Aerodeslizador con un CD y un globo en 10 minutos

Un CD empujado sobre la mesa se detiene en unos 20 centímetros. El mismo CD con un globo encima, montado sobre su propio aire que escapa, cruza la mesa completa y sigue. Vas a querer poner algo al final para atraparlo.

Lo que hace que este experimento de aerodeslizador con CD valga más que un buen deslizamiento es el número de atrás. Para levantar un CD sobre un colchón de aire necesitas una presión de unos 13 pascales por encima del cuarto, o sea cerca de una diezmilésima de la presión atmosférica. Un globo de fiesta tiene eso de sobra, y una vez que lo calculas, el aparato deja de parecer un juguete.

Puntos clave

• Vas a pegar una tapa deportiva sobre el agujero central de un CD, ponerle un globo y medir cuánto se desliza.
• El concepto es que una capa delgada de aire reemplaza el contacto entre superficies, así que la fricción de deslizamiento casi desaparece.
• Ideal de 6 a 12 años, con un adulto encargado de la silicona caliente.
• El detalle de construcción que decide todo: el sello de pegamento tiene que quedar hermético y bien curado.
• Compáralo con el CD pelón. Sin esa referencia, el deslizamiento impresiona y no significa nada.

Lo que vas a necesitar

Qué	Cuánto	Dónde conseguirlo	Si no lo tienes
CD o DVD viejo	1, plano y sin grietas	El cajón de discos olvidados	Un disco rígido delgado con agujero al centro
Tapa deportiva de jalar	1	De una botella de agua saborizada	Una tapa de plástico con un agujero de 5 mm hecho por un adulto
Pistola de silicona caliente	1	Papelería o ferretería	Pegamento universal fuerte, dejándolo curar toda la noche
Globos	4	Supermercado	Los redondos funcionan mejor aquí
Mesa o piso duro y liso	1	Cocina	Baldosa pulida, granito o vidrio. La alfombra no funciona
Regla	1	Lapicera	Sirve como lanzador consistente, no solo para medir
Cinta métrica	1	Caja de herramientas	Cordel marcado cada 10 cm
Monedas iguales	8	Bolsillo	Rondanas, para la prueba de masa
Trapo húmedo	1	Cocina	Indispensable: el polvo arruina el colchón
Cuaderno	1	Donde sea	Cinco deslizamientos por condición

Ojo con el látex: los globos de fiesta casi siempre son de caucho natural, así que sáltate este experimento si alguien en casa es alérgico al látex.

Tiempo: preparación 10 min, curado 15 min, experimento 35 min, limpieza 5 min Costo: una barra de silicona y una bolsa de globos Nivel de desorden: bajo

Haz el experimento del aerodeslizador con CD

Paso 1 — Pega la tapa y tómate tu tiempo

Un adulto aplica un cordón continuo de silicona caliente alrededor del agujero central del CD y presiona la tapa cerrada encima, centrada, con su abertura sobre el agujero. Que el cordón no se interrumpa: un hueco de 1 mm en el sello significa cero flotación, y es la falla más común.

Paso 2 — Deja curar y prueba el sello

Espera 15 minutos. Cierra la tapa, infla el globo, estíralo sobre la tapa y escucha: no deberías oír nada escapando por la base. Pon una gota de jabón sobre la línea de pegamento y busca burbujas si tienes duda.

Paso 3 — Mide primero el CD pelón

Antes de cualquier globo, toma un segundo CD, o el tuyo con la tapa cerrada, y empújalo sobre la mesa limpia. Usa la regla como lanzador: acuéstala, pon el CD contra su punta y deslízala hasta una marca de cinta, lo que da el mismo empujón cada vez. Mide cuánto recorre al dejar la regla. Cinco empujones.

Paso 4 — Lanza el aerodeslizador

Infla el globo del tamaño de una toronja, aprieta el cuello, estíralo sobre la tapa cerrada, pon el CD en la mesa y jala la tapa para abrirla. El disco se va a levantar. Dale el mismo empujón con la regla y mide el recorrido. Cinco lanzamientos con el mismo inflado.

Paso 5 — Varía el inflado

Repite con un globo chico, uno mediano y uno grande, cinco deslizamientos cada uno, y cronometra también cuánto tiempo flota antes de asentarse. Ya tienes dos mediciones por condición: distancia y duración.

