0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 ACEL E RACIO N (M /S^ 2) TIEMPO (S) GRUPO 1 ACELERACION VS TIEMPO
Aceleracion Experimental Aceleracion Teorica
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 T IE M P O ( S) MASA (KG) GRUPO1 MASA VS TIEMPO Series1
Después de realizada la práctica experimental se realizan una serie de preguntas cuestionando los resultados obtenidos con el fin de confrontar los temas aprendidos y construir un nuevo concepto. Los resultados de las preguntas fueron las siguientes:
Tabla 13. Análisis preguntas para reflexionar experimento Juego de Masas
1. ¿Después de la práctica que entiende por fuerza y aceleración?
Se entiende que la fuerza es la que emite el carro y las masas a la hora de ejercerla uno a otro
La fuerza es el mismo peso y la aceleración es la reacción que tiene un cuerpo por la fuerza.
La fuerza es algo que ejerce la masa de un objeto y la aceleración es el movimiento de un objeto
Que la fuerza es una cantidad física para realizar un trabajo o movimiento y la aceleración puede variar por una velocidad de unidad de tiempo.
Que la aceleración es la variación de la velocidad y la fuerza intercambia de movimiento.
La fuerza es el poder o “fuerza” ejercida en un objeto provocando movimiento y velocidad. La aceleración es equivalente a la fuerza ejercida en un objeto el cual se mueve.
2. ¿A qué crees que se deba que el carro se desplace? ¿Existe alguna fuerza o aceleración? ¿Por qué?
El carro se desplaza debido a la fuerza que le ejerce las masas mediante la polea
La fuerza de la masa colgante hace que el carro se desplaza.
Gracias a la tensión ejercida por el peso de las masas, la aceleración es la masa de las pesas, más la fuerza de gravedad.
Se desplaza por la fuerza externa que hace que el carro dinámico tenga aceleración.
Por las fuerzas que generan las masas colgantes y si existe porque no va al mismo ritmo y además de esto intercambia de movimiento.
Se mueve por la fuerza que ejerce la masa al otro lado de la polea lo cual produce aceleración en el carrito.
3. ¿Que se analiza acerca de la fuerza en la masa colgante y la masa del carrito? ¿Por qué?
Que cuando la masa del carrito es mayor para ir más rápido se necesita igual o mayor fuerza emitida por las masas
Entre mayor sea la fuerza de la masa colgante más fácilmente se va a poder mover la masa del carrito ya que entre más fuerza se tenga mayor será la aceleración.
Que entre mayor masa, más fuerza y más aceleración.
Que a pesar que la masa del carro sea mayor a la masa que cuelga, puede desplazarse lentamente y entre más masa tenga menos tiempo será el desplazamiento del carro.
La fuerza externa que obra sobre el carrito y su carga, es la tensión o fuerza que ejerce la cuerda
4. ¿Que se analiza acerca de la aceleración en la masa colgante y la masa del carrito? ¿Por qué?
Que la aceleración del carro y de las masas es igual porque el carro se desplaza a la misma velocidad que las masas
El tiempo que dura el carro al llegar al final.
La fuerza externa que actúa sobre el carro y su masa, se observa que a pesar de que el carro es más pesado la fuerza de la masa colgante y la fuerza de gravedad lo impulsan.
Que la aceleración varía porque depende de la masa colgante.
Se desprecia la masa de la cuerda, valido porque era mucho menor que las masas en el carro y la colgante. La cuerda no estira, ni se afloja, se mantiene tensa sin elongarse.
5. ¿Qué pasaría con la aceleración y la fuerza, si en vez de variar la masa colgante se varía la masa del carro, sucederá lo mismo? ¿Por qué?
No se tendrá menos aceleración porque no es lo mismo la fuerza de caída de las masas a la del carrito que es de desplazamiento
Disminuiría, ya que los pesos cambian de lugar.
No, ya que habrán diferentes aceleraciones dependiendo de la masa
No sucederá lo mismo, ya que si la masa del carro es menor, la masa colgante podrá hacerlo desplazar con más fuerza y menor tiempo, y si la masa del carro es mayor mas durara su proceso.
