Prácticas de laboratorio como una actividad constructiva del conocimiento de algunos fenómenos físicos

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(1)1. Prácticas De Laboratorio Como Una Actividad Constructiva Del Conocimiento De Algunos Fenómenos Físicos. Un Trabajo De Grado Presentada Para Obtener El Título De Licenciado en Física Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá. Docente Director Jaime Duván Reyes Roncancio. Diana Marcela Torres Gutiérrez Marzo 2017.

(2) 2. Abstract. En este trabajo se analizan las prácticas de laboratorio como una estrategia didáctica de lograr un proceso de enseñanza-aprendizaje, y muestra una propuesta didáctica de las prácticas de laboratorio alejadas de un enfoque tradicional planteando una propuesta alternativa de cómo abordar y plantear las prácticas experimentales. Se muestran los resultados de dos practicas experimentales que se desarrollaron con estudiantes de grado Decimo y Once dentro de las instalaciones del Colegio NRG y las experiencias desarrolladas en la Universidad Distrital FJC, con el objetivo de construir conocimiento a partir de la experiencia y observación y la confrontación de hipótesis e ideas previas para desarrollar un concepto nuevo y claro sobre los fenómenos físicos que se plantean en este trabajo..

(3) 3. Tabla de contenido Capítulo 1. Contexto socio - cultural de la pasantía Capitulo2. Metodología y diseño de las actividades de la pasantía Capítulo 3, Descripción de las actividades desarrolladas en la pasantía Actividades del grado Decimo Practica 1. ¿Para que construimos un cañón? Practica 2. ¿Cómo funciona la catapulta? Practica 3. Juego De Masas Actividades del grado Once Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía? Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos? Capítulo 4. Análisis y aplicación de la propuesta de la pasantía Aportes de la pasantía a la formación como docente de Física Conclusiones Anexos Lista de referencias. 6 8 13 15 15 25 39 57 57 74 93 115 129 132 135 144.

(4) 4. Listas de tablas Tabla 1. Hipótesis de los estudiantes del experimento del Cañón Tabla 2. Análisis de resultados del experimento del Cañón Tabla 3. Datos tomados de los cuadernillos de algunos grupos de estudiantes.. 16 18 18. Tabla 4. Resultados de los estudiantes de las preguntas para reflexionar del Cañón. 22. Tabla 5. Hipótesis de los estudiantes experimento Catapulta. 27. Tabla 6. Datos experimentales tomados de los lanzamientos de la catapulta. 29. Tabla 7. Análisis preguntas para reflexionar experimento Catapulta Tabla 8. Conclusiones de los estudiantes experimento Catapulta Tabla 9. Hipótesis de los estudiantes experimento Juego de Masas. 36 37 42. Tabla 10. Datos experimentales y teóricos de la fuerza del peso de la masa que cuelga Tabla 11. Datos experimentales y teóricos de la aceleración del sistema. Tabla 12. Datos experimentales y teóricos de la fuerza, la masa y la aceleración de carro. Tabla 13. Análisis preguntas para reflexionar experimento Juego de Masas. 45 45 46 49. Tabla 14. Conclusiones estudiantes experimento Juego de Masas Tabla 15. Hipótesis estudiantes experimento Energía potencial y cinética. 55 60. Tabla 16. Análisis preguntas para reflexionar experimento Energía potencial y cinética Tabla 17. Conclusiones estudiantes experimento Energía potencial y cinética Tabla 18. Hipótesis estudiantes experimento Conservación de la Energía Tabla 19. Datos experimentales experimento Conservación de la Energía. Tabla 20. Datos experimentales conservación de la energía. Tabla 21. Resultados preguntas a reflexionar de Conservación de Energía. Tabla 22. Conclusiones de los estudiantes de Conservación de Energía. Tabla 23. Hipótesis de los estudiantes con el experimento de viscosidad Tabla 24. Datos experimentales del grupo 1 de estudiantes para determinar la viscosidad. Tabla 25. Datos experimentales del grupo 2 de estudiantes para determinar la viscosidad. Tabla 26. Datos experimentales del grupo 3 de estudiantes para determinar la viscosidad Tabla 27. Datos experimentales del grupo 4 de estudiantes para determinar la viscosidad Tabla 28. Resultados preguntas para reflexionar sobre la viscosidad Tabla 29. Resultados conclusiones sobre la viscosidad. 67 72 75 82 85 88 92 97 99 100 100 101 103 113.

(5) 5. Listas de figuras Figura 1. Montaje Cañon Casero Figura 2. Grafica ángulo de inclinación vs del alcance horizontal Figura 3. Grafica tiempo de vuelo en vs del ángulo de inclinación Figura 4. Grafica de los mejores datos del tiempo de vuelo vs ángulo de inclinación Figura. 5. Montaje Catapulta Casera Figura 6. Grafica del Alcance Horizontal en función del Angulo de Inclinación Figura 7. Alcance horizontal en función del ángulo de inclinación. Figura 8. Montaje Segunda Ley de Newton Figura 9. Diagrama de cuerpo libre de m1 y m2 Figura 10. Relación de la masa del carro dinámico en función de la fuerza Figura 11. Relación de la masa colgante en función de la aceleración Figura 12. Relación de la aceleración del sistema en función del tiempo Figura 13. Relación de la masa colgante en función del tiempo Figura 14. Montaje experimental de dos pelotas para analizar las energías del sistema Figura 15. Análisis cualitativo de la práctica experimental Figura 16 Resultados practica 1. Energía potencial y energía cinética Figura 17. Montaje experimental conservación de la energía Figura 18. Grafica alcance máximo y el tiempo vs de la altura H1 Figura 19. Grafica la velocidad en A-B y B-C en vs la altura H1 Figura 20. Montaje experimental de la viscosidad de un fluido liquido Figura 21. Esquema desarrollado para el desarrollo de prácticas experimentales Figura 22. Graficas experimentos grado Decimo Figura 23. Graficas experimentos grado Once Figura 24. Toma de medidas en la Universidad grado Decimo Figura 25. Toma de medidas en la Universidad grado Once Figura 26. Estudio del principio de pascal Figura 27. Estudio de la fuerza de fricción Figura 28. Estudio de la energía potencial eléctrica Figura 29. Estudio de la densidad. 17 20 20. 21 28 32 35 41 43 47 47 48 49 61 62 64 76 84 84 98 118 122 123 124 125 128 129 129 130.

(6) 6. Capítulo 1 Contexto Socio-Cultural de la pasantía El colegio Nuevo Reino de Granada es una institución educativa basada en valores éticos y morales como el respeto, la honestidad, la lealtad, la amistad y la bondad, también lo hacen al formarse valores académicos y disciplinarios, buscando así una formación integral para un futuro próspero para cada uno de los estudiantes. Al momento de hacer una visita por la institución y realizar un estudio sobre las metodologías de formación en el área de física, se aprecia que los estudiantes de los grados Decimo y Once con formación únicamente académica, carecen de dos factores en esta, el primero la falta de instrucción en la práctica – experimental de los fenómenos físicos que plantea el currículo del área de la física, y segundo, las instalaciones del colegio poseen aulas para la realización de las experiencias fenomenológicas, pero carece de instrumentos y elementos físicos para desarrollarlas . Basada en esta situación problema, la pasantía estará guiada en la implementación de los laboratorios o prácticas experimentales posteriores a la inducción académica sobre el tema de estudio. Como el colegio no cuenta con los instrumentos necesarios para el desarrollo de los laboratorios se contó con elementos básicos, simples de encontrar y reciclables, con los que se proyectó recrear los fenómenos físicos, los cuales serán traídos y construidos por los mismos estudiantes en el aula de clase, que a su vez fueron un instrumento necesario para realizar la medida, obtención de datos y al mismo tiempo el análisis del tema de estudio. Basados en esto se plantearon los siguientes objetivos para la culminación de la práctica: Objetivos:.

