Experimento nube en un frasco: mírala formarse

Hecho en el orden equivocado, esto es un truco de fiesta. Hecho en el orden correcto, responde una pregunta que la mayoría de los adultos no puede: ¿por qué el cielo está despejado alguna vez, si está lleno de agua? El secreto es correr el frasco dos veces. Primero sin agregar nada, donde sale una hebra tenue en el mejor de los casos. Después con un disparo corto de fijador, donde el frasco se llena de una nube blanca y densa en unos quince segundos. Misma agua, mismo frío, mismo frasco. La diferencia es que la segunda vez el agua tenía dónde aterrizar. Ese contraste es lo que vuelve valioso un experimento nube en un frasco bien hecho, y casi nadie lo incluye.

Puntos clave

• Vas a atrapar aire húmedo y tibio en un frasco bajo una tapa helada, correrlo una vez sin partículas y otra con un disparo de fijador, y comparar.
• Enseña condensación, punto de rocío, y que las gotas de nube necesitan núcleos de condensación para formarse con humedades realistas.
• Edad ideal: 6 a 12 años. El adulto sirve el agua hirviendo y maneja el aerosol a cualquier edad.
• La falla típica es un frasco que no está suficientemente caliente o una tapa que no está suficientemente fría. Las dos mitades de la diferencia importan.
• El fijador es inflamable y no se debe inhalar. Un disparo corto, en un cuarto ventilado, sin ninguna flama cerca.

Lo que vas a necesitar

Artículo	Cuánto	Dónde conseguirlo	Si no lo tienes
Frasco de vidrio alto y transparente, 1 L o más	1	Frasco de conservas o de salsa	Un florero de vidrio. Alto y ancho le gana a chico y redondo
Charola de metal o tapa metálica grande	1	Cocina	Un plato, que funciona peor porque aísla
Cubos de hielo	6 a 8	Congelador	Una bolsa de chícharos congelados, peor pero sirve
Agua recién hervida	300 ml	Hervidor u olla	Una olla en la estufa
Fijador de cabello en aerosol	1 lata, un disparo corto	Baño de la casa	Desodorante en aerosol sin perfume, o una gota de alcohol de farmacia para la versión botella
Botella de plástico transparente de 2 L con tapa	1	Reciclaje	Cualquier botella transparente que se pueda apretar
Linterna o luz del celular	1	Bolsillo	Luz de ventana, de lado
Cartón oscuro de fondo	1	Cualquier caja	Para el frasco frente a un pasillo oscuro

Tiempo: preparación 10 min, experimento 25 min, limpieza 5 min Costo: todo está probablemente en tu casa Nivel de desorden: bajo, con una charola mojada

Haz el experimento: nube en un frasco, paso a paso

Paso 1 — Enfría la tapa y oscurece el fondo

Mete la charola de metal al congelador diez minutos, o cárgala de hielo y déjala. Para el frasco sobre el cartón oscuro y pon la linterna iluminando de lado, no de atrás.

Lo que deberías ver: la iluminación es la parte que todos se saltan y luego se preguntan por qué la nube es invisible. Luz de lado contra fondo oscuro hace brillar las gotas; luz de atrás las esconde.

Paso 2 — Calienta el frasco con agua hirviendo y vacía casi todo

Solo adulto. Vierte 300 ml de agua recién hervida en el frasco, muévela 30 segundos para calentar el vidrio, y tira casi toda dejando unos 2 cm en el fondo.

Lo que deberías ver: un frasco caliente con un charco bajo, y el vidrio empañándose arriba. El aire de adentro ya está tibio y casi saturado de vapor de agua.

Paso 3 — Corre el control primero: tapa fría, nada agregado

Pon la charola con hielo encima del frasco, sellando la boca. Observa un minuto completo.

Lo que deberías ver: una hebra tenue, girando cerca de la superficie. Casi siempre vas a ver algo, porque el aire de cualquier cuarto trae polvo, sal y polen. Fíjate en lo delgada que es: reconocer que el control no está vacío sirve más que pretender que sí.

Paso 4 — Agrega un disparo corto de fijador y vuelve a tapar

Levanta la charola, que el adulto dé un disparo breve de fijador dentro de la boca del frasco, y vuelve a poner la charola fría de inmediato. Caras lejos y el cuarto ventilado.

Lo que deberías ver: en 10 a 20 segundos el frasco se llena de una nube blanca, densa y girando. La diferencia con el Paso 3 no es sutil: se ve desde el otro lado del cuarto.

