FUERZAS Y MOVIMIENTOS - Los materiales (Parte B)

FUERZAS Y MOVIMIENTOS

AUTORAS: ANALÍA CABRERA Y MARINA MARTÍNEZ
AÑO: 2016
GRADO: 7mo. Gado
BLOQUE: Fuerzas y movimientos
TEMA: Las fuerzas y el movimiento


Esta secuencia se propone continuar en séptimo grado el abordaje del tema iniciado en otra secuencia para cuarto grado, elaborada por las mismas autoras.


Marco conceptual


Uno de los primeros en estudiar con seriedad el movimiento fue Aristóteles, el filósofo y científico más destacado de la Grecia Antigua. Aristóteles intentó aclarar el movimiento clasificandolo.   
Las enseñanzas de Aristóteles afirmaban que todos los movimientos se debían a la naturaleza del objeto en movimiento, o a un empuje o tracción sostenidos. Siempre que un objeto está en su lugar propio no se moverá, a menos que se le someta a una fuerza. A excepción de los objetos celestes, el estado normal es el de reposo.  


Primera Ley de Newton del movimiento
La idea aristotélica  de que un objeto en movimiento debe estar impulsado por una fuerza continua fue demolida por Galileo, quien dijo que en ausencia de una fuerza, un objeto en movimiento continuará moviéndose. La tendencia de las cosas a resistir cambios en su movimiento fue  lo que Galileo llamó inercia. Newton refinó esta idea, y reformuló su primera ley, que bien se llama ley de la inercia. Puede enunciarse así: Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él. En otras palabras, un objeto continúa haciendo lo que haga a menos que sobre él actúe una fuerza.  Si está en reposo continúa en un estado  de reposo.  La propiedad de los objetos de resistir cambios en su estado de movimiento se lo llama inercia.
Si un objeto se mueve, continúa moviéndose sin girar  ni cambiar su rapidez. Se deben imponer cambios del movimiento contra la tendencia de un objeto a retener su estado de movimiento. En ausencia de fuerza neta, un objeto en movimiento tiende a moverse indefinidamente a lo largo de una línea recta.


Fuerza
Los cambios de movimiento son producidos por una fuerza, o por una combinación de fuerzas. Las fuerzas en el sentido más sencillo  pueden ser un empuje o un tirón. Su causa puede actuar directamente  o a distancia. En el primer caso puede ser simplemente esfuerzo muscular, y en el segundo, puede ser gravitacional, eléctrica, magnética. Cuando sobre un objeto actúa más que una sola fuerza, lo que se considera es la fuerza neta, que es el resultado de la acción de todas las fuerzas, también llamada Resultante.


Segunda Ley del movimiento
La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, tiene la dirección de la fuerza neta y es inversamente proporcional a la masa de su objeto.
Un objeto se acelera en la dirección de la fuerza que actúa sobre él. Si se aplica en la dirección de movimiento del objeto, la fuerza aumentará la rapidez del objeto. Si se aplica en dirección contraria, disminuirá su rapidez.  La aceleración de un objeto siempre tiene la dirección de la fuerza neta.


Cuando la aceleración es “g”
Un cuerpo que cae  hacia la tierra experimenta una aceleración  debido a la fuerza de atracción gravitacional de la Tierra hacia el objeto. Cuando la fuerza de gravedad es la única que actúa, es decir, cuando fricciones como la del aire son despreciables, se dice que el objeto está en caída libre.  
Sin embargo, la aceleración de un objeto no sólo depende de la fuerza, en este caso, el peso, sino también de la resistencia del cuerpo a moverse, su inercia.
Mientras que una fuerza produce una aceleración, la inercia es una resistencia a la aceleración.
La relación entre el peso y la masa en objetos en caída libre es igual a la constante g. La aceleración en caída libre  es independiente de la masa de un objeto.


Tercera Ley de Newton del movimiento
Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el  primero.
Entonces podemos identificar una fuerza de acción y una fuerza de reacción. A cada acción siempre se le opone una fuerza “reacción” de  igual magnitud y sentido contrario.  
Lo que interesa es que constituyen  una sola interacción y que ninguna fuerza existe sin la otra.


Velocidad: Es una magnitud vectorial. Indica la rapìdez con la que se mueve  un objeto y una especificación  de la dirección de su movimiento.