(7) 7. . Construir y confrontar el conocimiento científico por medio de prácticas experimentales de laboratorio, las cuales estarán alejadas del común recetario y más cercanas a la indagación e investigación científica.. . Buscar transmitir al estudiante conocimientos físicos aplicados al ambiente socio cultural en el que se encuentren envueltos, con el fin de que ellos puedan hallar una explicación científica a cualquier fenómeno cotidiano.. . Incentivar al estudiante a la construcción de prototipos o mecanismos útiles basados en la implementación de las leyes físicas. Contexto De Social De La Práctica El Colegio Nuevo Reino de Granada se encuentra ubicado en el municipio de Cota – Cundinamarca, impartiendo educación por más de 60 años a estudiantes del sector y de la ciudad de Bogotá. El ambiente social en el que se enmarcan estos estudiantes se mueve dentro de los extractos 5 y 6, por lo cual el diseño y realización de las prácticas experimentales tienen como objetivo impactar, influenciar e incentivar al estudiante al descubrimiento, la investigación, la indagación y dar una posible solución y respuesta algún fenómeno físico..

(8) 8. Capítulo 2 Metodología y diseño de las actividades de la pasantia Para que el estudiante encuentre una relación entre la temática y la práctica se diseñaron tres laboratorios experimentales a la par del currículo académico propuesto por la institución, los dos primeros se realizaron en las instalaciones del Colegio Nuevo Reino de Granada y el tercero en las instalaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas Metodología La metodología para llevar a cabo las prácticas experimentales se basó en la creación de un cuadernillo de experimentos por parte de los estudiantes, en el cual se consignaron las prácticas – experimentales de laboratorios, las cuales estuvieron propuestas en forma de preguntas problematizadoras que enfocan al estudiante hacia la indagación, la inducción y descubrimiento de las ciencias. Este cuaderno vendrá en la forma de un libro con las siguientes características: Portada. CUADERNILLO DE EXPERIMENTOS Titulo general del Cuadernillo de Experimentos TITULO Título que cada estudiante le asigne a su Cuadernillo AUTOR Nombre del estudiante AÑO Grado del estudiante GRADO. Introducción. Año.

(9) 9 INTRODUCCION Breve presentación que realizara cada estudiante acerca de la importancia y desarrollo de las Practicas experimentales. Índice. INDICE Índice del cuadernillo 1. Practica 1. Tema__ 2. Practica 2. Tema__ 3. Practica 3. Tema__ 4. Practica 4. Tema__. Capítulos. TITULO DE LA PRÁCTICA 1. ¿Qué Sucederá? 2. ¿Qué se quiere Averiguar? 3. ¿De qué se Trata? 4. ¿Qué se Necesita? 5. ¿Cómo se Desarrolla? 6. ¿Que se Obtuvo? 7. Preguntas para Reflexionar 8. Conclusiones 9. Glosario 10. Bibliografía.

(10) 10. Cada una de las prácticas experimentales tiene esta estructura la cual se enfoca en el método científico donde hay construcción, observación, medición y conclusiones, sin embargo este es un cuadernillo que los estudiantes realizaron y escribieron en forma de relato científico, el cual no está fundamentado en una receta o pasos a realizar para desarrollar el laboratorio, sino fundamentado en preguntas problematizadoras que logran que el estudiante reúna una extraordinaria riqueza de la actividad científica: . Título de la Practica = Cada practica tiene un titulo. . ¿Qué Sucederá? = Hace referencia a la hipótesis del experimento. . ¿Qué se Quiere Averiguar? = Hace referencia a los objetivos del experimento. . ¿De qué se trata? = Hace referencia al marco teórico del experimento. . ¿Qué se Necesita? = Hace referencia a los materiales del experimento. . ¿Cómo se Desarrolla? = Hace referencia al procedimiento del experimento. . ¿Que se obtuvo? = Hace referencia al análisis de resultado del experimento. . Preguntas para Reflexionar = Hace referencia a una serie de preguntas para reflexionar a nivel cualitativo acerca del experimento. . Conclusiones = Hace referencia a las conclusiones y confrontaciones del experimento. . Glosario = Hace referencia al glosario de los conceptos que no se entiendan o que se quieran reforzar del experimento. . Bibliografía = Hace referencia a una referencia bibliográfica sea de un libro, internet o un artículo acerca del experimento. Cada práctica era consignada a mano por los estudiantes, para implementar en ellos una mayor recepción de la temática, pues la base fundamental de las prácticas experimentales es que los estudiantes confronten los conocimientos ya aprendidos y de la misma forma vallan.

(11) 11. confrontándolo. Las actividades experimentales que se diseñaron para los grados Decimo y Once del Colegio NRG, constaron de las siguientes prácticas: Actividades en el grupo experimental decimo . Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?. . Practica 2. ¿Cómo funciona una catapulta?. . Practica 3. Juego de masas. Actividades en el grupo experimental once . Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética. . Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?. . Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos?.

(12) 12. Capítulo 3 Descripción de las actividades desarrolladas en la pasantía Las practicas experimentales como método de aprendizaje y construcción del conocimiento por parte de la observación se hace significativo al momento de buscar que los estudiantes utilicen este tipo de alternativas, donde la hipótesis y el posible resultado, les den explicaciones físicas y solidas las cuales modifiquen sus ideas previas, reafirmen sus conocimientos y construyan su propio conocimiento los cuales les ayudaran a predecir futuras experiencias en cualquier ámbito de la vida. El Colegio Nuevo Reino de Granada es una institución educativa en un ámbito donde hay carencia de elementos o instrumentos físicos los cuales les ayuden a logran a los estudiantes a realizar desde experiencias sencillas hasta las más complejas, por esto el fundamento de esta pasantía es ayudar a que los estudiantes a partir de las construcción de sus propios instrumentos deduzcan, verifiquen y vean aplicados los fenómenos de la física en las más simples experiencias, pero “¿Qué interés pueden tener hoy en día los estudiantes en estos experimentos?, ¿En qué medida van a poder adquirir con ello una visión estimulante y actual de la ciencia?¿Qué interés puede tener esa física prehistórica?” “Son esas mismas preguntas las que nos han movido a elegir una práctica tan «tradicional», pues pretendemos mostrar que la falta de atractivo de este tipo de trabajos deriva de la orientación que habitualmente se les da, y que su replanteamiento como una investigación, en la forma que aquí presentaremos, puede generar auténtico interés y proporcionar también a través de la incorporación de elementos de la tecnología moderna a los diseños experimentales y al tratamiento de los resultados una visión más actual de la ciencia” (Gil, 1996).

(13) 13. Partiendo de esto las actividades experimentales que se realizaron se desarrollaron para los grados Decimo y Once del Colegio Nuevo Reino de Granada, las cuales están consignadas en la siguiente forma: Actividades en el grupo experimental decimo . Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?. . Practica 2. ¿Cómo funciona una catapulta?. . Practica 3. Juego de masas. Actividades en el grupo experimental once . Practica 1. Hablemos de energía potencial y energía cinética. . Practica 2. ¿Cómo determinamos la conservación de la energía?. . Practica 3. ¿Qué son los Fluidos viscosos?. Las dos primeras practicas experimentales para los estudiantes de los grados Decimo y Once se construyeron y realizaron dentro de la institución educativa, y la tercera practica se desarrolló dentro de las instalaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en el ámbito de la semana de la física. A continuación se van a describir cada una de las prácticas experimentales que se desarrollaron dentro de las instalaciones del colegio para así exponer los resultados obtenidos cualitativamente y por último se describirán las prácticas experimentales que se desarrollaron dentro de las instalaciones de la Universidad para así exponer los resultados obtenidos cualitativamente y las diferencias que se encontraron entre los dos grupos de estudio..

(14) 14. Actividades En El Grupo Experimental Decimo Las prácticas experimentales se desenvolvieron en el momento en que los estudiantes de ambos grados se encontraban en el estudio de estos temas practicados. 1.. Practica 1. ¿Para que construimos un cañón?. La primera práctica experimental hace referencia al movimiento de proyectil o parabólico. Primero se les hace entrega a los estudiantes de la guía a seguir, en la cual están consignados como realizar la construcción, procedimiento y ejecución del experimento que se muestra en la tabla 1 (mirar anexos) Se les entrega la guía del experimento con días de anterioridad, para que entre grupos de más o menos cuatro estudiantes consigan reunir los materiales del experimento. El objetivo de la práctica experimental es que los estudiantes logren construir el cañón, deduzcan hipótesis, tomen datos, realicen análisis de resultados y finalmente obtengan una conclusión del fenómeno. 1.1. Descripción de la actividad. De acuerdo con la guía de practica experimental, los estudiantes deben construir un cañón con la ayuda de un tubo de PVC sostenido a una base de madera, la cual tendrán que graduar para diferentes ángulos y así poder analizar el movimiento en cada uno de los casos. El elemento que les facilitara e impulsara la salida del proyectil, será con la ayuda de un dedo de caucho el cual se obtendrá de un guante de látex, este dedo ira pegado de uno de los extremos del tubo de PVC, y dependiendo de la fuerza que le apliquen al proyectil, que en este caso será una canica y una esfera de metal, lograran reproducir el fenómeno. A los estudiantes se les piden materiales que no son específicos, es decir, en cuanto a calibre o material, ya que se les deja a la libertad de ellos el material a usar y analizar, al momento de realizar los montajes se evidencia que no todos los grupos de estudiantes ensamblaron los.