Paso 5 — Destapa, y después haz la versión reversible con la botella

Desliza la charola y mira la nube derramarse por el borde. Después toma la botella de plástico, agrega una cuchara de agua tibia, un disparo de fijador, tápala bien, apriétala fuerte cinco segundos y suelta de golpe.

Lo que deberías ver: la nube sale del frasco y se hunde, porque está más fría y más densa que el aire del cuarto. En la botella, una nube aparece en el instante en que sueltas y desaparece cuando vuelves a apretar, y lo pueden repetir veinte veces. Esa versión se parece más a cómo se forman las nubes de verdad.

Qué está pasando en realidad

El aire tibio aguanta más vapor de agua que el aire frío. Enfría una porción de aire húmedo y llegas a su punto de rocío, la temperatura a la que está exactamente saturada; enfríala más y el vapor de sobra tiene que salirse de la fase gaseosa. La explicación de JetStream de la NOAA sobre cómo se forman las nubes y el Centro de Educación Científica de UCAR plantean esa secuencia, y tu charola helada es lo que empuja la parte alta del frasco por debajo de su punto de rocío.

Y aquí está lo que revela el fijador. El vapor de agua no se condensa fácilmente en gotas a partir de nada. Formar una gota nueva desde vapor puro, lo que en física se llama nucleación homogénea, exige sobresaturaciones de varios cientos por ciento, porque una gota diminuta tiene una superficie tan curva que se evapora más rápido de lo que crece. La atmósfera real nunca ve esas condiciones. En su lugar, el vapor se condensa sobre partículas que ya están ahí: polvo, sal marina, hollín, polen, sulfatos. Se llaman núcleos de condensación nubosa, y con ellos presentes las gotas se forman con sobresaturaciones muy por debajo del uno por ciento. El panorama de la NASA sobre aerosoles explica cuánto peso tienen esas partículas en la atmósfera real.

Ahora la corrección que vale la pena llevarse. Una nube no es vapor de agua. El vapor de agua es un gas invisible, y estás respirando algo de él ahora mismo. Una nube es una suspensión de gotas de agua líquida, típicamente de 10 a 20 micrómetros, o de cristales de hielo más arriba. Una nube se ve precisamente porque el agua dejó de ser gas. La misma confusión hace que llamemos “vapor” a la pluma blanca de una olla: la parte invisible junto a la boca es vapor, y la parte blanca que ves ya son gotas condensadas.

Una limitación honesta del frasco. Las nubes reales no se hacen, en general, porque el aire toque algo frío. Se hacen porque el aire sube, se expande hacia una presión menor y se enfría al hacerlo, a cerca de 9.8 °C por kilómetro mientras no está saturado. Tu versión de la botella es el análogo correcto: apretar comprime y calienta, soltar expande y enfría, y la nube aparece en la expansión. El frasco enseña bien el punto de rocío y los núcleos; la botella enseña el mecanismo atmosférico.

Cómo explicárselo a tu hijo

De 5 a 8 años

Dile que el aire está lleno de agua invisible, que es cierto, y que el agua quiere volverse gotitas cuando se enfría, que también es cierto. Pero una gota no puede empezar de la nada: necesita una basurita de polvo donde sentarse, como una semilla necesita tierra. El fijador le dio millones de basuritas de golpe.

Después que sople sobre un vidrio frío y comparen. La misma idea: superficie fría, agua invisible que se vuelve visible. Pregúntale de dónde salieron las basuritas en ese caso.

De 9 a 12 años

Presenta el punto de rocío como la temperatura a la que el aire ya está lleno de agua. Después dale el dato que sorprende: sin polvo, el aire tendría que estar cuatro o cinco veces sobresaturado para que una gota arrancara sola, lo que nunca pasa afuera. Cada nube del cielo está sentada sobre polvo. Que repita el control dos veces más y ordene los resultados por densidad, con eso alcanza para mostrar que es repetible y no casualidad. Nuestra guía del ciclo del agua en una bolsa sigue la misma agua por evaporación y de regreso.

De 13 en adelante

Rétalo a diseñar una versión que distinga el enfriamiento por contacto del enfriamiento por expansión. La botella lo hace: no hay ninguna superficie fría, así que cualquier nube tiene que venir de la expansión adiabática. Que mida la temperatura de la botella con un termómetro de sonda por la tapa antes e inmediatamente después de soltar; la caída es chica, un grado o dos, pero real y encontrable. Después busquen el gradiente adiabático seco y calculen cuánto tendría que subir una porción de aire para enfriarse lo mismo. Para el lado de la presión, nuestra nota sobre las corrientes de convección les da el movimiento del aire tibio.

