La Caja Negra

¿que será, será?

Disponemos de una caja cerrada, de la que queremos averiguar el contenido. La caja está atravesada por tres varillas, que podemos retirar, pero en ese caso estaremos cambiando la disposición del contenido.
Para averiguar su contenido se pueden realizar diversas acciones, como agitarlo para escuchar los sonidos y notar los movimientos internos. También se dispone de un pequeño imán para averiguar si alguno de los objetos interiores es metálico.

También se dispone de una segunda caja, con contenido idéntico, que sirve de control por si se retiran las varillas de la primera.

Observaciones:

• Hay objetos móviles que ruedan o se deslizan libremente por el interior. Los hay de diferentes tamaños. Por la forma de desplazarse, puede que haya canicas, de varios tamaños, y objetos cilíndricos, como tubos o clavos, ya que en algunas direcciones se deslizan en vez de rodar.
• También hay otros objetos que suenan en distintas posiciones, como si fueran golpeados por los móviles al pasar. Por el sonido parecen cascabeles.
• Inicialmente hay algunos objetos sujetos en las varillas. En la varilla metálica izquierda hay algo resistente, que cae con facilidad si se extrae esta varilla. en la varilla metálica derecha, por el contrario, hay algún material elástico que hace resistencia a la retirada de la varilla.

Conclusiones:
En la caja hay varios objetos móviles, como canicas, cuentas o rodamientos. También varillas o clavos.
Inicialmente hay varios objetos fijados a las varillas: cascabeles u objetos metálicos similares, como arandelas, anillos o cuentas, puede que también haya una cadena uniendo varias de las varillas. En una de las varillas hay un objeto grande plástico (una pelota, una goma elástica...)

Orientaciones para los alumnos:
Esta actividad podría estar dedicada a alumnos de 3º de ESO, cuando comienzan a investigar el comportamiento de la materia, como átomos, la estructura atómica, las reacciones químicas, etc. Todos estos fenómenos no pueden observarse "internamente", a nivel microscópico (lo que equivaldría a abrir la caja).
Únicamente podemos investigarlos a partir de los fenómenos macroscópicos que producen. Los fenómenos macróscopicos (tales como cambios de fase o de temperatura, reacciones químicas, precipitaciones, u otros) son producidos de forma controlada en forma de experimentos, de los que se extraen datos, a partir de los cuales se obtienen hipótesis sobre la estructura interna de la materia.
De la misma forma, realizando experimentos con la caja cerrada, se pueden observar fenómenos como ruidos, movimientos internos, de los cuales se pueden extraer conclusiones sobre el contenido.

Preguntas orientadoras:
Tenemos un misterio que tenemos que investigar, siguiendo una normas:

1. Antes de tocar la caja, ¿Qué características de los objetos que hay dentro sí que podemos obtener y con qué sentidos?
2. Desarrollad un guión o protocolo de pasos a seguir en la  investigación para estar seguros de que no nos dejamos ningún detalle por probar. ¿qué pasos seguiréis y qué cosas probaréis antes que quitar o mover las varillas? Tomad nota de todo lo que observáis (sin sacar conclusiones) mientras vayáis siguiendo los pasos.
3. ¿Que da más información sobre el contenido, un movimiento cuidadoso, o una agitación rápida? Sacando las varillas, cambias la situación interna y ya no podéis reconstruirla: se ha "destruido". ¿Es posible obtener información "destruyendo" de forma controlada el objeto que se investiga?
4. ¿Qué conclusiones podéis sacar sobre el contenido de la caja?. Las conclusiones no deben contradecir ninguna de las anotaciones que hayáis hecho en el punto 2.
5. El contenido de las cajas de los otros grupos es muy parecido, pero no completamento idéntico al vuestro. ¿pueden las conclusiones de los otros grupos servir para vuestra caja? ¿completamente, o hasta que punto?

La caja negra es un modelo cerrado, en este caso podría servir como analogía para el modelo atómico, pero también para otros sistemas físicos. De todas formas, a los alumnos les debe quedar clara la diferencia entre un modelo y un sistema físico. El sistema físico es real, pero de él únicamente conocemos los fenómenos y lo observado en los experimentos, mientras que el modelo físico es una aproximación teórica a la realidad. Como tal, nunca debe contradecir ninguno de los experimentos u observaciones. Los modelos, por lo tanto, se van refinando y mejorardo con el tiempo, de forma que se vayan ajustando mejor a las nuevas observaciones del sistema físico.

Si se consigue orientar a los alumnos según esta perspectiva, esta experiencia puede servir muy bien para que los alumnos reflexionen sobre el objetivo de la ciencia, la experimentación con ensayos destructivos y no destructivos, sus limitaciones y su progreso.