(15) 15. cañones con los mismos materiales, entonces les permite a ellos entre si observar la diferencia de montajes entre ellos y con cuál de las construcciones que realizaron se logra la perfección del proyecto. Se ha demostrado que en un ambiente diferente al aula de clase los estudiantes se sienten más cómodos y predispuestos a realizar sus actividades, por esto después de que construyen los proyectos, los estudiantes se dirigen al patio del colegio donde los pondrán a prueba. 1.2. Hipótesis:. Antes de que realicen la toma de datos y después de la construcción del prototipo se les pide a los estudiantes que consignen en cada uno de los cuadernillos las hipótesis concernientes al experimento que se disponían a realizar, lo que nos muestra las ideas previas y percepciones que los estudiantes tienen relacionada con esta temática y también hay que tener en cuenta que esta práctica se realiza post a la temática desarrollada dentro del salón de clases. Se espera que las hipótesis de los estudiantes estén fundamentadas el material del dedo de caucho, la masa del proyectil sea la canica o la esfera metálica, el grado de inclinación y que dependiendo de esto cual sería el alcance que tendría el proyectil, pero las hipótesis que se obtuvieron fueron las siguientes: Tabla 1. Hipótesis de los estudiantes del experimento del Cañón       . Este experimento sirve para medir el movimiento de proyectiles El alcance del objeto cambiara dependiendo el ángulo con el que este sea inclinado ya que esta será una medida inversamente proporcional, cuanto más inclinado sea el ángulo, el objeto tendrá mayor alcance vertical. Este cañón va a generar un movimiento parabólico Se realizara un experimento con una canica y se tomaran los respectivos valores Se realizara manualmente un cañón didáctico para hacer pruebas de lanzamiento de proyectiles Se realizara un experimento con una canica y la lanzaremos En este laboratorio se realizara un proyectil casero y con él se medirá la distancia que recorren las balas y durante qué tiempo lo hacen, las balas deben llegar lejos por la potencia del proyectil En este laboratorio de física queremos observar lo que sucede cuando un objeto es lanzado al aire y sufre una aceleración debido al efecto del campo gravitacional, ya que cuando un cuerpo además de desplazarse verticalmente se desplaza horizontalmente y a esto se le considera un movimiento de proyectil.

(16) 16   . En este experimento se podrá mostrar un tiro parabólico con diferentes ángulos y así obtener diferentes datos Al realizar un lanzamiento con un cañón casero a diferentes ángulos se podrá observar el efecto causado tanto por el ángulo como por la fuerza ¿Se puede demostrar el movimiento parabólico mediante el lanzamiento de bolitas desde un cañón?. Al analizar las ideas expresadas por los estudiantes a partir de la práctica, se concluye que la mayoría que se realizara un experimento casero para comprobar el fenómeno de movimiento de proyectiles y en el cual se analizara y realizara una comparación entre el ángulo de inclinación y cuál será su alcance máximo al terminarse el movimiento 1.3. Experimento:. Tubo de PVC. Proyectil. Dedo de Caucho Angulo de Inclinación. Figura 1. Montaje Cañon Casero. A partir de las hipótesis que se deducen antes de empezar la práctica se procede a la realización de la misma, los estudiantes construyen el mecanismo para comprobar el fenómeno, de aquí se observan las siguientes variables con las que se encuentran los estudiantes al momento de realizarlo: la elasticidad del dedo de guante, la masa que utilizan para realizar el lanzamiento y el ángulo de inclinación para que este alcance su mayor alcance. Es importante que el estudiante por si solo al encontrarse ante esta experiencia determine por si solo el concepto y la característica de cada variable. 1.4. Análisis De Resultados.

(17) 17. Los estudiantes tenían que tomar tres tipos de medidas: la distancia, el tiempo y el ángulo de inclinación, de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 2. Análisis de resultados del experimento del Cañón      . Al realizar estos lanzamientos se puede observar que mientras menor sea el ángulo, mayor distancia y tiempo recorre el proyectil en el aire antes de tocar el suelo. A partir de una fuerza que ejercíamos y dando un ángulo obtuvimos una distancia y un tiempo. Cuando un objeto es lanzado con cierto impulso y desde determinado ángulo de inclinación, este alcanza una altura y distancias máximas. Entre más inclinado este el ángulo al que será lanzado dicho objeto, este tendrá un menor alcance. Los factores que influyen en el alcance del objeto lanzado son el peso, fuerza de lanzamiento y ángulo de inclinación, estos se complementan y están directamente relacionados entre si Entre mayor sea el ángulo, mayor será la distancia y por ende la potencia de la bala y entre más distancia, mayor tiempo de vuelo. A partir de la experiencia realizada los estudiantes pudieron comprobar la teoría del fenómeno del movimiento de proyectil y que variables influyen en esta sin necesidad de ecuaciones matemáticas que los lleven a esto, es decir, “que un proyectil, en este caso una masa como una esfera de acero o vidrio es un cuerpo que se lanza por medio de alguna fuerza mecánica y continúa en movimiento por inercia propia, esta masa de proyectil ve influenciado su movimiento por una fuerza externa la cual se llama aceleración de la gravedad. La gravedad cual actúa para influenciar el movimiento vertical del proyectil. Y el movimiento horizontal del proyectil es el resultado de la tendencia de cualquier objeto a permanecer en movimiento a velocidad”. Estos son algunos de los datos que obtuvieron varios grupos de estudiantes: Tabla 3. Datos tomados de los cuadernillos de algunos grupos de estudiantes. Angul o (Ɵ). Alcance Maximo (M). Tiempo Velocidad de Vuelo Inicial (S) (m/s). Velocidad En X (m/s). Velocidad En Y (m/s). Posicion Pocision En X En Y(m) (m). SERIE 1 10 15 20 25 30 SERIE 2. 0,763 0,817 0,757 1,037 1,203. 0,390 0,413 0,430 0,517 0,707. 0,298 0,337 0,326 0,536 0,851. -3,818 -4,042 -4,209 -5,056 -6,908. 0,763 0,817 0,757 1,037 1,203. 0,302 0,349 0,346 0,592 0,982. -2,234 -2,505 -2,716 -3,924 -7,333.

(18) 18 18 19 21 27 57 SERIE 3 20 25 49 65 82 SERIE 4 15 27 30 40 52. 0,630 0,880 0,540 0,730 0,350. 1,080 1,880 0,650 4,240 0,410. 0,883 0,473 -1,517 -0,589 0,949. 0,583 0,468 0,831 0,172 0,854. -11,247 -18,353 -7,639 -42,116 -3,604. 0,630 0,880 0,540 0,730 0,350. -17,863 -51,822 -7,036 -266,661 -2,301. 0,180 0,229 0,262 2,250 0,136. 14,000 1,000 4,000 4,270 35,000. 0,032 0,231 0,218 -0,937 0,004. 0,013 0,229 0,066 0,527 0,004. -137,171 -9,831 -39,408 -42,621 -342,999. 0,180 0,229 0,262 2,250 0,136. -2880,79 -14,731 -236,031 -271,331 -18007,4. 0,435 0,100 0,588 0,730 0,444. 0,430 0,720 0,850 0,910 1,020. -1,332 -0,475 4,485 -1,203 -2,671. 1,012 0,139 0,692 0,802 0,435. -5,080 -7,511 -12,761 -9,814 -12,631. 0,435 0,100 0,588 0,730 0,444. -3,090 -7,948 -14,387 -12,989 -17,982. Pero al analizar los datos se descubre algo importante: . Con ángulos entre 0 y 45 grados al aumentar el ángulo, el alcance horizontal aumenta.. . Con ángulos entre 0 y 180 grados al aumentar el ángulo, el alcance horizontal disminuye. . Para todos los ángulos al aumentar el ángulo, la altura máxima aumenta. . Para todos los ángulos al aumentar el ángulo, el tiempo de vuelo aumenta. Al graficar los datos de la tabla anterior se representarían trayectorias como lo muestra la figura siguiente:. ALCANCE HORIZONTAL. ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE INCLINACION 1,500 1,000 0,500 0,000 0. 5. 10. Series1. 15 20 25 ANGULO DE INCLINACION Series2. Series3. 30. 35. Series4. Figura 2. Grafica en la que se representa el ángulo de inclinación en función del alcance horizontal.

