Interacciones fundamentales Objetivos didácticos

• Reconocer los distintos tipos de fuerzas que se presentan en la naturaleza y conocer sus características.

• Apreciar la importancia de la ética en las decisiones relativas a los avances científicos.

• Valorar críticamente la influencia de la investigación en el desarrollo de la tecnología.

Contenidos

Conceptos

• Ley de gravitación universal. • Campo gravitatorio.

• Peso de los cuerpos. • Ley de Coulomb. • Campo eléctrico. • Campo magnético.

• Fuerzas fundamentales de la naturaleza: gravitatorias, electromagnéticas, nucleares fuertes y nucleares débiles.

• Campo de fuerzas.

Procedimientos

• Representación de campos gravitatorios mediante sus líneas de fuerza. • Electrización de objetos por frotamiento y por influencia.

• Representación de campos eléctricos mediante sus líneas de fuerza. • Representación de campos magnéticos mediante sus líneas de inducción

magnética.

• Reconocimiento de las analogías y diferencias entre el campo gravitatorio y el campo eléctrico.

• Reconocimiento de las diferencias entre el campo eléctrico y el campo magnético.

• Resolución de ejercicios y problemas relativos a fuerzas gravitatorias, eléctricas y magnéticas.

Valores

• Apreciación de la influencia de la investigación espacial en el desarrollo tecnológico.

• Valoración de los problemas que comporta la vida en el espacio exterior. • Valoración de la importancia del orden, la claridad y la limpieza en la

presentación de informes, tablas y gráficas.

Actividades de aprendizaje

La primera página de la unidad contiene una imagen acompañada de un texto que nos muestra un acelerador de partículas, un laboratorio de física donde se estudian los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.

Los Objetivos detallados muestran las capacidades que se pretende que el alumno/a desarrolle a lo largo de la unidad.

En la Preparación de la unidad, se recuerdan conceptos y se proponen actividades que permiten poner en práctica conocimientos adquiridos anteriormente, necesarios para abordar la unidad.

Un esquema muestra la organización de los contenidos de la unidad.

1. Fuerzas gravitatorias

• Se describen las fuerzas de naturaleza gravitatoria y se enuncia la ley de gravitación universal, cuya aplicación se muestra en un ejemplo resuelto. • Se presenta una dirección de Internet en la que se indican algunos de los

avances que supuso el descubrimiento de la ley de gravitación universal. • Se introducen los conceptos de campo gravitatorio, intensidad de campo y

líneas de fuerza. En dos ejemplos resueltos se determinan los campos gravitatorios creados por diferentes masas y la fuerza gravitatoria que actúa sobre un cuerpo.

• Se explica el concepto de peso de un cuerpo en el campo gravitatorio de la Tierra y se compara con el concepto de peso conocido por el alumno/a para deducir que el campo gravitatorio de la Tierra coincide con la aceleración de la gravedad. En un ejemplo resuelto se calcula el peso de un cuerpo que se encuentra a cierta altura sobre la superficie de la Tierra.

2. Fuerzas eléctricas

• Se justifica la cualidad de ciertos cuerpos de atraer objetos ligeros después de ser frotados, gracias a la electrización, y se explican los dos procedimientos básicos de electrización, por frotamiento y por influencia, ilustrados con ejemplos.

• Se enuncia la ley de Coulomb y se plantea un ejemplo resuelto que propone comparar las fuerzas electrostática y gravitatoria entre un protón y un electrón, y determinar la distancia que separa estas partículas en el agua cuando la fuerza electrostática toma un valor determinado.

• Se presenta una página de Internet en la que se observan las características de un electroscopio.

• Se introducen los conceptos de campo eléctrico, intensidad de campo y líneas de fuerza. En un ejemplo se propone determinar el campo eléctrico creado por una esfera cargada a cierta distancia de su centro y la fuerza eléctrica que actúa sobre una carga eléctrica situada en ese punto. En otro ejemplo se propone determinar el valor del campo eléctrico en el punto medio del segmento que une dos cargas eléctricas de signos opuestos.

3. Fuerzas magnéticas

• Se describen las fuerzas magnéticas ejercidas por los imanes o las corrientes eléctricas y se introducen los conceptos de campo magnético, inducción magnética y líneas de inducción magnética. En un ejemplo se dibuja la fuerza magnética que ejerce un campo magnético uniforme sobre un electrón que penetra en él perpendicularmente, y se calcula el módulo de dicha fuerza.