Aceleración: Razón por la que cambia la velocidad de un objeto con el paso del tiempo; el cambio de velocidad puede ser en magnitud, en la dirección o en ambas.


Rapidez: Que tan rápido se mueve algo: la distancia que recorre un objeto por unidad de tiempo.


Energía Mecánica
La energía mecánica es la energía total de un sistema. Es la resultante de sumar la Energía Potencial más la Energía cinética presente en dicho sistema. El resultado de dicha suma es igual en todos los puntos del sistema, pudiendo variar cualquiera de las dos entre un mínimo y un máximo de cada una. Esto responde a la Ley de conservación de la energía.


Ley de Conservación de la energía: la energía no se puede crear ni destruir, se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía no cambia.


Energía Potencial
Un objeto puede almacenar energía gracias a su posición. A la energía que se almacena y está lista para utilizarse se la llama energía potencial, ya que en su estado  almacenado tiene el potencial de efectuar trabajo.


Energía Cinética  
Si empujamos un objeto, lo podemos mover. Si un objeto se mueve, entonces es capaz de efectuar trabajo. Tiene energía de movimiento y decimos que tiene energía cinética. La EC de un objeto depende de su masa y de su rapidez.


Gravedad
Ley de la gravitación universal
Todo atrae a lo demás en una forma bella y simple, donde solo intervienen masa y distancia. Según Newton, todo cuerpo atrae a  todos los demás cuerpos con una fuerza que, para dos cuerpos cualesquiera, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Así cuanto mayores sean las masas m1 y m2, será mayor la fuerza de atracción entre ellas. Cuanto mayor sea la distancia de separación d, la fuerza de atracción será más débil, en proporción inversa al cuadrado de la distancia entre sus centros de masa.  

La constante G de la gravitación universal
La fuerza de gravedad entre dos objetos se calcula multiplicando sus masas  y dividiendo el producto entre el cuadrado de la distancia entre sus centros, y luego multiplicando este resultado por la constante G. El valor de G depende por completo de las unidades de medida que se elijan para masa, distancia y tiempo. En el sistema internacional: para masa, el kilogramo: para distancia, el metro, y para el tiempo, el segundo.
En la Tierra el valor de G es aproximadamente de 10 m/s2 . Por acción de la gravedad, entonces, cuando un cuerpo cae, -si no existiera el aire que opone resistencia- experimenta una aceleración de 10 m/s2 .


Contenidos


Los contenidos de esta secuencia corresponden al bloque “Las fuerzas y el movimiento” del Diseño Curricular  para la escuela primaria de la C.A.B.A.
Siguiendo con el enfoque descripto, se profundizará en esta secuencia sobre la noción de movimiento, incluyendo la trayectoria y rapidez con que los objetos pueden moverse.  Se trabaja la idea de que, aunque la trayectoria sea la misma, los movimientos pueden ser distintos. Así podrán diferenciar la descripción espacial y la temporal del movimiento. Junto con ello se aborda la noción de rapidez.
Por otra parte, se avanzará  en la noción de movimiento como una descripción que es relativa, ya que siempre se lo describe respecto de un punto de observación, es decir, respecto a la posición de un observador.
En el desarrollo de las actividades de esta secuencia los alumn@s tendrán la oportunidad de aproximarse al conocimiento de los siguientes contenidos:


El movimiento
- Descripción espacial (trayectoria) y temporal (rapidez, aceleración, frenado).
- Relatividad del movimiento con respecto al  punto de vista del observador.


IDEAS BÁSICAS
  • El movimiento es una forma de cambio. Es un cambio de posición en el tiempo respecto de un sistema de referencia.
  • El reposo y la rapidez del movimiento son relativos al punto de observación.


ALCANCE DE CONTENIDOS
  • Descripción de movimientos tomando en cuenta: la trayectoria, la rapidez, la aceleración o el frenado.
-Una misma trayectoria puede recorrerse con distintos movimientos: frenando, acelerando, en distintos intervalos de tiempo, etc.
        
  • Descripción de movimientos según el punto de observación.
- Un mismo objeto pueda estar en reposo o en movimiento según el estado de movimiento del observador.