La pregunta que debes hacer: “Si el aire sobre una ciudad tiene más polvo que el aire sobre el mar, ¿las nubes de ciudad tendrían gotas más grandes o más chicas, con la misma cantidad de agua?”

Por qué enseñar esto temprano vale la pena

La distinción entre vapor y gota está debajo de muchísima ciencia posterior: humedad, ciclo del agua, frentes, cómo se forma la niebla, por qué se empañan los lentes, y qué hacen los aerosoles al clima. Los niños suelen llegar a ese material con un modelo donde las nubes están “hechas de vapor” o son de alguna forma sólidas, y esos modelos son coherentes y duraderos. Vosniadou y Brewer mostraron en su estudio de los modelos infantiles de la Tierra que los niños parchan modelos inconsistentes en vez de abandonarlos, y por eso un experimento que contradice el modelo trabaja más que otra explicación.

El control es el otro pago: correr el frasco sin fijador primero es lo que convierte un resultado impresionante en evidencia sobre una causa. El marco K-12 del National Research Council pone “planear investigaciones” entre sus prácticas, y “córrelo sin la única cosa que crees que importa” es la versión más simple de esa práctica disponible en una cocina.

Esto no cambia la trayectoria de un niño en una tarde. La afirmación defendible es que una contradicción vívida más un adulto que la explica es un buen uso de veinticinco minutos.

¿Y en América Latina?

El material difícil de nombrar es el aerosol. En la región se vende como fijador o laca para el cabello en cualquier farmacia o tienda de barrio, y cualquier marca sirve: la nube depende de las partículas, no del perfume. La alternativa, mejor para la versión de la botella, es el alcohol de farmacia (isopropílico al 70 por ciento): una gota adentro de la botella y el vapor de alcohol condensa espectacularmente al soltar la presión. Es inflamable, así que lejos de la estufa. Los frascos de conservas de salsa o de duraznos son perfectos y están en cualquier cocina.

El gancho local es grande, porque la región tiene dos de los fenómenos de nube más interesantes del mundo. La garúa de Lima y la camanchaca del norte de Chile son nieblas costeras que viven del aire frío de la corriente de Humboldt, y en el desierto de Atacama y en Lomas de Lachay existen atrapanieblas: mallas que cosechan esas gotas y producen agua potable en zonas donde casi nunca llueve. Si tu hijo vive en la costa del Pacífico, acaba de fabricar una camanchaca en un frasco. Y si viven en los Andes, la altitud cambia la geometría: en Bogotá o Quito las nubes se forman mucho más cerca del suelo, y el aire ya empieza más frío, así que el control del Paso 3 suele dar más nube que al nivel del mar.

Para la escuela: en México el ciclo del agua y la atmósfera entran en Saberes y Pensamiento Científico de la SEP desde primaria; en Chile las Bases Curriculares de Ciencias Naturales de 4° y 5° básico tratan el tiempo atmosférico; en Colombia los estándares de Ciencias Naturales de 4° a 7° incluyen el ciclo del agua; en Argentina los Núcleos de Aprendizajes Prioritarios trabajan los fenómenos atmosféricos. Un proyecto que compare la nube con cero, uno, dos y cuatro disparos de fijador, fotografiado igual, es trabajo de feria serio.

Antes de empezar: lo que los papás deben saber

Mejor edad	6 a 12. Los más chicos se quedan con la versión de soplar en el vidrio; los adolescentes necesitan la comparación con la botella.
Supervisión	El adulto sirve el agua hirviendo, maneja el frasco caliente y dispara el aerosol. El niño hace la tapa, la linterna y la observación.
Peligros reales	Agua hirviendo y vidrio caliente, que puede trizarse por choque térmico; templarlo primero con agua caliente de la llave. El fijador es un aerosol inflamable e irritante respiratorio. Un disparo corto, cuarto ventilado, ninguna cara encima del frasco, ninguna flama ni quemador encendido cerca. Evítalo si hay alguien con asma.
No hagas esto	No uses un cerillo encendido o apagado como fuente de partículas, aunque muchas instrucciones lo sugieran. No sustituyas con insecticida, limpiahornos ni nada que no esté hecho para liberarse cerca de una persona. No selles la botella de plástico y la calientes.