Paso 6 — Agrégale masa

Pega dos monedas encima del disco, luego cuatro, luego ocho. Cinco deslizamientos por masa, más el tiempo de flotación. Predice, antes de empezar, qué le va a hacer más masa a cada uno de los dos números.

Lo que deberías ver: el CD pelón recorre 10 a 25 cm sobre mesa limpia. El aerodeslizador recorre uno a tres metros con el mismo empujón, y en un piso largo y liso puede seguir. La flotación dura de unos 20 segundos con globo chico a un minuto con uno grande. Agregar masa acorta los dos números, y muy cargado deja de flotar y raspa.

Qué está pasando en realidad con un aerodeslizador

El aire sale del globo, baja por la tapa y el agujero del CD, se reparte radialmente debajo del disco y escapa por el borde. Mientras eso pasa, la capa de aire bajo el CD está a una presión un poco mayor que la del cuarto, y esa diferencia empujando hacia arriba carga el peso del disco. El CD ya no toca la mesa: flota sobre una película de aire de una fracción de milímetro.

Ponle el número, porque el número es la sorpresa. Un CD pesa unos 15 g, o sea unos 0.15 newtons. Su área es de unos 0.011 metros cuadrados. La presión es fuerza entre área, así que necesitas unos 13 pascales. La presión atmosférica es de unos 101,000 pascales (NASA Glenn). Tu colchón es una diezmilésima de eso. Por eso un globo, que es una fuente de presión ridícula para cualquier estándar industrial, alcanza y sobra.

Lo que te compra la película de aire es eliminar el contacto sólido. El modelo estándar de fricción dice que la fuerza de fricción es el coeficiente por la fuerza que aprieta las superficies (HyperPhysics). Separa las superficies y esa fuerza normal entre sólidos se va casi a cero, así que la fricción también. Lo que queda es el arrastre viscoso en la capa delgada más la resistencia del aire sobre el disco en movimiento, y las dos son minúsculas a estas velocidades (The Physics Classroom).

Puedes cuantificar la mejora con tus propias distancias. Para un objeto que se desliza hasta detenerse, el coeficiente de fricción efectivo es la velocidad al cuadrado entre dos veces la gravedad por la distancia. Como usaste el mismo lanzador, la velocidad es la misma, así que la razón entre distancias es la razón inversa entre coeficientes. Un aerodeslizador que llega diez veces más lejos tiene cerca de una décima parte de la fricción: un resultado medido con una regla.

Dos puntos más. El primero: el aerodeslizador nunca acelera solo. El aire baja y sale hacia afuera en todas direcciones por igual, así que no hay empuje neto de lado. Solo rueda con lo que tú le diste. Compáralo con el cohete de globo sobre un hilo, que usa el mismo globo pero manda el escape por un solo lado y por eso produce empuje. Misma energía, otra boquilla, máquina distinta.

El segundo es la primera ley de Newton trabajando en silencio. Sin fricción, el disco conserva su velocidad mucho tiempo, que es lo que predice la ley y casi nunca lo que la experiencia de un niño sugiere (The Physics Classroom). Casi todo se detiene rápido, y casi todos los niños concluyen que detenerse es lo que las cosas hacen. Esto es una ventanita al caso sin fricción.

Los aerodeslizadores reales usan una falda flexible en el borde: angosta el hueco por donde escapa el aire, así que hace falta mucho menos flujo para sostener el colchón, y por eso uno real levanta toneladas y no gramos.

Cómo explicárselo a tu hijo

De 5 a 8 años: va montado en su propio aire

Pídele que apoye la mano plana en la mesa y la deslice. Después muéstrale el CD y dile que el globo mete una capa delgadita de aire debajo del disco, así que el disco no toca la mesa, y si no toca, no puede rozar. Déjalo lanzarlo él.

De 9 a 12 años: presión por área sostiene el peso

Presenta la presión como fuerza repartida en un área y hagan la cuenta juntos: 0.15 newtons entre 0.011 metros cuadrados son unos 13 pascales. Después dile la presión atmosférica y déjalo sacar la razón. Que una presión tan chiquita levante el disco es lo memorable, y es un cálculo que un niño de diez años sigue.