(19) 19. En la figura 1, se muestran las gráficas de 4 datos obtenidos por los estudiantes en algunos se evidencia que a partir de que aumenta en un ángulo de 45° el alcance horizontal disminuye. Los picos en los datos de las series 1, 2 y 4, se deben a influencias o variables del medio como lo son la fuerza para lanzarlo o una pequeña variación en el ángulo al momento de tomar las medidas. Aunque se puede evidenciar que en los datos de la serie 4, llegan a un ángulo de 40° y desciende, pero la gráfica que nos representa mejor la trayectoria de una parábola son los datos de la serie 3, aunque pudieron haber existido variables que marcaran un error en la toma de los datos los estudiantes lograron tomar la medida de hasta 82° siendo más evidente la trayectoria del movimiento de proyectil.. TIEMPO DE VUELO. TIEMPO DE VUELO VS ANGULO DE INCLINACION 40,000 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0. 10. 20. Series1. 30 40 50 60 ANGULO DE INCLINACION Series2. Series3. 70. 80. 90. Series4. Figura 3. Grafica del tiempo de vuelo en función del ángulo de inclinación de los datos de la anterior gráfica..

(20) 20. TIEMPO DE VUELO. TIEMPO DE VUELO VS ANGULO DE INCLINACION 1,200 30; 0,850 27; 0,720. 1,000 0,800 0,600 10; 0,390. 0,200. 52; 1,020. 30; 0,707. 15; 0,430. 0,400. 40; 0,910. 25; 0,517 15; 0,413 20; 0,430. 0,000 0. 10. 20 30 40 ANGULO DE INCLINACION Series1. 50. 60. Series4. Figura 4. Grafica de los dos mejores datos que representan mejor el tiempo de vuelo en función de ángulo de inclinación. Otro análisis se encuentra relacionado con el tiempo en función del ángulo de inclinación el cual se muestra en la figura 3, como se analiza en los datos obtenidos, la gráfica evidencia que a medida que aumenta el ángulo de inclinación aumenta el tiempo de vuelo, esto se debe a que el proyectil al estar más inclinado tiene que recorrer más distancia por lo tanto tardara más en bajar o descender al suelo A pesar de esto sobresalen otros conceptos tales como fuerza, peso, impulso y potencia de la bala, es decir encuentran otra variable que es susceptible y depende de ellos la cual es la fuerza que se le imprima al dedo del guante para que el proyectil tenga mayor o menor alcance. Otra conclusión a raíz de la observación realizada a los estudiantes es el hecho de que al tomar medidas entre el ángulo y la distancia, apreciaban el cambio entre ella y se cuestionaban por qué en algunos casos no les daba a pesar de repetitivos lanzamientos, es decir saben de qué se trata el fenómeno y lo querían compraban con la teoría estudiada anteriormente Se les pidió a los estudiantes que analizaran los resultados obtenidos de forma cuantitativa, por medio de la realización de graficas en las que se relacionan la distancia o alcance máximo del proyectil en función del ángulo de inclinación y el tiempo de vuelo en función del ángulo de.

(21) 21. inclinación; además a partir de estos obtener la velocidad promedio del proyectil lanzado. Los únicos datos con los que ellos contaban son el tiempo de vuelo, el alcance máximo y el ángulo de inclinación; a partir de las ecuaciones matemáticas establecidas para este fenómeno se pudieron obtener valores matemáticos como alcance máximo y velocidad. Estos valores sirven para comprobar las hipótesis y los resultados obtenidos cualitativamente, que es el fin de estas prácticas de laboratorio, pues a partir de la práctica y la observación se lleguen a conclusiones y predicciones más precisas a fenómenos similares. 1.5. Preguntas Para Reflexionar. Las preguntas a reflexionar se desarrollaron con el fin de poner al estudiante en el mismo fenómeno, la misma interacción pero variando las características de los elementos del experimento, tales como, el peso del proyectil, la distancia del cañón, el hecho de utilizar un resorte en vez de un guante de caucho, es decir qué implicaciones y en que varía este cambio o que aplicaciones tiene este fenómeno en la vida cotidiana, estos son los resultados obtenidos: Tabla 4. Resultados de los estudiantes de las preguntas para reflexionar del Cañón 1. ¿Si realizas la practica con una bolita de papel, cambiaran considerablemente los valores con relación a los anteriormente obtenidos?  Si cambiaria debido a que la bola de papel tiene menos peso que la canica  Sí, porque la bola de papel es mucho menos pesada y por esto no va a despegar tan fácilmente del proyectil y caerá a muy poca distancia  Si porque no tiene el mismo peso  Si cambiarían los datos pues la masa del proyectil cambia es decir es menos pesada entonces a pesar de que se coloquen las mismas medidas de los ángulos la bolita no tendrá el mismo alcance y altura máxima ya que será menor que con la canica. 2.    . ¿De qué depende el alcance máximo? Depende del tiempo y la velocidad en la que está en el aire y del ángulo Depende de la velocidad con la cual es lanzado el objeto y el ángulo de lanzamiento El ángulo, la fuerza y el peso. Depende del ángulo de inclinación de la canica, pues entre más ángulo menor distancia y entre menor ángulo mayor distancia.. 3. ¿Para qué crees que sirve el estudio del movimiento parabólico?  Para estudiar el comportamiento de los objetos en el aire con respecto a la gravedad  Para determinar los datos exactos sobre el tiempo de vuelo, la altura, el ángulo y la distancia durante el lanzamiento de un cuerpo respecto a la horizontal.

(22) 22  . Para distintas actividades cotidianas Para estudiar el comportamiento de diferentes actividades cotidianas como en los deportes.. 4. ¿Porque si en este caso utilizamos resortes para impulsar la canica porque crees que utilizan pólvora para realizar la misma experiencia?  Debido a que la polvera logra impulsar con más fuerza el proyectil  Para hacer que el objeto tenga un tiempo de vuelo, altura y distancia mucho mayor con respecto que al hacerlo con un resorte  Para tener más fuerza y más alcance.  Con los resortes o el guante de caucho se le da cierta fuerza para que vuele, con la pólvora se lograra más impulso para que valla más lejos o alcance un alcance mayor. Al poner al estudiante frente a situaciones similares con las mismas variables donde solo cambian las características de los elementos, hace que el estudiante analice las posibles soluciones y realice predicciones de acuerdo a la experiencia anterior y los conceptos adquiridos a partir de ella. Por ejemplo al preguntar si se modifica las características del proyectil, en este caso a cambio de una canica se lanza con una bolita de papel, se encuentran conclusiones relacionadas con el peso del proyectil, es decir los estudiantes al realizar el experimento con las mismas características que el anterior, saben que la bolita de papel realizara el mismo movimiento parabólico, pero no tendrá el mismo alcance horizontal que con la canica debido a que es más liviano o menos pesado que la canica, por lo cual no tendrá la misma velocidad inicial, otra conclusión involucrada con este fenómeno es la gravedad, al tener menos peso el proyectil, la fuerza de gravedad que se ejerce es mayor en la bolita de papel que en la canica, por lo cual hará que llegue más rápido al piso y no logre tener un alcance máximo similar al de la canica. Es fundamental que el estudiante analice cada una de las variables que intervienen en este fenómeno y construya su propio concepto basado en las ideas previas y la experiencia, en el caso en que se les pregunta ¿Qué factores intervienen en el movimiento de proyectiles? salen conclusiones como la velocidad inicial del proyectil, la fuerza con la que se impulsa para que salga del cañón, el ángulo de inclinación, entre otros, pero hay un concepto muy importante el.

