Experimento de resistencia de materiales con bolsas

Esa bolsa delgada y crujiente del supermercado de la que todo el mundo se queja casi siempre le gana a la bolsa suave y elástica del pan, que se siente el doble de fuerte. Esa es la primera sorpresa de este experimento de resistencia de materiales, que se hace con un palo de escoba y una jarra de agua. La segunda es mejor. Hazle un piquete de 2 mm en el borde a una tira que acaba de sostener un kilo y va a reventarse con la mitad, o menos. Los ingenieros tienen nombre para lo que acabas de demostrar, y es la razón por la que a los inspectores de aviones les quitan el sueño los rayones chiquitos.

Puntos clave

• Vas a cortar tiras idénticas de 2 cm de cinco bolsas distintas, colgarlas y agregarles agua hasta que cada una truene.
• Enseña resistencia a la tracción y la diferencia entre fuerza (cuántos kilos) y esfuerzo (fuerza dividida entre el área de la sección), que es el número que los ingenieros realmente usan.
• Ideal de 8 a 14 años. Los más chicos pueden jalar; el cálculo del esfuerzo necesita división de quinto de primaria.
• El error típico: cortar tiras de distinto ancho, lo que vuelve la comparación inservible.
• La película de plástico no tiene la misma resistencia en las dos direcciones, y descubrirlo es la mejor parte.

Lo que vas a necesitar

Material	Cuánto	Dónde conseguirlo	Si no lo tienes
Bolsa delgada de supermercado (crujiente)	1	Cajón de la cocina	Cualquier bolsa que suene al arrugarse
Bolsa suave y elástica (de pan o de verdura)	1	Cocina	Una bolsa para basura
Bolsa hermética con cierre	1	Cocina	Bolsa de congelador
Bolsa de papel estraza	1	Panadería, cafetería	Un sobre grande
Bolsa reutilizable de tela no tejida	1	La cajuela del carro	Un trozo de malla sombra
Palo de escoba o varilla de madera	1, de 1 m	Clóset	Un tubo de cortina firme
Dos sillas de la misma altura	2	Cocina	Un marco de puerta y un gancho
Cubeta o bolsa fuerte para el peso	1	Cocina	Una bolsa de mandado reutilizable
Agua y jarra medidora	5 L y taza de 250 mL	La llave	Bolsas de arroz de peso conocido
Gancho tipo S o mosquetón	1	Ferretería, unas monedas	Un gancho de ropa doblado
Regla, tijeras y marcador	1 de cada uno	Cajón	Nada más
Balanza de cocina	1	Cocina	Sáltala: 250 mL de agua son 250 g
Cojín o toalla doblada	1	Donde sea	Va debajo de la cubeta

Tiempo: preparación 20 min, experimento 30 min, limpieza 5 min Costo: casi todo está en tu casa Nivel de desorden: bajo adentro, menor en el patio. Va a salpicar cuando truene

Haz el experimento: experimento de resistencia de materiales con bolsas

Paso 1 — Corta cinco tiras de exactamente 2 cm de ancho y 20 cm de largo

El ancho es todo el experimento. Traza una línea, corta sobre ella, mide la tira y vuelve a cortar si se pasó más de un milímetro. Corta las cinco tiras en la misma dirección respecto a la bolsa: desde la boca hacia el fondo. Anota la dirección en cada tira con el marcador.

Paso 2 — Amarra cada tira formando un lazo

Traslapa las puntas 3 cm y haz un nudo sencillo, o dobla el traslape y engrápalo dos veces. El nudo concentra la carga, así que todas las tiras tienen que ir anudadas igual. Si una tira siempre se rompe en el nudo, ese es un resultado del nudo, no del material.

Paso 3 — Arma el montaje

Atraviesa el palo de escoba sobre los respaldos de las dos sillas. Cuelga un lazo del palo, mete el gancho S por abajo y cuelga la cubeta vacía. Pon el cojín debajo. Nadie se sienta, se arrodilla ni mete los pies abajo de la cubeta.

Paso 4 — Agrega agua de 250 en 250 mL y anota

Sirve 250 mL en la cubeta, espera cinco segundos, sirve otros. Cuenta en voz alta. Cuando la tira truene, el último total anotado es la carga de rotura. Pesa también la cubeta vacía y súmala.

Paso 5 — Repite con los cinco materiales, tres tiras de cada uno

Tres tiras por material. La película no es uniforme y una sola tira no te dice casi nada. Promedia las tres y anota también la dispersión, no solo el promedio.