No sucedería lo mismo ya que al tener la masa el carro no tendría el mismo movimiento que cuando las masas colgantes son más y tienen la fuerza para desplazarlo.
6. ¿Cómo crees que variaran los resultados de la experiencia si se hace más larga o más corta la distancia de desplazamiento? ¿Por qué?
Varían en el tiempo, porque si es más larga dura más tiempo el desplazamiento y si es más corta es más corto el desplazamiento.
Los resultados variarían en tiempo y aceleración ya que entre mayor o menor distancia, mayor o menor tiempo igual con la aceleración.
Con la masa se varían
Variarían en el tiempo ya que el carro tendrá que desplazarse más si es más larga y si es más corta duraría menos tiempo.
Los resultados varían en el tiempo ya que si la cuerda es más corta se demora menos y si es más larga se demora más.
7. ¿Cómo crees que cambiarían los resultados si en vez de utilizar el carro se utiliza un bloque de masa? ¿Por qué?
Varia el tiempo y la aceleración porque el bloque de masa es más pesado y no tiene ruedas para desplazarse
Serían más lentos porque tendrán más masa y menos agilidad
Cambiarían todos los resultados porque puede que este sea más complejo su proceso de desplazamiento.
La masa se moverá en mayor tiempo porque es más pesada
8. ¿En cuánto varían los resultados experimentales de acuerdo a los datos teóricos?
En nada solo que se desarrollen con diferentes operaciones matemáticas
En mucho ya que nos es precisamente iguales.
Los resultados pueden variar en decimas pero al momento de aproximarlo el resultado no cambia.
9. ¿Qué pasaría si se realiza el experimento haciendo deslizar el carrito sobre una superficie rugosa, lisa o acuosa? ¿Cambia en algo los resultados? ¿Por qué?
Rugosa: se hace más lento el recorrido porque el carrito saltaría mucho. Lisa: se hace más lento porque el carrito deslizaría para todos lados. Acuosa: se hace más rápido porque el recorrido resbalaría e iría más rápido.
Si porque dependiendo de la superficie puede haber más aceleración que en las otras
Si cambia, ya que si es rugosa el carro se podrá detener con facilidad y posiblemente no funcionara o sería mucho más lento.
La primera pregunta, relacionada con la fuerza y la aceleración los estudiantes responden que la fuerza se encuentra relacionada con la masa y el movimiento, es decir que la masa es la que ejerce la fuerza sobre el cuerpo y esta hace que se mueva el mismo, y la aceleración es la reacción a este movimiento con velocidad que varía en el tiempo. Si nos regimos a la ecuación 𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑎 , se podría decir que la fuerza es la relación directamente proporcional con la masa y la aceleración, es decir que un cuerpo con cierta masa genera cierto movimiento o velocidad que cambia con el tiempo. Esto lo pudieron evidenciar los estudiantes al colocar una masa de diferente masa que se encuentra unida a otra y esta la hala provocando que se mueva con una velocidad que no es constante sino que varía o se hace más rápida con el tiempo.
En la segunda pregunta, se cuestiona que causa que el carro se mueva, si la fuerza o la aceleración, la mayoría de los estudiantes respondieron que gracias a fuerza que ejerce la masa colgante y que este movimiento produce que el carro se acelere. Es evidente que el estudiante llegue a esta conclusión pues al colocar una masa unida por una cuerda al carro este por la fuerza que él le ejerce hace que se mueva.
En la tercera pregunta, se pide analizar el significado de las dos masas relacionadas con la fuerza, en la que los estudiantes respondieron con una relación de las dos en conjunto, es decir que entre más pesado sea el cuerpo de la masa colgante, mas aceleración tendrá y entre menos masa del cuerpo colgante, menos aceleración. También relacionan la masa colgante con la fuerza, es decir, entre más pesada sea la masa es porque ejerce más fuerza al carro y viceversa. En esta relación de las masas también sobresale otra variable que es el tiempo, entre más pesada sea la masa colgante menos tiempo se demorara su recorrido, contrario a lo que sucedería si la masa colgante fuera más liviana pues a pesar que esta acelerada demoraría más tiempo en realizar su movimiento, comparada con una masa colgante de mayor masa.