Propósitos:


  • Promover instancias de intercambio y discusión de ideas.
  • Alentar la fundamentación de las opiniones propias (basadas en los  resultados obtenidos, en los conocimientos considerados válidos, etc.) y la disposición a confrontarlas con las de sus compañeros, aceptando sus contra-argumentos.
  • Promover un clima de trabajo colectivo que favorezca la participación de todos los alumn@s en las actividades propuestas favoreciendo  el despliegue y movilización de conocimientos previos.
  • Guiar el trabajo del curso con interrogantes que orienten a los niños y niñas a buscar las causas de los fenómenos que observan, hipotetizando sobre ellos.


Objetivos generales:
Con  el desarrollo de esta secuencia se espera que los alumnos y alumnas logren:
  • Fundamentar sus opiniones en los resultados conseguidos mediante experiencias y observaciones, argumentar utilizando evidencias e informaciones obtenidas, y confrontar sus ideas aceptando objeciones.
  • Describir el movimiento,  utilizar las  nociones como "trayectoria", "rapidez", "aceleración", "frenado" y "reposo", y ejemplificar distintos estados (reposo o movimiento), justificando su relatividad con relación al punto de vista del observador.


Primera clase: ¿Cómo nos damos cuenta que algo está en movimiento?


Objetivos específicos:
Que los alumn@s:
  • Puedan expresar y compartir los conocimientos intuitivos sobre el movimiento  (movilicen  los saberes previos)
  • Puedan formular hipótesis sobre el movimiento y su relatividad
  • Conozcan la relación entre el movimiento y el punto de vista del observador.
  • Aprendan  la noción de  sistemas de referencia
  • Establecer relaciones entre el movimiento y el cambio en la posición (o el reposo) de un móvil en un sistema de referencia.


Actividad 1:
Se presenta al grupo total la siguiente secuencia de imágenes, a fin de indagar a través de una exposición dialogada ¿Cómo saben que algo está en movimiento?


viento.jpg pers en mov.jpg


auto mov.jpg tren.jpg


estrellas.jpg lluvia.jpg


La docente registrará en un papel afiche, para cada fotografía los significados que puedan ir dando. Es esperable que frente algunas de las imágenes respondan: no se está moviendo, por lo que es oportuno referir: ¿con respecto a qué?  
En el  momento  en que refiere puntualmente acerca de la perspectiva (se aleja o está más cerca)  es imprescindible  preguntar: ¿de quién se aleja?, ¿respecto de qué? y ¿con relación a qué?
Se registrarán los comentarios que surjan de las mismas y se pondrá  a trabajar la siguiente situación para introducir la idea de que los  movimientos son  relativos, es decir, con relación a algo, según un sistema (o punto)  de referencia:


Suele suceder que cuando estamos dentro de un vehículo detenido, por ej. tren, y al lado se encuentra otro tren, también detenido, cuando el primero comienza a moverse, nuestra primera percepción es que es el otro vehículo el que se mueve. Sin embargo, un observador que estuviera parado en la estación notaría que es nuestro tren el que se mueve. ¿Por qué les parece que esto es así?


Se podrán dar otros ejemplos que permitan a los niñ@s hipotetizar acerca de que el movimiento depende del punto fijo.  (Otro ejemplo que bien podría mencionarse para trabajar este concepto es: Dos niños suben por las escaleras mecánicas en un supermercado, ellos (que están parados sobre la escalera) pueden referir que no se mueven, sin embargo para un observador ubicado al finalizar las escaleras (parte superior)  los dos  niños están en movimiento)
Se registrarán también los comentarios  pertinentes que surjan del análisis de la situación. Ya que muy  probablemente los alumn@s lleguen a expresar que según dónde esté ubicado el observador verá de distinta manera el movimiento de un cuerpo, o pensará que alguno está detenido y otro moviéndose.


Actividad 2
“Construcción de un sistema de referencia”
La docente explicará en qué consiste un sistema de referencias. Se lo definirá como: “Un sistema de coordenadas respecto del cual estudiaremos el movimiento de un cuerpo. Supone considerar la posición del observador respecto del fenómeno observado”


Luego guiará a los niños para la construcción colectiva de un  sistema de referencia en el pizarrón a través del análisis de la siguiente secuencia:


Secuencia A
20160705_184610.jpg20160705_184559.jpg


Si el sistema de referencia es el andén, podemos apreciar que el tren se está moviendo. A pesar de que el pasajero no pueda observar dicho movimiento.