(23) 23. cual es la velocidad del viento o fuerza de fricción, cantidades muy mínimas que no influyen en el resultado cualitativo ni cuantitativo del experimento por esto son despreciables, pero es significativo que el estudiante analice todas estas magnitudes que no son apreciables a simple vista. En cuanto a la pregunta de la importancia y la utilidad del estudio del movimiento de proyectil, salen conclusiones relacionadas con la gravedad, es decir, este fenómeno sirve para estudiar el concepto de la gravedad y su influencia en diferentes cuerpos, también para estudiar actividades afines en la vida cotidiana, pero estas actividades ellos no las ven a simple vista, es decir no son fenómenos con los que interactúen en su núcleo social como si solo lo vieran plasmados en los libros de ciencia. A pesar de esto se cuestiona el hecho de utilizar este fenómeno en tiempos anteriores pero en vez de impulsarse el proyectil con caucho o resorte se utiliza pólvora, a lo que los estudiantes responden que la utilizaban en la guerra pues genera más fuerza e impulso logrando un alcance horizontal máximo y significativo tanto para poder llegar y derribar al objetivo. 1.6. Conclusiones. Después de realizar esta experiencia y teniendo en cuenta que los estudiantes se les dio una temática conceptual anterior a la experiencia y basado en las ideas previas, los estudiantes lograron construir el concepto y las características que influyen y actúan en el movimiento de proyectil son las siguientes: . El movimiento de proyectil describe la trayectoria que sufre un cuerpo cuando es lanzado. con una fuerza y una velocidad determinada, con cierto ángulo de inclinación el cual describe una parábola, la canica recorre cierta distancia o alcance máximo, el cual depende de la gravedad que se ejerce en el cuerpo y su velocidad..

(24) 24. . Existen variables despreciables que se encuentran implícitas en el fenómeno como lo son. la masa del cuerpo y la fuerza de fricción que el aire ejerce en la canica; en el caso de la masa del peso no se podía determinar físicamente pues la institución carece de laboratorios por lo tanto no tiene elementos como balanzas para obtener este dato practico. . Se determinó que los diferentes materiales del dedo de caucho logran que el proyectil. tenga más o menos alcance máximo utilizando el mismo ángulo, cuando se lanza el proyectil con cierto ángulo de inclinación y se utilizaba dedos de caucho elásticos el proyectil alcanzaba una mayor distancia que con un dedo de caucho más duro y con las mismas características iniciales, es decir, los dedos de cucho tienen cierto “coeficiente” propicio para lograr que el experimento salga ideal. . Los estudiantes aprendieron a construir un instrumento útil para recrear y apreciar el. movimiento de proyectil, utilizando elementos asequibles y reciclables. 2.. Practica 2. ¿Cómo funciona la catapulta?. La segunda práctica experimental hace referencia al movimiento parabólico, el objetivo de este experimento es estudiar que fenómenos se dan lugar en un tiro parabólico efectuado con catapulta. Las catapultas son perfectas para explicar los movimientos parabólicos, estas lanzan proyectiles con un ángulo con la horizontal, con una velocidad inicial o velocidad en X que siempre es constante, el proyectil también tiene una velocidad en Y que es independiente a la velocidad en X, el cuerpo tiene una altura máxima, un alcance máximo y un tiempo de vuelo. La catapulta se construyó con elementos reciclables durante las horas de clase, con el fin de que cada integrante del grupo participe del mecanismo. Igual que en el experimento 1 se les entrega la guía del experimento con días de anterioridad, para que entre grupos de más o menos cuatro estudiantes logren reunir los materiales del experimento..

(25) 25. En esta práctica experimental los estudiantes deberán construir una catapulta, para que deduzcan hipótesis, tomen datos, realicen análisis de resultados y finalmente obtengan una conclusión del fenómeno. A pesar que este experimento se relaciona con el primero se desea que los estudiantes contemplen otra forma de evidenciar el fenómeno del movimiento parabólico, con una construcción más didáctica. 2.1. Descripción de la actividad. De acuerdo con la guía de laboratorio los estudiantes debían construir una catapulta basados en un video demostrativo. La catapulta se construye con palos de paleta, pitillos y tapas de gaseosa. Se realizó la base de la catapulta con los palos de paleta, a está le tenían que colocar dos columnas con ganchos de ropa, a estos ganchos se les asegura el pitillo y a esté se pega otro palo de paleta, en una de las esquinas del palo de paleta se pega una tapa de gaseosa, aquí es donde irán los proyectiles de la catapulta. Para impulsar la catapulta con cierto ángulo será necesario enganchar el palo de la base y el palo donde se coloca el proyectil con un caucho, lo que hará elástica y templadas las dos partes, es decir colocando una masa o un cuerpo en la base donde lanza el proyectil, se juntan las dos partes teniendo en cuenta que el mecanismo debe estar a recto a nivel del piso, cuando se suelte la palanca por acción del elástico al soltarla tendrá cierta velocidad capaz de impulsar la palanca hacia arriba, pero al mismo tiempo la frena y esto hace que el cuerpo proyecte un movimiento parabólico. Para esta práctica experimental se sugirió a los estudiantes utilizar masas no tan pesadas como las esferas metálicas, pues el mecanismo es algo débil y no podría impulsar los proyectiles, razón por la que se utilizaron masas con las que ellos interactúen como borradores, tapas de esferos, monedas, etc. Al momento de cambiar las masas del proyectil caracterizarían el movimiento.

(26) 26. basados en la variación de la masa, es decir se realizaran lanzamientos con ciertos ángulos de inclinación para cada una de las masas. 2.2. Hipótesis. Antes de empezar a realizar la construcción de la catapulta y basados en la temática de clase se les pregunta a los estudiantes que creen que sucederá al ponerse en funcionamiento el mecanismo, donde se encontraron las siguientes hipótesis: Tabla 5. Hipótesis de los estudiantes experimento Catapulta .        . La eficacia de una catapulta recae sobre si esta, es capaz de disparar elementos a ciertas distancias, empleando diferentes ángulos y generando un movimiento parabólico, cuanto mayor inclinado este el ángulo mayor alcance tendrá con la catapulta realizada, se podrá saber la distancia que recorre un objeto dependiendo del peso y del ángulo con el que se lance. Este experimento ayudara a estudiar los comportamientos de los proyectiles en el aire Se obtendrá una especie de tiro parabólico para así lograr sacar los datos y saber en que influye el ángulo y el peso del objeto con el que se lance Al realizar una comparación y al realizar varios lanzamientos con proyectiles de diferentes masas usando una catapulta creada por nosotros, se podrá observar un cambio en la distancia y el tiempo recorridos por los proyectiles al realizar un cambio en el ángulo La catapulta lanzara los objetos con una aceleración, altura máxima y una distancia dicha. En este laboratorio se espera obtener resultados similares que con el proyectil pero usando el método de la catapulta para identificar distancias en ambos. Se realizara un experimento con tres distintos objetos para tomar sus respectivos valores y así podrá encontrar la velocidad y la altura de los tres objetos. En este laboratorio de física queremos ver lo que sucede al desarrollar una aplicación y funcionalidad del movimiento parabólico ya que su trayectoria del objeto describe una parábola Se hará un experimento con una catapulta hecha por los estudiantes donde se hallara el ángulo, la distancia y el tiempo de vuelo.. Ahora que los estudiantes pasaron a una segunda práctica analizan mejor el fenómeno de tiro parabólico y logran predecir que variables están implicadas tales como: como peso, ángulo, distancia, altura velocidad y representación de la trayectoria parabólica. En este experimento se puede apreciar de una mejor forma el movimiento parabólico por esto los estudiantes hacer bastante énfasis en el ángulo de inclinación, tan como en el experimento anterior llegan a deducir que entre menor sea el ángulo de inclinación mayor será el alcance.

(27) 27. máximo y tendrá menor altura, de igual forma con un ángulo mayor, menor será su alcance máximo. El peso de los proyectiles y el tiempo de recorrido son importantes pues determina un valor de la velocidad descriptivo, tanto cualitativo como cuantitativo, pues se tendrá la posibilidad de variar las masas al igual que los ángulos. Para identificar la velocidad de forma cuantitativa será necesario del conocimiento teórico de las ecuaciones, pues será un valor cualitativamente apreciable, pero es importante que el estudiante grafique y logra analizar a partir de esta los que está describiendo el movimiento. 2.3. Experimentos. Caucho Elástico Proyectil. Angulo de Inclinación Fig. 5. Montaje Catapulta Casera. Para empezar se construye la catapulta casera ayudados de un video demostrativo de su ensamble, entonces por grupos los estudiantes interactúan en la construcción de dicho prototipo, encontrando mejoras a partir de fallas en la construcción y ejecución del mismo. Cada grupo de estudiantes tomo cinco diferentes medidas de ángulo de inclinación para cada una de las masas, los datos que deberían tomar eran para cada ángulo el tiempo de vuelo y el alcance máximo, después de obtener estos valores realizar una análisis cualitativo y cuantitativo de la variaciones que podrían existir en cada una de las situaciones..

