1. Contexto Didáctico

 

JUSTIFICACIÓN

Esta actividad es diseñada para  los  alumnos del Colegio de Bachilleres  modalidad Emsad del Estado de Quintana Roo. La asignatura de física es una de las materias con un mayor índice de reprobación debido a que los alumnos deben de entender los conceptos y datos para plasmarlos en ecuaciones matemáticas, este proceso requiere del análisis y resolución de ejercicios diferentes. Otra problemática que se presenta es la falta de interés por los temas de la asignatura ya que los alumnos no vinculan los conocimientos con situaciones de la vida cotidiana.

El tema elegido para esta secuencia didáctica es el de rapidez y velocidad, sin embargo involucra varios temas como son las cantidades escalares, cantidades vectoriales, desplazamiento, distancia, tiempo, fuerza, unidades de medición, entre otras.  Debido a esto es necesario que el alumno comprenda conceptos para que analice y construya su conocimiento englobando los temas involucrados, además de resolver mediante cálculos matemáticos ejemplos que se presentan en la vida cotidiana.

Es común que los alumnos confundan el concepto de rapidez y velocidad, ya que generalmente en la vida cotidiana se utilizan como sinónimos, como por ejemplo en las carreteras observamos los señalamientos marcan los km/h, en los informes meta carrera de autos, en la información de los medios de transporte, etc. por lo tanto, cuando se requiere expresar de manera verbal o escrita información referente a esta tema,  calcular los resultados de ciertos  problemas nos  enfrentamos que en ocasiones los estudiantes no reconocen diferencian entre velocidad y rapidez. La diferenciación de estos conceptos es básica en este bloque denominado, identifica las diferencias entre los diferentes tipos de movimiento, estos conceptos se utilizan en los siguientes bloques de la asignatura de Física. Con la comprensión de estos términos el alumno visualizará de manera correcta los datos que se le presenten en los ejercicios mejorando el análisis del planteamiento del problema para una correcta resolución y en su vida cotidiana los usara de manera adecuada.

PROPÓSITO

El alumno explica la diferencia entre rapidez y velocidad, los aplica correctamente en la resolución de ejercicios prácticos que se presentan en las situaciones cotidianas. 

ANÁLISIS CIENTÍFICO

El concepto de rapidez y velocidad comúnmente se utiliza como sinónimo en la vida cotidiana; sin embargo, son magnitudes diferentes, la rapidez es una magnitud escalar donde relaciona los datos de distancia y tiempo, mientras que la velocidad es una magnitud vectorial que además de estar constituido por la distancia y el tiempo involucra la posición. 
En las situaciones de la vida cotidiana se presentan los dos conceptos pero dependiendo del entorno en que se localice es la importancia de utilizar la rapidez o la velocidad, como por ejemplo en las carreras solo es necesario medir la rapidez de la persona u objeto, pero en la navegación es indispensable además de los datos de distancia y tiempo la posición donde se dirige. 


Antes de iniciar a analizar los conceptos de la rapidez y de la velocidad es indispensable reconocer los términos siguientes:

TERMINOLOGÍA:


Tiempo: Magnitud con la que se mide la duración de un determinado fenómeno o suceso. Segundo es un ejemplo en el Sistema Internacional

Fuerza: Cualquier influencia que cause la aceleración de un objeto, medida en newtons. 

Dirección: La dirección es una característica del vector, está dada por la orientación en el espacio de la recta que lo contiene. Es el ángulo que forma con una línea de referencia. El trazado de la carretera recta es un ejemplo. Dirección vertical u horizontal. 

Sentido: El sentido también es otra característica del vector, se indica mediante la punta de la flecha situada en el extremo del vector, indicando hacia qué lado de la línea de acción se dirige el vector, su escala,  dirección, sentido  Unidad de medida. Es una cantidad que sirve como base para darle valor a otras de características semejantes. Por ejemplo: centímetro, gramo, y segundo . 