Secuencia B
20160705_184559.jpg20160705_184616.jpg


Si el sistema de referencia es el interior del vagón, la percepción del movimiento del tren es diferente. Si nosotros nos alejamos y observamos “desde afuera” observamos que el medio de transporte se mueve por las vías.
                                
Actividad 3
Analizada la secuencia anterior de manera grupal,  se les pedirá a los alumn@s que se reúnan  en subgrupos y  que elaboren un ejemplo de sistema de referencia para compartir con el resto, la variable condicional  es: considerar el plano de la escuela.    
A medida que avancen en estas construcciones, se les pedirá que comparen diferentes maneras de desplazarse por el plano construido, es decir, pensar y registrar  (al menos uno) qué lugares están más cerca o más lejos de los puntos de referencia elegidos, y cómo se puede llegar más rápido de un punto a otro.
Estas últimas intervenciones permitirán  registrar las primeras aproximaciones a la noción de trayectoria, rapidez y velocidad (se retomarán en la próxima clase)


Para finalizar, la docente sistematiza lo trabajado durante el desarrollo de la clase, tomando los aportes que hayan producido los alumn@s (afiches) destacando las nociones que ellos hayan comenzado a construir. Algunas posibles anotaciones:
  • Todos los movimientos son relativos.
  • Un cuerpo está en movimiento con relación a un punto elegido como fijo, cuando varía su distancia a ese punto
  • El sistema de referencia permite definir el movimiento con precisión (variación en el tiempo)


Segundo momento: Trayectoria


Objetivos específicos:
Que los alumn@s:
  • Puedan expresar, compartir  y utilizar  los saberes  construidos acerca del movimiento
  • Logren formular hipótesis sobre la descripción espacial: trayectoria. La descripción temporal: rapidez,  aceleración y frenado.
  • Participar de una experiencia: Carrera de globos, analizar los datos obtenidos y arribar a conclusiones.


Actividad 4
En esta primera parte se retoma la actividad última de elaboración del sistema de referencia, considerando el plano de la escuela.  
Solicitando a los alumn@s, a través de una exposición dialogada,  que   compartan una producción acerca del desplazamiento que eligieron, significando los puntos de referencia y cuál fue la manera de ir más rápido que encontraron.


Se indagará ¿Qué aspectos consideraron para pensar la rapidez?
La docente registrará estas primeras aproximaciones en el pizarrón a fin de ponerlas a  trabajar.


Se espera que los alumn@s puedan referir las variables de: características del recorrido: lineal, curvo, irregular, etc. (se inducirá si no surgiera) punto de inicio y llegada (trayecto recorrido); tiempo (tardé menos o más  por qué); cómo se desplazan, otros comentarios pertinentes que han sido abordados en la primera secuencia (4º grado)  


Actividad 5 
“La trayectoria”
Para trabajar este constructo teórico se propondrá jugar a una carrera de globos.


Materiales:
Cuerda (es importante tomar la distancia de la trayectoria a recorrer), globos, cinta de papel, sorbete y pinzas.  


Situación experimental:
- Atamos uno de los extremos de la cuerda a un soporte (en el aula puede ser una silla) Antes de atar el otro extremo, al otro soporte,  pasamos por la cuerda  el sorbete de forma que este se pueda deslizar por la cuerda.
- Finalmente pegamos con cinta de papel el globo inflado al sorbete. Mantendremos cerrada la salida del aire por el uso de pinzas.
- Una vez trazadas las trayectorias (inicio y fin del recorrido) una por cada subgrupo; se pegaran los globos (un color para cada grupo) sobre los sorbetes con la cinta de papel.
- Un referente de cada grupo será el encargado de retirar la pinza del globo, otro deberá tomar el tiempo en que el globo realiza el desplazamiento,  el resto serán observadores y registrarán los diferentes momentos de la trayectoria que realice el objeto que estamos analizando.


poderdelaire.jpg


Aclaración: mediante esta experiencia se puede inferir la Tercera Ley de Newton (explicitada en el marco conceptual de la secuencia) sin embargo creo viable utilizarla a fin de experimentar y problematizar sobre el movimiento su  trayectoria en un cuerpo.