4. Las fuerzas fundamentales de la naturaleza

• Se clasifican las fuerzas de la naturaleza en cuatro grupos: gravitatorias, electromagnéticas, nucleares fuertes y nucleares débiles, indicando sus características principales.

• Se introduce el concepto de campo de fuerzas como generalización de los campos gravitatorio, eléctrico y magnético, ya estudiados.

• Se establecen, a modo de resumen, las analogías y diferencias entre el campo gravitatorio y el campo eléctrico, y las diferencias entre el campo eléctrico y el campo magnético.

En el apartado Ciencia y sociedad se trabaja la enseñanza transversal de Educación ambiental, valorando críticamente los avances científicos y tecnológicos:

• Se estudia el equipamiento que un astronauta debe llevar consigo en una salida al exterior.

• Se analizan los problemas que comporta para el ser humano una situación de ingravidez.

En Resolución de ejercicios y problemas se pretende que el alumno/a profundice y adquiera destreza en dicha actividad a partir de la observación de modelos y en la posterior puesta en práctica de las técnicas aprendidas. Para ello se propone:

• Calcular el campo gravitatorio creado por dos masas en cierto punto del espacio, representar el campo gravitatorio y hallar la fuerza que actúa sobre una tercera masa al situarla en ese punto.

• Calcular el campo eléctrico creado por dos cargas puntuales en cierto punto del espacio, representar el campo gravitatorio y hallar la fuerza que actúa sobre una tercera carga al situarla en ese punto.

• Determinar el punto del segmento que une dos cargas eléctricas en el cual el campo eléctrico se anula.

En Ejercicios y problemas se incluye una serie de ejercicios para comprobar y consolidar los conocimientos adquiridos en la unidad y aplicarlos a nuevas situaciones. Estos ejercicios van acompañados de la solución para favorecer el proceso de autoevaluación.

Prácticas de laboratorio

Para el trabajo experimental y como complemento de los contenidos procedimentales y actitudinales, se recomienda la realización de la práctica, que se presenta al final del libro, «Construcción y utilización de un electroscopio casero».

Evaluación

• Calcular la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos de masas conocidas, separados por cierta distancia.

• Determinar el campo gravitatorio creado por un sistema de dos masas en cierto punto del espacio y la fuerza de atracción gravitatoria que actuaría sobre una tercera masa al colocarla en dicho punto.

• Dibujar las líneas de fuerza del campo gravitatorio para una masa puntual y para un sistema de dos masas puntuales iguales.

• Explicar qué relación existe entre el campo gravitatorio de la tierra y el peso de los cuerpos.

• Calcular la fuerza electrostática que ejercen mutuamente dos cargas eléctricas separadas por cierta distancia.

• Determinar el campo eléctrico creado por un sistema de dos cargas eléctricas en cierto punto del espacio y la fuerza eléctrica que actuaría sobre una tercera carga al colocarla en dicho punto.

• Dibujar las líneas de fuerza del campo eléctrico para una carga puntual positiva, para una carga puntual negativa, para dos cargas puntuales del mismo signo y para dos cargas puntuales de diferente signo.

• Explicar qué le ocurre a la aguja imantada de una brújula al situarla en las proximidades de un hilo por el que circula una corriente eléctrica y comentar por qué ocurre esto.

• Calcular la fuerza magnética ejercida sobre una carga eléctrica que se mueve a cierta velocidad en el interior de un campo magnético uniforme, cuando su dirección forma cierto ángulo con el vector inducción magnética.

• Dibujar las líneas de inducción magnética de un imán recto.

• Citar un ejemplo de fuerza perteneciente a cada uno de los cuatro grandes grupos de fuerzas fundamentales de la naturaleza.

• Explicar el concepto de campo de fuerzas y citar varios ejemplos de campos.

• Identificar cuáles de los siguientes campos de fuerzas son campos centrales: gravitatorio, eléctrico, magnético.

• Comentar documentación, textos u otros, proporcionados por el profesor/a, relativos a la aplicación de los avances científicos para apreciar la importancia de las decisiones humanas en el uso adecuado o inadecuado de dichos avances.

• Debatir las aportaciones de la investigación espacial a la sociedad actual y valorar de forma crítica su influencia sobre el medio ambiente.

UNIDAD 6. Dinámica