Cantidades escalares: Cantidad que tiene magnitud, pero no dirección. Masa, volumen y rapidez son ejemplos.

Cantidades vectoriales: Cantidad que tiene tanto magnitud como dirección. Fuerza, velocidad, aceleración y momento son ejemplos.

Vector:  Flecha dibujada a escala que se utiliza para representar una cantidad vectorial. 

Movimiento
. Cambio de posición de un cuerpo respecto de un sistema de referencia. 

VELOCIDAD Y RAPIDEZ:

La rapidez es una cantidad escalar que únicamente indica la magnitud de la distancia por intervalo del tiempo; y la velocidad es una magnitud vectorial, requiere que se señale, la magnitud, su dirección y su sentido. 

Cuando un móvil sigue una trayectoria en línea recta, recorriendo distancias iguales en cada unidad de tiempo, su rapidez y velocidad permanecen constantes; en cambio, si en una trayectoria curva el móvil logra conservar una rapidez constante, por ejemplo 30 km/h, su velocidad va cambiando, aunque su magnitud o rapidez, no varía, pero su sentido sí va modificándose. 

La dirección de la velocidad de un cuerpo móvil queda determinada por la dirección en la cual se efectúa su desplazamiento. La velocidad de un cuerpo puede ser constante o variable. Por ejemplo, un ciclista al inicio de una carrera va aumentando paulatinamente su velocidad y durante algunos tramos en línea recta, la conserva constante; al subir una cuesta reduce su velocidad, misma que se incrementa durante la bajada. Al final de la carrera trata de incrementar al máximo su velocidad hasta llegar a la meta, después la va deteniendo hasta detenerse totalmente. 

La velocidad se define como el desplazamiento realizado por un móvil, dividido entre el tiempo que tarda en efectuarlo.
Donde:

  = velocidad del móvil
  = desplazamiento del móvil
 t = tiempo en que se realiza el desplazamiento

Las unidades de velocidad en el SI  = m/s y en el CGS  = cm/s

Las definiciones de distancia y desplazamiento son las siguientes:

LA DISTANCIA RECORRIDA POR UN MÓVIL:

Es una magnitud escalar ya que sólo interesa saber cuál fue la magnitud de la longitud recorrida por el móvil durante su trayectoria seguida, sin importar en qué dirección lo hizo.

EL DESPLAZAMIENTO DE UN MÓVIL:

Es una magnitud vectorial, pues corresponde a una distancia medida en una dirección particular entre dos puntos: el de partida y el de llegada.

RAPIDEZ:


Los objetos en movimiento viajan ciertas distancias en tiempos determinados. Un automóvil, por ejemplo, recorre ciertos kilómetros en una hora. La rapidez es una medida de qué tan rápido se está moviendo algo. Es la razón a la cual se cubre la distancia, y siempre se mide en términos de una unidad dividida entre una unidad de tiempo. 

Rapidez instantánea. La rapidez que tiene un objeto en un instante. Es la rapidez que registra el velocímetro de un automóvil. Cuando decimos que la velocidad de un automóvil en algún instante particular es de 60 kilómetros por hora, estamos especificando su rapidez instantánea. Si el automóvil continúa moviéndose con esa rapidez durante una hora, viajaría 60 kilómetros. Si continuara a esa rapidez por media hora, cubriría sólo la mitad de la distancia: 30 kilómetros. Si continuara así sólo por un minuto, cubriría sólo un kilómetro.