De 13 en adelante: fricción efectiva a partir de la distancia

Deriva la distancia de frenado de un objeto que desacelera con fricción constante y después invierte la expresión para obtener el coeficiente a partir de la distancia medida. Aplícalo a las dos condiciones y reporta dos coeficientes con una incertidumbre sacada de tus cinco pruebas. Después razonen de dónde viene la resistencia que queda, y predigan qué haría una falda antes de construirla.

La pregunta que debes hacer: “Si duplicáramos el diámetro del disco sin cambiar su peso, ¿qué pasaría con la presión que necesitamos?” (Bajaría a una cuarta parte, porque el área va con el cuadrado del diámetro y el peso no cambia. Comprueba si está pensando en presión y no en fuerza, que es todo el paso conceptual aquí.)

¿Y en América Latina?

Los tres materiales clave son fáciles de conseguir aquí. CDs viejos hay en todas las casas, la tapa de jalar sale de cualquier botella de agua saborizada, y la pistola de silicona se vende en cualquier papelería de barrio; si no quieres comprarla, cualquier local de manualidades te pega la tapa en un minuto.

Y la región juega a favor: el piso de baldosa, cerámica o granito pulido de la mayoría de las casas latinoamericanas es mejor superficie que cualquier mesa, y un pasillo largo es la pista perfecta.

El enemigo local es el polvo. En temporada seca en Lima, Ciudad de México, Bogotá o el norte de Chile el piso junta una capa finísima que puentea la película de aire y frena el disco. Pasa el trapo húmedo cada pocas corridas, no solo al principio, y vas a ver tus distancias recuperarse.

Y sobre la altura hay una predicción que puedes probar. La presión que necesita el colchón, unos 13 pascales, depende solo del peso y del área, así que es la misma en Cartagena y en La Paz. Pero el aire de altura es menos denso, así que para mantener el colchón tiene que salir más rápido por el borde y el globo se vacía antes. Predicción: flotación más corta en altura con el mismo globo. Es el tipo de efecto chico que solo se ve con cinco corridas y un promedio. Para seguir, mira nuestras guías de rampas de fricción y de neumática y presión de aire.

Por qué enseñar esto temprano vale la pena

La fricción casi siempre se enseña como algo que existe y frena a los objetos, que es cierto y poco útil. Tratarla como algo que puedes diseñar para que desaparezca, separando las superficies, pone al niño en posición de diseñador y no de espectador. Ese encuadre sigue derecho hasta los baleros, los lubricantes, las mesas de aire y los trenes de levitación magnética.

El cálculo de presión es la parte que yo conservaría si solo pudiera conservar una. Los niños conocen la presión como palabra mucho antes de conocerla como fuerza entre área, y un resultado tan contraintuitivo como “trece pascales levantan un CD” es mejor introducción que una definición. El marco del National Research Council pone usar matemáticas entre las ocho prácticas justamente porque números así hacen un trabajo que ninguna explicación hace (NRC, 2012). Una construcción no cambia la relación de un niño con la física, pero puede dejar un número medido, una comparación y un mecanismo que sabe explicar.

Antes de empezar: lo que los papás deben saber

Mejor edad	De 6 a 12 años. Un niño de seis hace todo menos pegar, y la parte de lanzar le va a gustar más
Supervisión	Un adulto maneja la pistola de silicona y el disco hasta que el pegamento cure. Mantén despejado el camino de lanzamiento
Riesgos reales	Quemaduras de silicona caliente, que es el riesgo real y duele más de lo que parece. Pedazos de globo, peligro de asfixia para menores de tres años. Bordes filosos si un CD está rajado
No hagas esto	No uses un CD rajado o astillado. El policarbonato roto suelta pedacitos filosos, y un disco ya dañado puede partirse al golpear algo al final de un recorrido largo

La silicona caliente está a unos 180 °C y se pega a la piel mientras se enfría, por eso quema más de lo que sugiere su temperatura. Ese paso lo hace el adulto, con el niño mirando desde el otro lado de la mesa. Pon un cojín al final de tu pista para que el disco se detenga contra algo blando, y mantén los globos y sus pedazos lejos de los niños chiquitos.

Cuando no funciona

No flota nada, solo resopla. El sello tiene un hueco. Recorre la línea de pegamento con agua jabonosa y busca burbujas con el globo inflado. Vuelve a pegar toda la circunferencia en lugar de parchar un punto: un cordón parchado suele filtrar en otro lado también.