(28) 28. El hecho de la construcción, ensamble y ejecución de una máquina que les ayudaría a demostrar un fenómeno como lo es el movimiento de proyectil, genera en el estudiante cierta curiosidad e inquietud al realizarlo, observar y verificar lo que sucederá, situación diferente si se tuviera el prototipo ya ensamblado, ya que el estudiante está más implícito en la manipulación de su experimento para poder lograr una buena ejecución del mismo. 2.4. Análisis de resultados. A pesar de predecir qué sucedería con el experimento los estudiantes comprueban la veracidad de las leyes físicas, en cuanto al fenómeno de movimiento parabólico, es decir, un cuerpo con cierta masa es lanzado desde una catapulta, la masa sale con cierta velocidad constante, esta llega a un límite porque experimenta dos fuerzas una la de gravedad o atracción al suelo donde tiene una altura máxima, luego para llegar al suelo describe una trayectoria parabólica y finalmente termina su movimiento cuando llega al suelo a cierta alcance máximo. Hay que tener en cuenta que en este experimento el ángulo de inclinación se toma a nivel de la horizontal pero desde el III cuadrante negativo. A continuación se mostraran algunas tablas de datos tomados por los estudiantes y así poder analizarlos. Tabla 6. Datos experimentales tomados de los lanzamientos de la catapulta Tiempo Velocid Alcance Velocida Velocida Angulo De ad Objeto Maximo d En X d En Y (Ɵ) Vuelo Inicial (M) (M/S) (M/S) (S) (M/S) Rupo 1 Grupo 3 10,00 1,52 2,98 4,60 4,53 -29,08 15,00 1,47 2,43 3,70 3,57 -23,72 Moneda 20,00 2,00 2,53 5,38 5,06 -24,61 30,00 1,41 3,06 4,98 4,31 -29,87 45,00 1,30 3,40 6,25 4,42 -33,18 10,00 3,03 2,15 6,61 6,51 -20,72 Barra De 15,00 2,03 2,10 4,41 4,26 -20,42 Silicona 20,00 3,20 2,05 6,98 6,56 -19,70. Posicio Pocision n En X En Y (M) (M). 1,52 1,47 2,00 1,41 1,30 3,03 2,03 3,20. -130,18 -86,57 -93,62 -137,27 -169,45 -67,20 -64,50 -60,98.

(29) 29. Borrador. 30,00 45,00 10,00 15,00 20,00 30,00 45,00. 2,00 3,00 3,22 3,00 2,05 2,10 3,10. 2,50 3,08 2,36 1,91 2,23 2,67 3,27. 5,77 13,07 7,72 5,93 4,86 6,47 14,34. 5,00 9,24 7,60 5,73 4,57 5,61 10,14. -24,30 -29,50 -22,69 -18,41 -21,68 -25,93 -31,27. 2,00 3,00 3,22 3,00 2,05 2,10 3,10. -91,37 -137,34 -80,85 -53,03 -72,71 -104,16 -154,65. 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 10,00 15,00 20,00 26,00 30,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00. 1,02 1,20 1,48 1,51 1,68 0,97 1,05 1,24 1,01 1,37 1,56 2,02 2,48 2,07 3,00. 0,38 0,86 1,06 0,78 0,68 0,35 0,81 1,05 0,67 0,63 0,73 0,94 1,41 1,50 1,62. 0,39 1,07 1,67 1,30 1,32 0,34 0,88 1,39 0,75 1,00 1,16 1,97 3,72 3,43 5,61. 0,39 1,03 1,57 1,18 1,14 0,34 0,85 1,30 0,68 0,86 1,14 1,90 3,50 3,11 4,86. -3,72 -8,41 -10,34 -7,61 -6,63 -3,42 -7,92 -10,26 -6,55 -6,15 -7,12 -9,14 -13,66 -14,58 -15,58. 1,02 1,20 1,48 1,51 1,68 0,97 1,05 1,24 1,01 1,37 1,56 2,02 2,48 2,07 3,00. -2,12 -10,85 -16,47 -8,92 -6,77 -1,80 -9,63 -16,18 -6,59 -5,82 -7,81 -12,92 -29,00 -32,89 -38,10. Grupo 5 Bola De Caucho. Moneda. Anillo. Después de construida la catapulta, los estudiantes tomas medidas de los lanzamientos hechos con ella y con diferentes objetos accesibles a ellos tal como borradores, monedas, etc. Al igual que en el experimento anterior se anotan medidas del ángulo de inclinación, el tiempo de vuelo y el alcance horizontal donde caerá el proyectil. La hipótesis principal después de haber realizado el experimento anterior es que sucedería lo mismo si se grafican los mismos datos, es decir la gráfica dibujaría la trayectoria de una parábola, pero la diferencia incide en el cambio de la masa y se resultará analizar la influencia de esta en la trayectoria parabólica del movimiento. Al analizar los datos en general se evidencia resultados similares a los del experimento anterior pero a diferencia del ángulo límite de 45°, en este experimento para ángulos de 0 y 20 grados aproximadamente al aumentar la inclinación del ángulo, aumenta el alcance horizontal, y en ángulos de 40 a 180 grados al aumentar la inclinación, disminuye el alcance horizontal, mostrando una trayectoria parabólica..

(30) 30. En cuanto al tiempo de vuelo teóricamente a medida que aumenta el ángulo de inclinación aumenta también el tiempo de vuelo, pues el proyectil al estar más inclinado tiene más espacio para recorrer hasta llegar al suelo, pero experimentalmente al graficar los resultados se observan trayectorias parabólicas por la influencia del ángulo de inclinación sobre el tiempo de vuelo, esto puede ser definitivo por errores a la hora de la toma de los datos, pues la construcción de la catapulta es casera y con elementos livianos que pueden tener algún error en la construcción. Al momento de analizar los resultados del experimento se les pregunta a los estudiantes ¿Cuál es la razón para que en este caso el ángulo límite sea diferente? A lo que la mayoría de ellos respondieron: . Debe ser por el material de la catapulta, si fuera en un material más duro como el plástico. o el metal podrían tener un ángulo parecido al experimento del cañón . Podría la palanca o brazo de la catapulta ser más pequeño para hacer que el ángulo sea. igual Es importante analizar el hecho de hacerlos pensar porque no sucedió lo mismo que en el experimento del cañón pues los dos se enfocan en el mismo movimiento de proyectil, el hecho de pensar en un brazo más pequeño podría llegar a influir bastante en una mayor inclinación del proyectil. El fundamento del material de la catapulta también se podría cambiar colocando una base más resistente y una brazo más rígido para darle mayor precisión a la trayectoria del proyectil. A continuación se mostrara unas de las gráficas de un grupo de estudiantes obtenidas de la toma de datos con el fin de analizar la influencia de la masa en el experimento..

(31) 31. ALCANCE HORIZONTAL. ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE INCLINACION GRUPO 3 4,00. 3,22 3,03. 3,00. 3,00. 3,20. 2,03. 2,05. 3,10 3,00 2,10 2,00. 2,00 1,00 0,00 0,00. 5,00. 2,00. 1,52. 1,47. 10,00. 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 ANGULO DE INCLINACION. MONEDA. 1,41. BARRA DE SILICONA. 1,30 40,00. 45,00. 50,00. BORRADOR. Figura 6. Grafica del Alcance Horizontal en función del Angulo de Inclinación. En la figura se aprecian tres trayectorias del movimiento parabólico con la misma catapulta y con los mismos ángulos de inclinación solamente se varían las masas de los proyectiles. La grafica de la serie 1 se refiere a una moneda, la gráfica de la serie 2 se refiere a una barra de silicona y la gráfica de la serie 3 se refiere a un borrador. Se les pidió a los estudiantes que analicen la diferencia de cada una de las gráficas, a lo que respondieron . La barra de silicona y la moneda tiene parábolas en el mismo ángulo, pero diferente. alcance horizontal . El borrador tiene el mismo alcance horizontal que la barra de silicona. Pero al analizar las gráficas si se compara la serie 1 que es la moneda con la serie 2 que es una barra de silicona, a pesar de que los dos tienen el mismo ángulo de inclinación limite que es de 20 grados aproximadamente la barra de silicona tiene un mayor alcance horizontal que la moneda. Ahora si analizamos la masa de cada uno de los proyectiles solo podríamos realizarlo teóricamente por medio de ecuaciones, ya que. para poder caracterizar las gráficas de las.