En la cuarta pregunta, se pide analizar el significado de las dos masas relacionadas con la aceleración, aquí el estudiante también relacionan las dos masas como un conjunto, pues la masa colgante debido a su peso y la fuerza que ejerce hace que se mueva la masa del carrito, pero estas dos tienen la misma aceleración.
En la quinta pregunta, se cuestiona si sucedería lo mismo si, en vez de variar la masa colgante se varía la masa del carro, los estudiantes respondieron que no sucedería lo mismo pues las cantidades ahora varían, a pesar que la masa colgante sea constante y que se varían las cantidades de la masa del carro dinámico, y que probablemente se evidencie el mismo movimiento por la fuerza de la masa colgante, los valores de la fuerza y la aceleración cambian, es decir no serían los mimos que en el primer experimento. El estudiante hace referencia aquí solo a la variación de una cantidad numérica, mas no del movimiento, pues sigue afirmando que por la fuerza de la masa colgante, el carro se va a acelerar, ellos los consideran que más despacio y que demorara más tiempo en finalizar su movimiento.
En la sexta pregunta, hace referencia a la variable de la cuerda, en cuanto a su longitud, ¿qué sucedería si fuera más corta o más larga? Los estudiantes respondieron que variaría el tiempo Y del mismo modo la aceleración, la masa colgante ejercería la misma fuerza pero el tiempo que demoraría el movimiento del sistema varia, pues si la cuerda es más larga se demoraría mas y si es más corta se demoraría menos el desplazamiento, y relacionan esta longitud de la cuerda con la aceleración, ya que si es larga menor aceleración contrario a si es corta pues tendría una mayor aceleración. Es decir hay una relación directamente proporcional de la longitud de la cuerda con el tiempo e inversamente proporcional con la aceleración.
En la séptima pregunta, se cuestiona si se cambia el carro dinámico por un bloque de masa, ¿qué sucedería?, los estudiantes respondieron que la masa colgante ejercería fuerza sobre el bloque de
masa, pero este no lograría moverse tan rápido o de la misma forma que el carro dinámico por su contextura, referida a que el carro tiene ruedas que le ayudan a moverse más fácilmente que el bloque. A pesar de esto sigue existiendo fuerza ejercida y aceleración, es importante que el estudiante en esta situación prediga que el sistema tiene las mismas variables que el primer experimento, es decir no las elimina solo por el hecho de que aparentemente el sistema se encuentre “quieto” pues sigue existiendo fuerza y aceleración.
En la octava pregunta, se relaciona con la diferencia entre los datos obtenidos experimentalmente y los teóricos, se llegan a varias situaciones pues, cuando se analizan los datos obtenidos se llega a un error porcentual bastante alto, pues los datos teóricos no se encuentran cercanos a los experimentales. Sin embargo, los datos experimentales que obtuvieron los estudiantes evidencian ciertas variaciones que los llevan a construir un concepto, por ejemplo, al analizar la aceleración debida a la variación de la masa colgante, se puede analizar de acuerdo a los resultados obtenidos de la tabla 4, que:
A medida que aumenta la masa colgante, disminuye el tiempo del desplazamiento. A medida que aumenta la masa colgante, aumenta la velocidad del sistema.
A medida que aumenta la masa colgante, aumenta la aceleración.
Y esta relación cuantitativa que se obtuvo nos ayuda a analizar el movimiento sin que necesariamente se obtengan los mismos resultados, ya que para esto habría que analizar qué factores del medio en la toma de datos o variables que no se tuvieron en cuenta, los cuales intervinieron para que no se obtuvieran los mismos resultados.
La novena pregunta, se encuentra relacionada con el concepto de la “fuerza de fricción”, si bien es cierto en la mayoría de experimentos y ejemplos a los que se enfrentan a los estudiantes se hace despreciable la fuerza de rozamiento del experimento, por lo cual ellos no la consideran,
pero en esta pregunta se quiere indagar sobre lo que ellos conocen por esta fuerza, si se cambiara la superficie por donde se está desplazando el carro dinámico y se plantean tres situaciones: rugosa, lisa y acuosa. Los estudiantes relacionan estas superficies con la variación de la aceleración, pues ellos afirman que:
Si es rugosa se hace más lento el movimiento, por lo cual menos acelerado.