Rapidez promedio. Un automóvil no siempre se mueve con la misma rapidez. En cualquier viaje por lo general varía poco, por eso se diferencia entre rapidez instantánea y rapidez promedio. La rapidez promedio se define como sigue:

 
La rapidez promedio puede calcularse, por ejemplo: Si conducimos un automóvil una distancia de 80 kilómetros durante un tiempo de 1 hora, decimos que nuestra rapidez promedio es de 80 kilómetros por hora. En forma análoga, si viajamos una distancia de 320 kilómetros en 4 horas la rapidez promedio es 80 Km/h. 
Dado que la rapidez promedio es la distancia total cubierta dividida entre el tiempo total de viaje, no indica las diferentes rapideces y variaciones.  
Si conocemos la rapidez promedio y el tiempo de viaje, la distancia viajada se halla con facilidad: distancia total cubierta = rapidez promedio X tiempo. 
Si tu rapidez promedio es de 80 kilómetros por hora en un viaje de 4 horas, por ejemplo, cubres una distancia total de 320 kilómetros.

VELOCIDAD:


Cuando decimos que un objeto viaja a una razón de 60 kilómetros por hora, estamos especificando rapidez. Pero si decimos que un objeto viaja a 60 kilómetros por hora hacia el norte, estamos especificando velocidad. A un piloto de autos de carreras le interesa su rapidez: que tan rápido se está moviendo. A un piloto de aviones le interesa su velocidad: que tan rápido y en qué dirección se está moviendo. Cuando describimos la rapidez y la dirección del movimiento, estamos especificando la velocidad. 

Distinguiremos la velocidad promedio de la velocidad instantánea. Por costumbre, la palabra velocidad sola se supone que significa velocidad instantánea. Lo mismo sucede con la palabra rapidez sola. Si un objeto se mueve a una velocidad constante o sin cambio, entonces su velocidad promedio y su velocidad instantánea tendrán el mismo valor. Lo mismo es cierto para la rapidez. Cuando algo se mueve a velocidad constante o rapidez constante, entonces se cubren distancias iguales en intervalos de tiempo iguales. Sin embargo, la velocidad constante y la rapidez constante pueden ser muy diferentes. Velocidad constante significa rapidez constante sin cambio de dirección. Un automóvil que da vuelta a una curva a rapidez constante no tiene una velocidad constante: su velocidad cambia conforme su dirección cambia. 
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ANÁLISIS DIDÁCTICO

Los conocimientos conceptuales de esta temática permiten no solo reconocer la importancia del tema en su entorno, si no que involucra conocimientos e ideas previas de otros conceptos como por ejemplo: punto de referencia, distancia, desplazamiento, posición, tiempo, vectores, fuerzas, magnitudes escalares, movimiento, tomando este aprendizaje se construye la definición de rapidez y velocidad. 

El concepto de rapidez y velocidad incorpora diversos términos relacionados al movimiento por lo tanto es indispensable comprender de manera adecuada este contenido ya que se requiere para las construcción de los conocimientos de los siguientes bloques de la asignatura de física. Se desarrolla habilidades procedimentales al resolver los ejercicios y vincularlos con hechos de su entorno cotidiano. Se trabaja en binas y en equipos de trabajo respetando las ideas de sus compañeros, trabajando cooperativamente y creando actividades experimentales transformando los datos obtenidos en resultados reales. 
Es importante resaltar que para el diseño de la presente secuencia didáctica también se tomaron en cuenta los siguientes puntos:
  • Ubicación del tema en el Programa de Estudios
    Bloque II IDENTIFICA LAS DIFERENCIAS ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE MOVIMIENTOS
    Tema: movimiento
    Subtema: Concepto de rapidez y velocidad
  • Transversalidad 
    Geografía bloque 1 tema: Reconoce las coordenadas geográficas latitud, longitud y altitud. Puntos de referencia
    Matemáticas III: Plano cartesiano
    Química I: movimiento browniano, Entalpia: velocidad de reacción
    Física I y II: leyes de Newton, ley de la gravitación universal. Cinemática movimiento y trayectoria
  • Contenidos disciplinarios que se vinculan con el tema. 
    Los conceptos involucrados en esta temática son: 
    Movimiento, Posición, Tiempo, Distancia, Desplazamiento, Velocidad, Sistema de Referencia, Fuerza Trayectoria y Vectores
  • Competencias generales 
    • Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas.
    • Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

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