Cuando no funciona

• No hay nube ni con fijador. La diferencia de temperatura es muy chica. El frasco tiene que estar realmente caliente y la charola realmente fría.
• Se forma nube pero no se ve. Iluminación. Apunta la linterna de lado, contra fondo oscuro. Esto arregla más fallas que cualquier otra cosa.
• El vidrio se empaña y no se ve nada adentro. Es condensación por fuera, porque el frasco está frío y el cuarto húmedo. Limpia el exterior e inclina el frasco para mirar por una zona limpia.
• El control del Paso 3 da tanta nube como el Paso 4. Tu aire está polvoso, y eso es un resultado legítimo, no una falla. Repite en un baño recién ventilado, o anótalo y discútanlo.

Para llevarlo más lejos

Varía la cantidad de núcleos. Corre cuatro frascos con cero, uno, dos y cuatro disparos de fijador, con la misma temperatura de agua y el mismo hielo. Fotografía cada uno a los diez segundos con la misma luz. Más núcleos significa más gotas y más chicas, lo que se ve más blanco y más denso. Es la versión de cocina de una pregunta real de la ciencia del clima.

Mide el punto de rocío. Pon un termómetro en el frasco y anota la temperatura en el momento exacto en que aparece la nube, y repite con un frasco menos caliente. Están encontrando la condición y no solo el efecto, y los números van a coincidir dentro de un grado o dos.

Qué observar en los próximos 3 meses

• Semana 4: señala que el vapor no se ve, que lo blanco ya es agua condensada, normalmente mientras alguien hierve agua.
• Mes 2: la niebla, el espejo empañado del baño o la estela de un avión se explican con enfriamiento y gotas, no con “vapor”.
• Mes 3: conecta el polvo con las nubes sin que nadie le pida, muchas veces después de un día con mucho polvo o humo, y pregunta si la contaminación cambia el clima. Lo hace, y es una gran conversación.

Preguntas frecuentes

¿Sirve el humo de un cerillo en vez del fijador?

Funciona, y es el método tradicional, porque las partículas de humo son excelentes núcleos de condensación. Lo dejamos fuera a propósito: implica prender y apagar un cerillo sobre un frasco abierto de agua caliente con un niño asomado. El fijador da el mismo resultado sin flama.

¿Por qué la nube se hunde al destapar?

Porque está más fría que el cuarto y por lo tanto es más densa, y las gotas mismas agregan masa. Es la misma razón por la que el aire frío se derrama a tus pies cuando abres el congelador.

¿Un disparo de fijador es seguro de respirar cerca?

Un solo disparo corto dentro de un frasco, en un cuarto ventilado y sin caras encima, es una exposición pequeña. Sigue siendo un aerosol con solventes y propelentes, así que ventana abierta, no repetirlo muchas veces en un cuarto cerrado, y sáltate esta versión si hay alguien con asma. Usa la botella con alcohol de farmacia.

¿La nube del frasco es igual a una nube real?

Las gotas sí, y los núcleos de condensación sí. El enfriamiento no: tu frasco se enfría tocando algo frío, y la atmósfera se enfría subiendo y expandiéndose. La versión de la botella del Paso 5 es el análogo honesto.

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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. National Oceanic and Atmospheric Administration, National Weather Service. “How Clouds Form.” JetStream. https://www.noaa.gov/jetstream/clouds/how-clouds-form
2. UCAR Center for Science Education. “Clouds and How They Form.” https://scied.ucar.edu/learning-zone/clouds/how-clouds-form
3. NASA Earth Observatory. “Aerosols: Tiny Particles, Big Impact.” https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/aerosols/
4. Met Office (Reino Unido). “Clouds.” https://www.metoffice.gov.uk/weather/learn-about/weather/types-of-weather/clouds
5. Vosniadou, S., & Brewer, W. F. (1992). “Mental models of the earth: A study of conceptual change in childhood.” Cognitive Psychology, 24(4), 535–585. doi:10.1016/0010-0285(92)90018-W
6. National Research Council. (2012). A Framework for K-12 Science Education. National Academies Press. doi:10.17226/13165
7. National Institute of Standards and Technology. “Thermophysical Properties of Fluid Systems.” NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
8. National Health Service (Reino Unido). “Burns and scalds.” https://www.nhs.uk/conditions/burns-and-scalds/