Fuerza para trasladar y torque para rotar. Parte 1

Preparaciones previas

B. Fuerzas balanceadas y no balanceadas sobre un objeto

• Este experimento es un tanto complejo por todas las variables con las que podemos trabajar. La serie de pasos planteadas es para ir con mucho detalle haciéndola. Se recomienda ejecutarlo previamente, para que sea más efectivo el tiempo de trabajo en la clase.

El propósito de esta semana es comprender el concepto de fuerza, y para ello se propone desarrollar una serie de experimentos que nos permiten identificar algunas de sus características y sus consecuencias.

A.  En busca de una propiedad de la materia (Tiempo estimado: 45 min)

💡 Indicaciones generales:

• En el segmento de Indagación se desafía a los estudiantes a jugar a halar la cuerda como una competencia. El propósito principal de la actividad no es necesariamente obtener un ganador, sino evaluar los diferentes escenarios y cuestionar por qué ocurren. Si un equipo va ganando es porque logra compensar la fuerza del otro equipo y un poco más, pero en el caso donde no se aprecia movimiento, las fuerzas siempre se están aplicando solo que en esta ocasión son iguales en magnitud, pero opuestas en dirección, dando un efecto de cancelación de fuerzas.

• Luego realizamos un experimento en el cual nuevamente desafiamos el aplicar una fuerza y observar la manera en la cual interactúan los objetos. En la actividad A notaremos que el objeto al que no se aplica la fuerza de manera directa se mantiene en reposo y cae, mientras que el otro sigue una trayectoria en dirección hacia adónde se impulsó con el dedo.

• Esta actividad es una variante más segura del truco de deslizar el mantel por debajo de una vajilla, con la diferencia que en este caso el objeto cae luego de que hacemos deslizar la tarjeta debajo de él.

En el segmento de Indagación recolectamos la información sobre las preguntas planteadas, en ellas lo que nos interesa saber es la capacidad de los estudiantes para identificar el objeto de interés del experimento, así como la variación en el lado sobre el cual descansa el objeto.

Luego del proceso de Indagación sobre fuerzas se desarrolla una actividad en la que se pone a prueba la manera de balancear un objeto, y cómo reacciona ante fuerzas aplicadas a diferentes ángulos.

B. Fuerzas balanceadas y no balanceadas sobre un objeto (Tiempo estimado: 45 min)

💡Indicación general:

El propósito de esta actividad es que los estudiantes puedan vincular que el concepto de fuerza depende del ángulo con el cual se aplica, por eso, se realizan variantes desde las cuales halar. Así, ellos pueden realizar mediciones haciendo uso del transportador.

Al depositar agua en el recipiente notaremos cómo el balance original se pierde, y para poder compensarlo se necesitará aumentar la fuerza con la cual se tira. Cuestione a sus estudiantes sobre: ¿solo hay que cambiar la fuerza aplicada o también el ángulo? Si colocamos más cuerdas, ¿se necesita aplicar la misma fuerza que antes? ¿Cómo afecta a los ángulos medidos?

🟣 Variantes:

• En la actividad se proponen dos variantes, pero usted puede realizar las que considere necesarias, a diferentes ángulos, para alcanzar el propósito de la actividad.

• Puede colocar como alternativas de respuestas los valores de los ángulos medidos, pero tome uno de referencia. Por ejemplo, « F2 está a 30º desde F1». Si se toma en cuenta esta variante, una de las fuerzas tendría ángulo 0º ya que ese sería el sistema de referencia.

🔵 Criterio de evaluación: 

Considere con igual ponderación tanto las respuestas sugeridas como la variante propuesta, lo importante es que los estudiantes identifiquen cómo interactúan estas fuerzas.

C. En sus marcas, listos: ¡fuera! (Tiempo estimado: 20 min)

Ahora realizaremos una actividad similar, pero en este caso utilizaremos agua. La lógica es similar a la del experimento anterior, estamos buscando fuerzas que permitan alcanzar el equilibrio.

💡Indicaciones generales:

• Con esta actividad observaremos cómo poder equilibrar la fuerza de gravedad, un objeto como un corcho puede caer libremente si lo soltamos de la mano. Aún si lo atamos, pero no colocamos agua en el recipiente tal y como las indicaciones lo establecen, el corcho siempre caerá, ya que la gravedad siempre le afectará como única fuerza.

• Al colocar el agua el corcho no cae ni sigue subiendo, para que se mantenga en equilibrio deben existir fuerzas que permitan ese balance y que como resultado la velocidad sea cero.

• Las fuerzas involucradas son: con dirección hacia arriba el empuje (debido a que el corcho es menos denso que el agua) y hacia abajo la tensión de la cuerda y la gravedad. Estas tres fuerzas están en equilibrio. Podemos concluir que el empuje es igual a la suma de la tensión y la gravedad.

Tal y como se mencionó anteriormente es necesario recopilar la información de la actividad B. Verifique que sus estudiantes completen las respuestas.

🔵 Criterio de evaluación: 

En la actividad C, solo debe verificar que se responda correctamente, y que sigan las indicaciones de utilizar los términos que se proponen.

D. Un par inseparable de fuerzas  (Tiempo estimado: 20 min)

Luego de evidenciar cómo las fuerzas pueden utilizarse para generar equilibrio y cómo una fuerza externa puede generar un desbalance de fuerzas, pasaremos a realizar otra actividad en la cual evidenciaremos más características de la fuerza.

💡Indicaciones generales:

• El montaje del experimento es sencillo y los materiales son accesibles, entre las recomendaciones están: hacer el experimento en exteriores y procurar que las distancias sean lo más largas posibles.

• En el procedimiento se establece que se utilicen sillas, pero puede usar balcones de ventanas u otros objetos para servir de soporte.

• Si el globo es más grande, eso ayudará a que se impulse a través de una distancia más larga.

• El propósito de la actividad es que se pueda evidenciar el efecto de acción y reacción, en la cual la magnitud entre ambas fuerzas es igual pero la dirección es opuesta, por eso el aire va en una dirección, pero el globo va en dirección contraria.

• En la actividad D lo más importante es que logren dibujar el diagrama, ya que eso servirá más adelante para comprender de mejor manera la naturaleza vectorial de la fuerza.

• Verifique que ambas flechas las dibujen de igual longitud, eso sirve gráficamente para saber que las fuerzas tienen igual magnitud, pero dirección contraria.

Es momento de concluir la semana y para ello se arranca con el segmento de Comunicación, en el cual consolidaremos las experiencias realizadas en la semana y, para este caso, explicaremos las leyes de Newton.

(Tiempo estimado: 20 min)

💡Indicaciones generales:

• Se describen las tres leyes de Newton. El propósito es identificar la manera en la cual se organizan las fuerzas, por ejemplo, si no hay movimiento o si el desplazamiento es a velocidad constante, entonces, es la primera ley o ley de inercia, y así con las demás leyes.

• El otro aspecto a considerar es la naturaleza vectorial de la fuerza, de tal manera que, no solo nos interesa la intensidad con la cual aplicamos una fuerza, sino que también es importante el ángulo con el cual la aplicamos.