(32) 32. trayectorias los estudiantes no contaban con un instrumento para tomar la medida de la masa de cada proyectil, sin embargo es de entenderse que tanto la masa como la fricción con el aire son variables muy pequeñas por lo cual son despreciables en el movimiento por lo que no se encuentran implícitas en las ecuaciones de movimiento parabólico, por esto nos ayudaremos del termino de impulso. “Se llama impulso a la magnitud Vectorial, denotada usualmente como I, definida como la variación en el momento lineal que experimenta un objeto físico en un sistema cerrado. El término difiere de lo que cotidianamente conocemos como impulso y fue acuñado por Isaac Newton en su segunda ley, donde lo llamó vis motrix, refiriéndose a una especie de fuerza del movimiento” “La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera: 𝐹 = 𝑚𝑎 (1), → 𝑠𝑎𝑏𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠: 𝑎 =. 𝑣 (2), 𝑡. 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑠𝑖 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑜𝑠 (2) 𝑒𝑛 (1), 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎 → 𝐹 = 𝑚. 𝑣 (3) 𝑡. 𝑆𝑖 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑎, → 𝐹𝑡 = 𝑚𝑣 →. 𝐹𝑡 𝑚. = 𝑣 (4)”. Si analizamos la relación entre la velocidad y la masa, se podría decir que es una relación inversamente proporcional. Si reemplazamos la ecuación (4) en la ecuación de movimiento para las dos componentes x y y del movimiento, sabiendo que el movimiento se sabe que 𝑥0 𝑦 𝑦0 son “0” entonces serian: 𝑥 = 𝑣0𝑥 𝑡 (5) → 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙.

(33) 33. 1 𝑦 = 𝑣0𝑦 𝑡 − 𝑔𝑡 2 (6) → 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 2 Ahora. si. reemplazamos. las. ecuación. (4). 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝐹𝑡 𝑥 = ( )𝑡 𝑚 2. 𝑥=(. 𝐹𝑡 ) 𝑚. 𝐹𝑡 2 𝑚=( ) (7) 𝑥. en. las. ecuaciones. (5). y. (6). seria:. 𝐹𝑡 1 𝑦 = ( ) 𝑡 − 𝑔𝑡 2 𝑚 2 𝐹𝑡 2 1 𝑦=( ) − 𝑔𝑡 2 𝑚 2 𝐹𝑡 2 1 ( ) = [𝑦 + 𝑔𝑡 2 ] 𝑚 2 𝐹𝑡 2 ( )=𝑚 1 2 𝑦 + 2 𝑔𝑡 2𝐹𝑡 2 ( ) = 𝑚 (8) 2𝑦 + 𝑔𝑡 2. 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 Entonces de acuerdo al análisis de las ecuación (7) se puede deducir que: . El alcance horizontal máximo tiene una relación inversamente proporcional con la masa,. es decir, cuando aumenta la masa del proyectil, disminuye el alcance máximo, o inverso, al disminuir la masa disminuye el alcance horizontal. . La fuerza de cada lanzamiento es constante.. . Al aumentar la masa, el tiempo aumenta al doble y viceversa, es decir, al disminuir la. masa, el tiempo disminuye al doble. Entonces si analizamos la gráfica anterior para dos de los proyectiles en los cuales se aprecia mejor la parábola, seria para la moneda con un alcance horizontal de 2,00 metros y para el borrador con 3,20 metros, es decir, que al analizar el alcance horizontal en función de la masa se puede caracterizar la masa así:.

(34) 34. La moneda = con alcance horizontal mayor = sería menor la masa El borrador = con alcance horizontal menor = seria mayor la masa Entonces si clasificamos las masas seria: la masa del borrador > la masa de la moneda. Si se analiza el movimiento se podría concluir que “al ser menor la masa del proyectil el alcance horizontal seria mayor o máximo” Para obtener una mayor verificación se analizara otra grafica de otro grupo para analizar los datos obtenidos:. ALCANCE HORIZONTAL. ALCANCE HORIZONTAL VS ANGULO DE INCLINACION GRUPO 5 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00. 5,00. 10,00 15,00 20,00 25,00 ANGULO DE INCLINACION. BOLA DE CAUCHO. MONEDA. 30,00. 35,00. ANILLO. Figura 7. Alcance horizontal en función del ángulo de inclinación. Este grupo de estudiantes realizaron el experimento con tres diferentes objetos como: el objeto de la serie 1 se refiere a una bola de caucho, el objeto de la serie 2 se refiere a una moneda y el objeto de la serie 3 se refiere a un anillo. De acuerdo a lo dicho anteriormente se podrían caracterizar las masas de los objetos: La masa del anillo con un alcance horizontal de 2,48 metros, la bola de caucho con un alcance de 1,48 metros y la moneda con un alcance horizontal de 1, 24 metros. Si pensamos que el más liviano o menos pesado es el que tiene mayor alcance horizontal podríamos clasificar las masas como:.

(35) 35. Alcance anillo > alcance bola de caucho > alcance de la moneda; Masa del anillo < masa de la bola de caucho < masa de la moneda. Se entiende que no conocemos las medidas de las masas de los proyectiles, entonces concluimos que el anillo al tener el mayor alcance horizontal que los demás objetos es el más liviano, seguido de la bola de caucho y finalmente la moneda. 2.5. Preguntas para reflexionar. Después de realizar la experiencia se pregunta a los estudiantes acerca de situaciones relacionadas con el mismo fenómeno pero cambian algunas variables, como las siguientes: Tabla 7. Análisis preguntas para reflexionar experimento Catapulta 1. Al realizar el experimento con diferentes objetos y el mismo ángulo, ¿en qué crees que influya el alcance máximo?  Entre más grande o pesado sea el objeto, menor será el alcance máximo ya que la fuerza de gravedad es mayor sobre este.  Que entre más inclinado este el ángulo más distancia recorre e objeto  En la velocidad que tiene cada objeto  Sí, porque todos los objetos tienen diferente masa y los más livianos tienen un mayor recorrido que los pesados  El alcance máximo será afectado ya que cada objeto tendrá un diferente peso, y el peso influye mucho sobre cuanta distancia recorrerá  Lo que más afecta en el alcance máximo es el peso de cada objeto 2. En tiempos de guerra esta herramienta era bastante utilizada, ¿a qué crees que se deba la precisión del impacto a la masa del objeto, el ángulo o la distancia?, ¿Porque?  Angulo por la influencia que ejerce el objeto  El ángulo, ya que si tenían el ángulo correspondiente para impactar donde fuera necesario  Angulo, debido a que si el ángulo es mayor el proyectil realizara una mayor distancia, que cuando el ángulo es menor  Las catapultas fueron utilizadas para la guerra n la edad media, fue inventada probablemente por los griegos  El ángulo ya que era lo que se inclinaba la catapulta y a mayor ángulo mayor distancia 3.     . ¿Qué información crees que nos da la gráfica?, ¿porque? El comportamiento de los objetos con los diferentes ángulos por la forma de estas Que las distancia incrementa a medida que el ángulo aumenta Nos representa la forma en que va aumentando las distancias, el tiempo de vuelo, etc. La distancia , que varía con los ángulos y puede realizar menor o mayor distancia el proyectil Nos va a mostrar en que afecta el ángulo a la distancia y el tiempo de vuelo.

