más pequeña, y el globo interno se infla un poco menos que en Lima o Cartagena. Si tienes familia en la costa y en la sierra, armar lo mismo en los dos lugares y comparar es un proyecto de feria que casi nadie presenta.

Para el currículo: en México la SEP trata el sistema respiratorio en primaria alta y secundaria; en Chile, las bases de Mineduc lo abordan en básica; en Colombia, los Estándares Básicos piden explicar sistemas del cuerpo humano; en Argentina, los Núcleos de Aprendizajes Prioritarios incluyen el cuerpo como sistema integrado. El valor agregado es el mismo: el cuaderno puede listar lo que el modelo representa bien y lo que no.

Antes de empezar: lo que los papás deben saber

Mejor edad	De 7 a 13. Antes de los siete, el pegado fino frustra y el resultado es demasiado sutil de leer.
Supervisión	Adulto obligatorio. El adulto hace todos los cortes y forra el borde con cinta antes de entregar la botella.
Riesgos reales	Bordes filosos del plástico cortado; los globos sin inflar y los pedazos de globo roto son riesgo de asfixia para menores de tres años; alergia al látex.
No hagas esto	Que el niño no corte la botella, no dejes recortes de globo en el piso, y no cambies la botella de plástico por una de vidrio.

Dos cosas concretas. Los globos sin inflar y los fragmentos de globo están entre los riesgos de asfixia más comunes en niños pequeños: guarda los recortes en una bolsa y tíralos al terminar, sobre todo si hay un bebé en la casa. Y si alguien de la familia es alérgico al látex, usa globos de nitrilo o metalizados; “un poquito de látex” no es una sustitución segura.

Cuando no funciona

• No se mueve nada al jalar. Fuga, nueve de diez veces. Vuelve a pegar el fondo con tiras traslapadas y revisa la liga. Prueba tapando la boca con el pulgar y jalando: debe sentirse resorte.
• La botella se arruga en vez de inflarse el globo. Pared muy delgada. Cambia a una botella de refresco con gas.
• El globo interno se queda inflado al soltar. El cuello quedó muy apretado y el aire no puede salir. Afloja la liga.
• La membrana se rompe al jalar. Está sobrestirada. Corta una lámina más grande, o usa un pedazo de guante de látex.
• Funciona pero es aburrido. Sí lo es. Pégale una flechita de papel al globo interno, o deja el agujero del paso 6 como gran final.

Para llevarlo más lejos

Mide la relación. Marca el recorrido del nudo en pasos de 1 cm. En cada paso, fotografía el globo interno contra papel cuadriculado pegado detrás de la botella y cuenta cuadros para estimar su ancho. Grafica tirón contra ancho. No sale una línea recta, y la razón —la elasticidad del propio globo, que aumenta al estirarse— da para una conversación de física real.

Agrega un segundo pulmón y una obstrucción. Pasa una pajilla en Y por la tapa sellada con plastilina, con un globo pequeño en cada rama. Aprieta parcialmente una rama y jala: el pulmón libre se llena más. Registra la diferencia y conéctala con lo que escucha un médico con el estetoscopio cuando una vía está estrecha. Es la misma lógica de nuestro experimento de frecuencia cardiaca.

Qué observar en los próximos 3 meses

• Semana 4: corrige a alguien. “No succionas el aire, el aire empuja” es la frase que hay que escuchar.
• Mes 2: la idea de presión aparece en otro lado: una pajilla, una jeringa, un destapacaños, los oídos en el ascensor o en el avión.
• Mes 3: empieza a criticar modelos sin que nadie se lo pida: “ese diagrama no muestra que las costillas se mueven”. Ese hábito vale mucho más que los datos sobre pulmones.

Preguntas frecuentes

¿Por qué mi pulmón de botella no funciona?

Casi siempre es una fuga en la membrana del fondo. Si entra aire por los bordes de la cinta, jalar ya no baja la presión interna. Vuelve a pegar con tiras traslapadas bien presionadas y prueba tapando la boca de la botella con el pulgar: una botella sellada se resiste de forma notoria.

¿El modelo muestra cómo funcionan las costillas?

No, y esa es su mayor limitación. La botella es rígida, así que solo puede mostrar el diafragma. En la respiración real los músculos intercostales levantan y rotan las costillas hacia afuera, aportando buena parte del cambio de volumen. Dile a tu hijo que el modelo es deliberadamente incompleto.

¿Los pulmones son de verdad como globos?

Solo muy por encima. Los globos se resisten porque el caucho se estira; los pulmones se resisten por fibras de elastina y por la tensión superficial del líquido que recubre cientos de millones de alvéolos, que el surfactante reduce. Un globo tiene una cámara; un pulmón, un árbol ramificado.

¿Qué pasa si le hago un agujero a la botella?

Se rompe el sello, así que cambiar el volumen ya no cambia la presión interna y el globo deja de responder. Es análogo a un neumotórax, donde entra aire al espacio que rodea al pulmón y el movimiento del tórax ya no logra inflarlo.

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Sobre el autor

Ricky Flores es el fundador de HiWave Makers e ingeniero eléctrico con más de 15 años de experiencia desarrollando tecnología de consumo en Apple, Samsung y Texas Instruments. Escribe sobre cómo los niños aprenden a construir, pensar y crear en un mundo saturado de tecnología. Lee más en hiwavemakers.com.

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Fuentes

1. De Troyer, A., & Boriek, A. M. (2011). “Mechanics of the Respiratory Muscles.” Comprehensive Physiology, 1273–1300. https://doi.org/10.1002/cphy.c100009
2. Ratnovsky, A., Elad, D., & Halpern, P. (2008). “Mechanics of respiratory muscles.” Respiratory Physiology & Neurobiology, 163, 82–89. https://doi.org/10.1016/j.resp.2008.04.019
3. National Heart, Lung, and Blood Institute. “How the Lungs Work.” National Institutes of Health. https://www.nhlbi.nih.gov/health/lungs
4. Harrison, A. G., & Treagust, D. F. (2000). “A typology of school science models.” International Journal of Science Education, 22, 1011–1026. https://doi.org/10.1080/095006900416884
5. Smith, J. P. III, diSessa, A. A., & Roschelle, J. (1994). “Misconceptions Reconceived: A Constructivist Analysis of Knowledge in Transition.” Journal of the Learning Sciences, 3, 115–163. https://doi.org/10.1207/s15327809jls0302_1
6. National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/13165