Paso 6 — La prueba del piquete

Toma una tira nueva de la bolsa que mejor haya salido. Hazle un piquete de 2 mm en un borde, a la mitad. Pruébala igual que las demás.

Paso 7 — La prueba de dirección

Corta tres tiras más de la misma bolsa, pero ahora a lo ancho en lugar de a lo largo. Mismo ancho, mismo nudo, misma cubeta.

Lo que deberías ver: Una tira sola de 2 cm de una bolsa delgada de supermercado suele reventarse entre 0.8 y 1.5 kg, y casi no se estira antes de irse. La bolsa suave del pan se estira muchísimo, a veces se adelgaza como un listón, y normalmente truena con menos peso. El papel no se estira nada y se corta limpio, muchas veces con varios kilos. La tira con piquete falla con una fracción de la carga de la tira intacta, casi siempre con menos de la mitad, y se rasga desde el piquete todas las veces. Las tiras cortadas a lo ancho se portan muy distinto de las cortadas a lo largo: a veces se estiran tres veces más.

Qué está pasando en realidad

La resistencia a la tracción es el esfuerzo que aguanta un material antes de romperse, y esfuerzo significa fuerza dividida entre el área de la sección que la carga. Las unidades son newtons por milímetro cuadrado, también llamados megapascales. Por eso la lectura de tu cubeta no alcanza para ordenar materiales: una tira más gruesa sostiene más kilos sin ser un material más resistente.

Justo sobre eso está construido el método estándar ASTM D882, “Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting”. Especifica el ancho de la tira, la separación entre mordazas, la velocidad con que se aplica la carga y la obligación de reportar el resultado como esfuerzo. Tu palo de escoba es una versión rústica de esa máquina, y las tres cosas que el estándar fija son las tres que las versiones caseras suelen arruinar.

Para pasar de kilos a megapascales necesitas el espesor de la película, y no hace falta un micrómetro. Corta un cuadro de 10 cm por 10 cm, pésalo en la balanza de cocina y divide: espesor igual a masa entre área por densidad. La densidad del polietileno es cerca de 0.95 g/cm³ en el de alta densidad y 0.92 en el de baja. Un cuadro de 10 cm que pesa 0.14 g da unos 15 micrómetros, que es lo normal en una bolsa de supermercado.

Ahora el resultado de la dirección, que es la física de verdad. Las bolsas se hacen por extrusión de película soplada: el polietileno fundido sale por una boquilla anular, se infla como un globo y se jala hacia arriba. Ese jalón y ese inflado estiran las cadenas del polímero, que terminan parcialmente alineadas con la dirección de máquina. Chambon y Srinivas midieron esa orientación en películas de polietileno en 1999, y Guleria y colegas mostraron en 2024 cuánto cambia la relación de estirado las propiedades mecánicas resultantes. Las cadenas alineadas aguantan bien a lo largo y mal a lo ancho. Por eso una bolsa se rasga derechito en una dirección y se resiste en la otra, y por eso tus dos juegos de tiras no se ponen de acuerdo.

El piquete es otra idea, y más grande. Una muesca no solo quita material: concentra el esfuerzo en su punta, así que el esfuerzo local ahí es muchísimo mayor que el promedio en la tira. Alan Griffith lo resolvió para sólidos frágiles en 1921, mostrando que la fractura arranca desde defectos y no porque el material falle de forma uniforme. Por eso los empaques traen muescas para abrir, por eso un parabrisas rayado se estrella desde el rayón, y por eso los ingenieros buscan grietas de milímetros. “Tenía un defectito” no es un pretexto flojo: es el mecanismo.

¿Y en América Latina?

Hay un detalle práctico grande: en buena parte de la región la bolsa delgada de supermercado ya casi no existe. Chile prohibió las bolsas plásticas de un solo uso con la ley 21.100 de 2018, la Ciudad de México lo hizo en 2020, y varias provincias argentinas y municipios colombianos siguieron. Eso no arruina el experimento, lo aterriza: usa bolsas de rollo de frutas y verduras, bolsas del pan de la panadería de la esquina, bolsas para basura, o la bolsa de leche en sachet. En Perú, las bolsas de polipropileno tejido de los mercados mayoristas son un quinto material excelente.

Y usa esa prohibición como pregunta. ¿La bolsa de papel y la reutilizable que las reemplazaron aguantan más o menos que la prohibida? Mide, no opines. El papel gana en kilos y pierde en energía absorbida, porque no se estira. Para el mandado de la semana, esa diferencia es justo la que importa cuando se te rompe en la banqueta.