Si es lisa se hace lento el movimiento porque el carro se movería en muchos sentidos menos lineal haciéndolo menos acelerado.
Si es acuosa se hace más rápido el desplazamiento y por lo cual mas acelerado.
Teóricamente entre más rugosa la superficie existiera más fuerza de fricción provocando que el movimiento sea lento y tenga una aceleración mínima, contrario a una superficie lisa en la que el movimiento sería más rápido y por lo tanto más acelerado.
3.7 Conclusiones
Finalmente después de realizada la práctica experimental, que buscaba definir los conceptos de fuerza y aceleración y las diferentes variables que se encuentran implícitas en este movimiento como los son, la masa, el peso, la velocidad, el tiempo, la fuerza de fricción; los estudiantes llegan a las siguientes conclusiones:
Tabla 14. Conclusiones estudiantes experimento Juego de Masas
Se concluyó que de acuerdo a las medidas de la masa usando la balanza se logró igualar la fuerza teórica y la experimental logrando el propósito del experimento.
La aceleración y el tiempo varían con la masa y la fuerza que se aplica al objeto.
La aceleración teórica y la experimental fueron las mismas
La aceleración del carro cambio al momento de incrementar la masa.
Se nota que hay una variación notoria en el tiempo teniendo en cuenta que entre más cerca este el carrito de la polea menor tiempo habrá.
Se encontró una incertidumbre en la masa por los gramos y 5 centímetros, además del tiempo por una diferencia de 1,6 milésimas de segundo, esto implica que es un experimento bastante inexacto es difícil llegar a una solución en concreto.
La fuerza, la masa y la aceleración son directamente proporcionales.
Se logró hacer todo lo esperado, dependiendo de la masa colgante puede hallarse la aceleración y el tiempo del carro.
Al aumentar el peso de la masa colgante la aceleración del carro se incrementa y más rápido recorre la distancia.
Si la masa que cuelga es mucho mayor que la masa del carro su desplazamiento será más rápido.
Un objeto que está en reposo puede moverse por una fuerza exterior.
De acuerdo al experimento realizado se logra obtener el concepto de fuerza y aceleración: La fuerza es la magnitud que ejerce un movimiento sobre un cuerpo con cierta masa. La aceleración es el cambio de la velocidad en el tiempo ejercida por una fuerza externa. Durante el experimento una masa que se encuentra unida a otra y esta se encuentra suspendida por la fuerza de peso que ejerce la gravedad y que a su vez hala la masa provoca un movimiento con una velocidad que cambia con el tiempo o aceleración.
Sin importar la cantidad de movimiento o desplazamiento de las masas, las dos se encuentran sometidas a factores de fuerza y aceleración, ya sea por la masa de los cuerpos, la longitud de la cuerda o la superficie donde sucede el desplazamiento.
La fuerza tiene una relación directamente proporcional con la masa y la aceleración. La aceleración tiene una relación inversamente proporcional con el tiempo durante el movimiento.
El estudiante descubre y aprende a utilizar los elementos físicos necesarios para recrear un fenómeno físico como la segunda ley de newton, encontrando de la misma forma que el elemento artesanal estrategias adecuadas para una buena toma de datos.
Se expuso al estudiante en un ambiente totalmente diferente al acostumbrado, en el que se evidencio curiosidad, inquietud y concentración en la realización de la práctica experimental para descubrir y confrontar sus hipótesis acerca del fenómeno.
Actividades con los estudiantes de grado Once
Las practicas experimentales que se realizaron con los estudiantes de grado Once del colegio Nuevo Reino de Granada, se encuentran relacionadas con las temáticas de energía, conservación de la energía y viscosidad. Al igual que las dos primeras practicas del grado Decimo se realizaron con montajes caseros construidos por los mismos estudiantes en el aula de clase y finalmente la tercera practica se llevó al estudiante a interactuar en un ambiente propicio para la realización del experimento.