(36) 36. Analicemos las conclusiones de cada una de las preguntas, para la primera en la que se interroga acerca de la relación al aplicar el mismo ángulo a diferentes masas, los estudiantes responden: Al preguntar por la influencia de cada objeto al realizar el mismo experimento, la mayoría de los estudiantes afirman que el peso de los objetos influye en el alcance máximo horizontal, confirmando que de lo observado en la experiencia el más liviano es el que tiene mayor alcance; un grupo de estudiantes comento que al ser más liviano puede tener una mayor velocidad que el objeto pesado, lo que es confirmado con la teoría al reemplazar con las ecuaciones. Por otro lado al preguntar el significado de las gráficas, ya que es de entenderse que los estudiantes grafican si analizar lo que obtuvieron ellos contestaron, solamente refiriéndose a que mostraría el comportamiento de los diferentes objetos en función de los mismos ángulos, y una relación entre la distancia que alcanza el proyectil y el ángulo al cual es lanzado el mismo. Como se sabe el estudio del movimiento de proyectil o parabólico lleva a que su funcionalidad se aplique a diferentes dispositivos uno de ellos la catapulta, la cual era utilizada en tiempos de guerra para derribar al enemigo, era necesario que los guerreros conocieran la funcionalidad de mecanismo, esto evidenciado en la precisión del ángulo de inclinación y la fuerza que se le ejerce a la catapulta para el impacto. Al preguntarles a los estudiantes a que factor o variable dependía la precisión del impacto todos respondieron que se debía al ángulo ya que este es el que tiene la mayor influencia en el lanzamiento del proyectil, el cual ellos lo evidenciaron a la hora de realizar la experiencia. 2.6. Conclusiones. Después de realizado la práctica experimental, enfrentando a los estudiantes a sus conocimientos previos y los adquiridos en clase, se logran modificar las nociones para construir un nuevo y definitivo concepto al fenómeno del movimiento de proyectil..

(37) 37. Al empezar la practica el estudiante solo ve el movimiento como un simple lanzamiento de objetos, los cuales muestran una trayectoria parabólica, después de realizada la experiencia los estudiantes encuentran variables como la influencia del ángulo de inclinación, el tiempo de vuelo, la fricción que el aire le ejerce al proyectil, la influencia de la gravedad que hace que el objeto caiga al suelo, la fuerza con la que es lanzado el proyectil, y el más importante para este experimento que influencia podría tener el cambio de la masa en el movimiento, aunque esta variable fuera despreciable. Sin embargo, estas con las conclusiones que dan los estudiantes: Tabla 8. Conclusiones de los estudiantes experimento Catapulta           . Al realizar el experimento y al tomar datos podemos hallar matemáticamente los componentes de la velocidad y la altura máxima de cada uno de los lanzamientos. Al realizar un análisis de los resultados de los lanzamientos se puede observar un aumento tanto de la distancia como del tiempo recorrido al ser lanzado un proyectil a ángulos cada vez mayores El peso de los objetos influye en donde caerá y el tiempo de vuelo Si el objeto se lanza con un ángulo pequeño no abra mucho tiempo de vuelo Si el objeto se lanza con un ángulo mayor por ejemplo: de 35 a 60 grados, se obtendrá mayor tiempo de vuelo y mucha más distancia, pero sí en cambio es lanzado con un ángulo mayor a 70 grados habrá mucho tiempo de vuelo pero no casi distancia. Entre más liviano sea el objeto al lanzar más distancia tendrá y su tiempo de vuelo será mayor. Mayor el ángulo, menos distancia y menor ángulo mayor distancia. La distancia y el tiempo realizados por un proyectil varia con el ángulo Se logró hacer todo lo esperado, a partir de un ángulo obtuvimos una velocidad, altura máxima y tiempo. Entre más inclinado este el ángulo menor será la distancia y mayor será el tiempo que el elemento dure en caer. El objeto que logro una mayor distancia que los demás es probablemente porque era el más denso y la fuerza de la catapulta logro lanzarlo más lejos.. Lo que los estudiantes concluyen hace referencia a los resultados que ellos obtuvieron especificando los significados de cada variable, como por ejemplo que influencia tubo el ángulo de inclinación y la masa de los objetos en los lanzamientos para el resultado del alcance horizontal, altura máxima y tiempo de vuelo. Por lo cual podemos concluir: . El movimiento de proyectil resulta del lanzamiento de objetos con cierto ángulo de. inclinación en dos dimensiones que son experimentadas por la altura máxima y el alcance.

(38) 38. horizontal máximo al que llegan, cuando se lanzan objetos de diferentes tamaños con el mismo ángulo de inclinación, los objetos livianos experimentan una mayor velocidad y en consecuencia una mayor alcance horizontal opuestos a los de mayor peso pues se reduce la velocidad y su alcance horizontal será mínimo. . El ángulo es directamente proporcional con el alcance horizontal con ángulos entre 0° y. 30° e inversamente proporcional en ángulos entre 30° y 180°, lo mismo ocurre con la altura máxima ya que es inversamente proporcional para ángulos entre 0° y 30° y directamente proporcional para ángulos entre 30° y 180°. . En cuanto al tiempo de vuelo durante todo el movimiento el ángulo de inclinación y el. tiempo de vuelo es directamente proporcional., es decir a medida que aumenta en ángulo aumenta el tiempo de vuelo. . Se emplean elementos reciclables para construir un mecanismo que pueda representan el. fenómeno de movimiento de proyectil y su trayectoria. . Se puede demostrar que no se necesitan complejos elementos de laboratorio para ilustrar. un fenómeno y comprobarlo aunque si se necesiten para perfeccionar la toma de datos y disminuir los valores de error de la práctica experimental. 4.. Practica 3. Juego De Masas. Luego de estudiar las velocidades y aceleraciones, se hace conveniente contestar porque los objetos se mueven como lo hacen ¿Qué provoca que un objeto inmóvil comience a moverse?, ¿Qué hace que un objeto se acelere o desacelere?, en cada caso podemos decir que la respuesta es una fuerza. “La primera ley de Newton afirma que si no actúa fuerza neta alguna sobre un cuerpo, este permanece en reposo, o bien, si esta en movimiento, continua moviéndose con velocidad.

(39) 39. constante en línea recta. Pero ¿Qué sucede si una fuerza actúa sobre un cuerpo? Newton percibió que la velocidad debe cambiar. Una fuerza neta que actúa sobre un objeto puede hacer que su rapidez aumente o, si esta en dirección opuesta a la del movimiento, que se reduzca. Si la fuerza obra sobre un lado del objeto en movimiento, su dirección y la magnitud de su velocidad cambiaran. Puesto que un cambio en la rapidez o en la velocidad es una aceleración, podemos decir que una fuerza neta da lugar a una aceleración La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el e inversamente proporcional a su masa. La dirección de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta aplicada (Douglas c. Giancoli, cuarta edición, pagina 77)” Por esto en este experimento estudiaremos las fuerzas que intervienen en cada objeto en estado móvil e inmóvil. 3.1. Descripción De La Actividad. Para poder estudiar el fenómeno de la segunda ley de Newton se lleva a los estudiantes a los laboratorios de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas con el fin de que desarrollen la práctica experimental e interactúen con los instrumentos adecuados para poder realizarla. Hay que tener en cuenta que antes de realizar cualquier práctica experimental previamente se ha dado una temática relacionada con la identificación y conocimiento de las fuerzas que intervienen en un sistema como lo son el peso, la fuerza de fricción, la fuerza normal, la tensión, el estudio de las tres Leyes de Newton y los diagramas de cuerpo libre es decir, que al enfrentar al estudiante a un problema afín con las leyes de newton, el lograra encontrar la mejor solución a este. Entonces el estudiante llega a la práctica de laboratorio con ideas previas que serán verificadas con la experiencia y observación..

(40) 40. La experiencia de interactuar con elementos físicos motiva a los estudiantes a desarrollar activamente la práctica experimental y a tratar de predecir que podría suceder durante el desarrollo de la misma. Este laboratorio está dividida en dos partes, para la primera parte los estudiantes deben obtener los valores de las fuerzas que se encuentran en cada uno de los objetos del sistema con ayuda del montaje instrumental del laboratorio para esta experiencia el cual se trata de un riel, un carro dinámico y un juego de masas. Para la segunda parte se les pide a los estudiantes que obtengan cuantitativamente el valor de la fuerza de cada objeto con la ayuda de los elementos básicos como los son el dinamómetro y la balanza. Para la primera parte los estudiantes debían tomar cinco diferentes masas y colocarlas en el dinamómetro para que este arroje el valor del peso específico para cada una de estas masas y para comprobar que el dinamómetro nos está indicando lo correcto deberán realizarlo matemáticamente, es decir, realizar el diagrama de cuerpo libre, descomponer las fuerzas y determinar la fuerza del peso y así poderla comparar con el valor experimental. Lo fundamental de esta parte de la práctica es que el estudiante logre interactuar y descubrir el funcionamiento de cada uno de los instrumentos como la balanza y el dinamómetro.. Figura 8. Montaje Segunda Ley de Newton.