En currículo escolar encaja en propiedades de los materiales y en diseño tecnológico: en México, en los Aprendizajes Clave de la SEP; en Colombia, en los estándares de ciencias naturales y tecnología que evalúa el ICFES; en Perú, en el área de Ciencia y Tecnología del currículo nacional. Para una feria de ciencias, la gráfica de carga de rotura contra ancho de tira es el tipo de dato que los jurados casi nunca ven en un proyecto de primaria.

Cómo explicárselo a tu hijo

De 5 a 8 años: tiras delgadas, carreras justas

Déjalo cortar y servir el agua. Mantén el lenguaje físico: estamos jalando hasta que se rompa, y queremos que todas las tiras tengan la misma oportunidad, así que todas deben ser del mismo ancho. Que sienta cómo la bolsa elástica se pone larga y flaca antes de tronar, y cómo el papel no se mueve nada antes de rasgarse. Dos maneras distintas de ser fuerte.

De 9 a 12 años: resistencia es fuerza entre área

Mete la división. Dos kilos sostenidos por una tira del doble de grueso no es el doble de resistente: es la misma resistencia. Que mida el cuadro de 10 cm, lo pese, calcule el espesor y convierta sus lecturas de cubeta en esfuerzo en megapascales. Comparar una bolsa de plástico con una de papel solo empieza a tener sentido ahí, y va a notar que las dos quedan más cerca de lo que sugerían los kilos.

De 13 en adelante: orientación, defectos y energía

Dale el panorama completo: orientación molecular por película soplada, concentración de esfuerzos en una muesca y la diferencia entre resistencia y tenacidad. Una tira de papel y una de plástico pueden romperse a un esfuerzo parecido mientras el plástico absorbe mucha más energía en el camino, porque energía es fuerza por distancia y el plástico se estiró. Pídele que estime esa energía con sus propios datos. Luego pregúntale qué propiedad importa en una bolsa de mandado y cuál en una cuerda de escalar.

La pregunta que debes hacer: “Si te doy una tira de bolsa que ya tiene un rasguño chiquito y tienes que cargar algo pesado, ¿preferirías cortar la parte rasgada y usar una tira más angosta, o quedarte con el ancho completo y el rasguño adentro?”

Por qué enseñar esto temprano vale la pena

Los niños, y muchos adultos, usan “fuerte” como una sola palabra que tapa rigidez, resistencia, tenacidad y dureza. Son cuatro propiedades distintas y medibles, y confundirlas produce razonamientos malos por años: que elástico significa débil, que grueso significa fuerte, que una grieta chiquita es cosmética. Separarlas temprano rinde en física de secundaria y en cualquier clase de diseño y tecnología.

La idea del defecto llega mucho más lejos que los materiales. Los sistemas suelen fallar en su punto más débil, no en su punto promedio, y un niño que vio 2 milímetros de piquete partir a la mitad la resistencia de una tira tiene un recuerdo físico de eso.

Dos piezas de investigación educativa valen la pena aquí. El metaanálisis de Alfieri y colegas de 2011 encontró que el descubrimiento guiado ayuda y el no guiado en general no, y Kirschner, Sweller y Clark argumentaron en 2006 que dejar a un principiante resolviendo solo es poco confiable. Así que no entregues las tijeras y te cruces de brazos: pide una predicción, explica en el momento correcto y pide que te lo repita con sus palabras. Una tarde rompiendo bolsas no convierte a nadie en ingeniero. Sí puede cambiar para siempre lo que significa “fuerte” para tu hijo.

Antes de empezar: lo que los papás deben saber

Mejor edad	8 a 14 años. Antes de los 8 la aritmética queda lejos, aunque jalar y la prueba del piquete sí aterrizan
Supervisión	Cercana. Hay tijeras y una cubeta de agua que va a caerse sin avisar
Riesgos reales	La cubeta cayendo sobre los pies; una tira que truena puede latiguear hacia la cara, así que todos de lado; las bolsas de plástico son riesgo de asfixia para bebés y niños pequeños, guárdalas al terminar
No hagas esto	No uses frascos de vidrio ni nada quebrable como peso, y no cuelgues la carga arriba de un pie, una mascota o una computadora

Cuando no funciona

• Todas las tiras se rompen en el nudo. El nudo está concentrando el esfuerzo: es el efecto del piquete disfrazado. Dobla el traslape sobre un lápiz corto y pégalo con cinta para repartir la carga.
• Los resultados saltan por todos lados. Es normal en película plástica, y por eso pruebas tres tiras. Si la dispersión pasa del 30%, revisa que los anchos sean de verdad iguales.
• La cubeta llega al piso antes de que algo truene. Sube el montaje: cruza el palo en un marco de puerta o usa un lazo más corto.
• La bolsa elástica nunca truena, nomás se estira. Anota la carga a la que se adelgaza como listón y llámala punto de cedencia: es una medición real y una propiedad distinta.
• La tira de papel se rasga desde el borde de inmediato. Los cortes de tijera dejan muescas minúsculas en el papel. Corta limpio de una pasada, o ráspala sobre un doblez.

