- El movimiento: 2º ley de newton. - El movimiento: Energía mecánica.

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Guía del docente

1. Descripción curricular:

 Nivel: 3º medio.

 Subsector: Ciencias Físicas.

 Unidad temática: Mecánica, roce y trabajo.

 Palabras claves: roce, fuerza de roce, coeficiente de roce, peso, fuerza neta.

 Contenidos curriculares:

- Descomposición de la fuerza peso en un plano inclinado.

- Relacionar el roce con el movimiento.

- Coeficientes de roce de variados materiales.

2. Contenidos relacionados:

 2º medio:

- El movimiento: 2º ley de newton.

- El movimiento: Energía mecánica.

 3º medio:

- Mecánica: Fuerza centrípeta.

- Mecánica: Conservación de energía mecánica.

3. Aprendizajes esperados de esta actividad:

Los alumnos y alumnas:

 Reconocen en el roce cinético una forma en que habitualmente se disipa la energía mecánica.

 Son capaces de argumentar en base a los conceptos básicos de la física la explicación de algún fenómeno físico.

 Pueden comunicar las ideas y principios físicos que explican un determinado fenómeno de la naturaleza.

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4. Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl:

 PowerPoint: Roce y trabajo.

5. Descripción general de la actividad:

La actividad de este tema está relacionada en parte con la presentación PowerPoint “roce y trabajo”. En ella se muestra y explica en qué consiste la fuerza de roce y que efectos produce en el movimiento. Además se hace referencia al significado del trabajo en relación con la fuerza.

La actividad en sí, pretende que los alumnos y alumnas comprendan la relación entre el roce y la oposición al movimiento, mientras que a su vez conozcan coeficientes de roce de diferentes materiales a través de la experimentación.

La duración de esta actividad es de 2 horas pedagógicas, la primera hora es principalmente para realizar el montaje y completar los datos de una tabla, mientras que en la segunda hora se deben realizar las preguntas de desarrollo.

Actividad experimental grupal: Fuerza y coeficientes de roce de diferentes materiales.

Introducción:

Fuerza Peso: corresponde a la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los cuerpos que hay sobre ella.

En un plano horizontal se ocupa la siguiente fórmula:

Mientras que en un plano inclinado se ocupan las fórmulas de la figura adjunta:

P = m*g

P = m*g

Px = P*sen β

Py = P * cos β

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Fuerza normal: Cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es perpendicular a la de la superficie. De acuerdo con la Tercera ley de Newton, la superficie debe ejercer sobre el cuerpo una fuerza de la misma magnitud y dirección, pero de sentido contrario.

Esta fuerza es la que denominamos Normal y la representamos con una N.

Fuerza neta: corresponde a la sumatoria de fuerzas que actúan sobre un cuerpo determinado, y está determinada por la Segunda ley de Newton, se representa con las letras FN.

Toda fuerza neta distinta de cero produce o genera una aceleración en el cuerpo que se aplica. Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo determinado, sabemos que sobre él además actúa la fuerza de roce.

Fuerza de roce: corresponde a la fuerza que ejerce la superficie sobre algún cuerpo que se encuentre sobre ella. Esta fuerza tiene como característica principal la oposición al movimiento y se representa con FR.

µ: corresponde al coeficiente de roce de cada superficie, mientras mayor sea, mayor será la fuerza de roce.

Existen dos tipos de roce, el primero es el roce estático (FRE), el cual actúa cuando el cuerpo se encuentra en reposo, y el segundo es el roce cinético

FN = m*a

FR = N* µ

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(FRC), que interviene cuando el cuerpo se encuentra en movimiento, a su vez existe el coeficiente de roce estático (µE) y cinético (µc).

Desarrollo de la actividad.

Para comenzar los alumnos y alumnas deberán reunirse en grupos de 6 personas.

Los alumnos y alumnas, en esta ocasión, miden de manera experimental los coeficientes de roce estático (debido a que las ruedas del carro no se deslizan sino que giran) de distintos materiales. La idea es que se coloque en toda la superficie de contacto de la barra deslizante, los diferentes materiales con distintas texturas.

Materiales:

• Un soporte universal.

• Una nuez de soporte.

• Un riel metálico de 1 metro de largo.

• Un carrito de 500 (g) aproximadamente

• Lija fina y gruesa.

• Un tejido de lana con las dimensiones de la barra.

• Vidrio.

• Un cronómetro.

• Madera sin lijar.

• Cartón piedra.

• Cinta adhesiva.

• Un transportador.

• Calculadora.

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Montaje:

1. Arme el montaje como se observa en la figura, β corresponde al grado de inclinación de la barra con respecto a la horizontal, este ángulo no debe sobrepasar los 15º.

2. Antes de colocar el carrito, pegue

con la cinta adhesiva los materiales sobre el riel metálico (cada vez que pegue uno de ellos debe llenar los datos de la tabla que se muestra a continuación en el punto Nº 5).

3. Coloque el carrito sobre el riel y tome el tiempo de caída con el cronómetro, (tiempo será diferente para cada material).

4. Con el tiempo obtenido a través del cronómetro comience a anotar el valor de todos los datos de la tabla. Se recomienda ocupar g= 10 m/s2.

5. Utilice las siguientes fórmulas para obtener los datos pedidos.

m(kg) t (s) β (º) Px(N) Py(N) N(N) Material d(m) a(m/s2) FN FRE µE

Lija fina Lija gruesa Tejido de lana Vidrio

Madera Cartón piedra

P = Peso del carrito.

Px = P*sen β

d = a * t2 2 FN = m* a

P = m*g Py = P * cos β

FR = N* µ

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m = Masa del carrito.

t = Tiempo de caída del carrito en el plano inclinado.

β (º)= Grado de inclinación, de la barra deslizante, con respecto a la horizontal.

Px(N) = Componente del peso en el eje X.

Py(N) = Componente del peso en el eje Y.

N (N) = Fuerza normal o fuerza que ejerce la superficie sobre un cuerpo, formando un ángulo de 90º con ella misma.

Material = Material con el que se cubrió la barra deslizante.

d (m) = Longitud de la barra, distancia recorrida por el carrito.

a(m/s2) = Aceleración con la que cae el carrito por el plano inclinado.

FN = Fuerza neta que actúa sobre el carrito.

FR = Fuerza de roce

FRC = Fuerza de roce cinético.

FRE = Fuerza de roce estático.

µ= Coeficiente de roce.

µc = Coeficiente de roce cinético.

µe = Coeficiente de roce estático.

Preguntas de desarrollo grupal:

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Responda las siguientes preguntas, referentes a lo observado y anotado en la actividad anterior.

1. ¿Cómo es el tiempo de caída del carrito para cada material?

2. ¿A qué ese debe lo ocurrido?

3. ¿En qué material tardo más el carrito en llegar al final de la barra? ¿Por qué?

4. ¿Qué sucedería si camináramos sobre hielo o mantequilla?

5. ¿Con qué podemos relacionar los surcos que poseen los neumáticos de los automóviles? ¿Por qué?

6. ¿Por qué se recomienda usar cadenas en los neumáticos cuando se anda por la nieve?

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