Mientras que el globo empuja el aire hacia afuera, por el principio de acción y  reacción, el aire también ejerce una fuerza sobre el globo que hace que este se desplace en dirección contraria a la salida del aire.
(Los alumnos trabajaron ya en cuarto grado el concepto de fuerzas y sus dos formas posibles de actuar: directa y a distancia)
Al estar el globo pegado al sorbete, obligamos a seguir la misma trayectoria de la cuerda, con lo que se desplaza en línea recta.    


Introduciremos la variable que ellos crean pertinente para que el globo logre avanzar más rápido. Deberán seguir los mismos pasos de registro.


Variables: probaremos  distintas condiciones del globo (más o menos inflado),  es decir, más aire o menos aire que expulse, etc.  También podemos comenzar carreras colocando diferentes trayectorias, etc.  


Para finalizar la experiencia se pedirá a cada subgrupo que puedan compartir la información recabada al resto por medio de una puesta en común.
Se registrará por grupos en un cuadro de doble entrada:
  • Color del globo
  • Distancia a recorrer y  total recorrido  (puede que alguno no haya llegado al
final ver motivo-falta de aire-)
  • Características del desplazamiento (lineal o línea recta)
  • Tiempo utilizado para culminar el recorrido (hasta donde hayan llegado)


Caracterizar la segunda experiencia, por ejemplo de acuerdo a diferentes condiciones del globo.


Se analizarán los datos obtenidos en el total de la clase, se relacionará con lo trabajado la clase anterior: el concepto de movimiento; la importancia del sistema de referencia (los observadores, las coordenadas del espacio utilizado)  se explicitará en el momento adecuado el concepto de trayectoria como: el camino  seguido,  por un objeto/cuerpo,  en su  movimiento. Así  también el concepto de rapidez (relacionado con las características del globo- más o menos inflado- de la segunda variable) La magnitud que nos indica qué tan rápido se mueve algo. Está relacionado con la distancia recorrida y el tiempo que se empleó para atravesar esa distancia.


Se inferirá de la experiencia los conceptos de aceleración y frenado, es decir,  en tanto aumente la rapidez estaremos hablando de aceleración;  si la misma disminuye hablaremos de frenado.


Tercera momento: Velocidad y rapidez


Objetivos específicos:
Que los alumn@s:
  • Generalicen lo trabajado en las clases anteriores en un  nuevo ejemplo
  • Afianzar el  conocimiento de los  conceptos de velocidad y rapidez
  • Sistematizar la información trabajada
  • Utilizar las netbooks como recurso para buscar información solicitada


Actividad 6:
“¿El subte es más rápido?”
Se les pedirá a los alumnos que se reúnan en grupos. A través de la utilización de las netbooks, deberán realizar una investigación acerca de los medios de transportes en C.A.B.A, puntualmente los que recorren la  Avenida Rivadavia (subte, colectivos, bicicletas, otros)
El producto  que  presentarán al finalizar la investigación,  será un folleto de promoción de  la utilización de uno de ellos, aquel  con las  mejores condiciones.


En el folleto deben quedar plasmados  los conocimientos que estuvimos trabajando: sistema de referencia;  trayectoria -características de la misma-;  rapidez -comparar con otros formas posibles de viajar-;  frenado; aceleración y toda información que crean pertinente.  


Mapa del espacio  recorrido (marcada en azul la Av. Rivadavia)
recorrido-a-desde-plaza-de-mayo-hasta-carabobo.880x300_1.png


La docente se acercará a cada subgrupo y sondeará  qué aspectos tuvieron en cuenta para comenzar a construir los folletos,  se hará hincapié en las nociones que aún falten referir. Así también, se mencionará la importancia de la constante tiempo, aludiendo a una característica  específica del Movimiento Rectilíneo Uniforme.   


Una vez finalizado el informe, se realizará una puesta en común a fin de socializar lo trabajado en cada subgrupo. La docente habilitará la disposición de las mesas  en  forma de semicírculo, a fin de realizar un debate sobre  las conclusiones arribadas y que las mismas circulen para tod@s.  Esta actividad de cierre permitirá evaluar si han logrado comprender los conceptos trabajados en la presente secuencia.


La docente realizará una breve recapitulación de los conceptos trabajados y aprendidos durante la secuencia, enfatizando los avances realizados por el grupo durante el desarrollo de la misma.





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