Para llevarlo más lejos

1. Cambia una variable: el ancho. Prueba tiras de 1 cm, 2 cm y 4 cm de la misma bolsa. Grafica carga de rotura contra ancho. Si sale casi una línea recta que pasa por el cero, acabas de demostrar que la propiedad del material es el esfuerzo, no la fuerza.
2. Cambia la temperatura. Mete tres tiras al congelador una hora y deja tres en un lugar tibio, y prueba las dos. El polietileno se vuelve más rígido y más frágil en frío, y la diferencia se ve.
3. Pre-estira una tira. Jálala despacio hasta que se adelgace y pruébala. La zona estirada suele ser más resistente por unidad de área que la original, porque alineaste las cadenas tú mismo: el truco de la fábrica.

Jalar es tracción. Para la otra mitad de la historia, donde la forma decide si un material sobrevive a que lo aplasten, mira nuestro puente de papel con materiales mínimos. Y las mismas cadenas de polímero que hacen que una bolsa se estire son la razón del comportamiento del slime, que explicamos en la química de polímeros con slime.

Qué observar en los próximos 3 meses

• Semana 4: Nota la muesca para abrir en una bolsa de papas, o se queja de que la bolsa “empezó desde el agujerito”.
• Mes 2: La frase “depende de qué tan gruesa sea” aparece cuando alguien afirma que un material es más fuerte que otro.
• Mes 3: Aplica la idea del defecto en otra parte: una pantalla estrellada, un cordón deshilachado, un plato con una melladura. Esa transferencia es el objetivo, y conviene seguirla con una pregunta en lugar de una corrección.

Preguntas frecuentes

¿Necesito balanza de cocina?

No. El agua medida es una balanza: 250 mL de agua pesan 250 g con un error de una fracción de porcentaje. La balanza solo la ocupas para el truco del espesor, donde pesas un cuadro de 10 cm para saber qué tan delgada es la película.

¿Por qué la bolsa flojita le ganó a la gruesa?

Casi seguro porque midieron fuerza, no resistencia. Divide cada carga de rotura entre el área de la sección de la tira y el orden suele cambiar. También puede ser el material: el polietileno de alta densidad es genuinamente más resistente por unidad de área que el de baja densidad de las bolsas suaves.

¿Cuál es la diferencia entre resistente y tenaz?

Resistente significa que hace falta un esfuerzo alto para romperlo. Tenaz significa que absorbe mucha energía antes de romperse. Una galleta es bastante resistente y nada tenaz. Una bolsa de pan es poco resistente y bastante tenaz. Las bolsas de esta prueba te muestran las dos.

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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. ASTM International. ASTM D882-18, “Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting.” https://www.astm.org/d0882-18.html
2. Chambon, F. y Srinivas, S. (1999). “Orientation Analysis of Cast and Blown Polyethylene Films.” Journal of Plastic Film & Sheeting, 15(4), 297–307. https://doi.org/10.1177/875608799901500405
3. Guleria, A., et al. (2024). “Impact of molecular architecture and draw ratio on enhancement of targeted mechanical properties of blown films.” Journal of Plastic Film & Sheeting, 41(1), 35–67. https://doi.org/10.1177/87560879241293392
4. Griffith, A. A. (1921). “The phenomena of rupture and flow in solids.” Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, 221, 163–198. https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006
5. Alfieri, L., Brooks, P. J., Aldrich, N. J. y Tenenbaum, H. R. (2011). “Does discovery-based instruction enhance learning?” Journal of Educational Psychology, 103(1), 1–18. https://doi.org/10.1037/a0021017
6. Kirschner, P. A., Sweller, J. y Clark, R. E. (2006). “Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work.” Educational Psychologist, 41(2), 75–86. https://doi.org/10.1207/s15326985ep4102_1
7. National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. National Academies Press. https://doi.org/10.17226/13165