Flota dos segundos y muere. O el globo estaba apenas inflado, o tu hueco en el borde es grande porque el CD está pandeado. Pon el disco a contraluz contra un borde recto: una curvatura visible significa que el colchón se escapa de un lado. Usa un disco más plano.

Flota pero no se desliza lejos. Polvo. Una mesa limpia y una polvosa dan resultados distintos, porque la tierrita puentea la película de aire. Pasa el trapo húmedo cada pocas corridas.

Funciona en una mesa y en otra no. Textura de la superficie. Baldosa pulida, vidrio y laminado son excelentes; la madera barnizada con veta visible es regular; cualquier cosa con tejido es imposible. Elige una superficie y haz todas tus comparaciones ahí.

El globo se sale de la tapa a media corrida. La tapa es muy lisa o muy chica para el cuello. Dale dos vueltas de cinta para engrosarla, o usa una con pestaña. Un globo que se va del disco a velocidad es lo único aquí que puede golpear a alguien.

Para llevarlo más lejos

Mide el coeficiente de fricción efectivo. Usa el mismo lanzador para el disco pelón y para el aerodeslizador, cinco corridas cada uno, y calcula la razón entre medianas. Conviértela en dos coeficientes con la relación de distancia de frenado. Reportar “la fricción bajó un factor de 12, más menos 3” es un resultado de verdad.

Hazle una falda. Pega una banda de 2 cm de plástico delgado, cortada de una bolsa, alrededor del borde, de modo que cuelgue casi hasta la mesa. Eso angosta el hueco de escape. Mide el tiempo de flotación antes y después con el mismo inflado: si tu falda quedó bien, la flotación debe durar notablemente más, que es justo por lo que los aerodeslizadores reales la llevan.

Cárgalo hasta que falle. Agrega monedas de dos en dos, anotando flotación y distancia, hasta que deje de flotar. El punto de falla te da el peso máximo que tu colchón sostiene, y dividiéndolo entre el área del disco obtienes la presión máxima que tu globo aguanta. Eso es una envolvente de desempeño, como las describen los ingenieros.

Qué observar en los próximos 3 meses

• Semana 4: señala algo que funciona flotando en aire, casi siempre una mesa de hockey de aire, y lo explica bien sin que nadie se lo pida.
• Mes 2: la palabra “presión” empieza a aparecer con “área” pegada, y no suelta.
• Mes 3: propone una versión con empuje, con un segundo globo apuntando de lado. Dile que sí: conecta esto con el cohete de globo en un paso.

Preguntas frecuentes

¿Por qué tan poca presión levanta el disco?

Porque la presión actúa sobre toda la cara inferior. El CD pesa unos 0.15 newtons y tiene un área de unos 0.011 metros cuadrados, así que bastan unos 13 pascales, cerca de una diezmilésima de la presión atmosférica. Una presión chica repartida en un área grande da una fuerza útil.

¿El aerodeslizador se impulsa solo?

No. El aire sale simétricamente en todas direcciones por el borde, así que no hay fuerza neta de lado. Solo rueda con el empujón que le diste. Para tener empuje habría que mandar el aire por un solo costado, que es lo que hace un cohete de globo.

¿Cuál es la mejor superficie?

Baldosa pulida, granito, vidrio o laminado, limpios y secos. La madera barnizada funciona menos y la alfombra no funciona. El polvo importa más de lo que la gente espera, así que pasa el trapo entre corridas.

¿Cuánto debe durar la flotación?

Veinte segundos con un globo chico y hasta un minuto con uno grande, si el sello está bien. Mucho menos significa fuga en la línea de pegamento o un disco pandeado dejando salir el aire de un lado.

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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. Nave, R. “Friction.” HyperPhysics, Georgia State University. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/frict.html
2. NASA Glenn Research Center. “Gas Pressure.” Beginner’s Guide to Aeronautics. https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/gas-pressure/
3. NASA Glenn Research Center. “Newton’s Laws of Motion.” Beginner’s Guide to Aeronautics. https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/newtons-laws-of-motion/
4. The Physics Classroom. “Types of Forces.” https://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-2/Types-of-Forces
5. The Physics Classroom. “Newton’s First Law.” https://www.physicsclassroom.com/class/newtlaws/Lesson-1/Newton-s-First-Law
6. National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/13165