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CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN LAS EXPLICACIONES CIENTÍFICAS DE FENÓMENOS DE MOVIMIENTO Y LAS FUERZAS

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CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN LAS EXPLICACIONES CIENTÍFICAS DE FENÓMENOS DE MOVIMIENTO Y LAS FUERZAS

Objetivo general: El estudiante

Aplicará una o más ideas y conceptos científicos, en situaciones concretas sobre el movimiento en física, con base en conocimientos, habilidades, actitudes y valores, obtenidos en su

desarrollo formativo.

Contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales. Conceptuales:

• Movimiento, punto de referencia, marco de referencia, trayectoria, razón de cambio, rapidez, velocidad, movimiento relativo, movimiento uniforme rectilíneo, aceleración, movimiento uniforme variado y caída libre de los cuerpos.

Procedimentales:

• Aplicación de conceptos a casos prácticos.

• Interpretación de análisis de tablas de datos y predicción de tipos de movimientos. • Resolución a planteamientos de explicación conceptual a fenómenos concretos. • Elaboración de conclusiones en forma oral y escrita.

Actitudinales:

• Valorar el conocimiento científico en la comprensión y aplicación de fenómenos científicos. • Disposición a desarrollar actividades relacionadas con el trabajo individual y con la

socialización del conocimiento.

• Curiosidad y apertura a la discusión respetuosa y argumentada.

• Confianza en sus posibilidades de plantear y resolver problemas de fenómenos físicos y en la predicción argumentada.

El mundo del movimiento Primera sesión.

Inducción al tema:

Sabían ustedes que los autos de carreras más veloces pueden llegar a alcanzar velocidades de hasta 412 km/h, las motocicletas más rápidas alcanzan velocidades de unos 402.3 km/h y que el corredor más rápido de los 100 metros planos, logró una velocidad de 10.3 m/s. .

¿Cómo podrían explicarse ustedes que en este momento estén girando alrededor del Sol, con una velocidad aproximada de unos 108 km/h, es decir 30 km/s.?

¡Si escucharon bien 108 km/h o sea 30 kilómetros en tan sólo un segundo!

Discutan en equipo la pregunta, obtengan conclusiones por escrito y dénsela a su profesor(a). Al final de la secuencia didáctica se retomará esta pregunta en la feria de conceptos.

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Describimos el movimiento de los objetos.

Contesten las siguientes preguntas en sus equipos y obtengan conclusiones por escrito ¿Qué no es movimiento?,

¿Existe algo que carezca de movimiento?

Discutan directamente con su profesor(a), sus respuestas, después en equipo y entreguen sus conclusiones por escrito.

Conclusiones esperadas:

Todo está en movimiento en todo el Universo, todo lo que existe presenta movimiento, etc.

¿Cómo sabemos que las cosas se mueven?

Primer desafío: Exploración previa de los conocimientos adquiridos por los estudiantes.

Supongamos que vas viajando en un autobús de la ciudad de México a Puebla, tu asiento se encuentra detrás del chofer y la velocidad del autobús es de 90 km/h y deseas un refresco, el servicio de bebidas, se encuentra al fondo del camión.

¿Qué velocidad llevas cuando te diriges al servicio de cafetería? ¿90km/h o mucho menos? Con base en al planteamiento anterior y en forma individual, contesta la pregunta aplicando los siguientes conceptos, para ello:

Primero escribe el concepto y después la relación con el movimiento planteado del viaje en autobús:

• La relación movimiento y cambio: dar algunos ejemplos de los que puedan percibir en el planteamiento de la situación.

• Punto de referencia. • Marco de referencia. • Movimiento relativo. Es importante tener en cuenta:

Las respuestas esperadas: Se refieren a aquellas que podrían ser alcanzadas por los estudiantes, las que se presentan, no se espera que los estudiantes las digan literalmente así, sino que se aproximen a este tipo de explicaciones y que le puedan servir al maestro como guía.

Lo que se debe cuidar es que no falten elementos para tener un concepto bien construido y el estudiante lo debe formular el mismo, dentro de sus propias posibilidades cognitivas.

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Respuestas esperadas:

o El movimiento se encuentra relacionado con el cambio y viceversa porque no puede haber cambio sin movimiento, ni movimiento sin cambio.

o Ir de un lugar a otro, el autobús en reposo y después en movimiento, etc. • Punto de referencia es el origen que se escoge arbitrariamente y el

desplazamiento del cuerpo hacia otro punto o para establecer el movimiento de un cuerpo hay que establecer quién se mueve con respecto a quién.

o Respecto al autobús, al desplazarse del asiento a la cafería, el punto de referencia sería el asiento.

o Respecto al camión el punto de referencia sería la ciudad de México. • Movimiento relativo es relativo al sistema de referencia que escogemos como

observadores, para señalar nuestra posición.

o Respecto al autobús el observador marca su posición arbitrariamente del asiento al lugar del desplazamiento que es el servicio del café.

o Respecto al camión, se puede marcar la posición de la ciudad de México al autobús, y el desplazamiento que lleve el camión en un momento dado.

En el caso de haber aplicado adecuadamente los conceptos científicos de los fenómenos antes abordadas el profesor(a), puede optar por adecuar la secuencia de las siguientes actividades. La trayectoria permite conocer el tipo de movimiento y comportamiento de los objetos al desplazarse.

Actividades experimentales sobre trayectoria:

El profesor realiza dos experimentos con sus alumnos: Actividad experimental 1: El globo en acción.

Material:

• Un globo Procedimiento:

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Ahora contesten:

¿Cuál fue la trayectoria del globo? ¿Qué es una trayectoria?

Discutan en equipo sus respuestas, después comenten con su grupo y profesor, obtengan nuevamente conclusiones por equipo y den su trabajo al profesor por escrito (a)

Respuestas esperadas: Respecto al globo:

• La trayectoria es sinuosa o con muchas curvas, o algo semejante. Respecto al concepto de trayectoria:

• Es una línea imaginaria que sigue un cuerpo al moverse, es el camino que recorre un objeto al moverse, es el camino que recorre un cuerpo al desplazarse u otra semejante a las anteriores.

Actividad experimental 2: ¿Un globo en trayectoria recta? Material:

• Un popote (normal), 4 m de hilo de cáñamo, cinta adhesiva y un globo. Procedimiento:

Meta una punta del hilo de cáñamo por el orificio del popote y sáquela por el otro extremo, infle el globo (sin amarrar), pegue con la cinta adhesiva el globo al popote, como se muestra en la fotografía. Suelte el globo para que recorra con el popote todo el trayecto.

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Pregunta:

¿Qué tipo de trayectoria siguió el globo?

Solicitar a nivel grupal que den sus respuestas individuales y después que escriban sus conclusiones y las entreguen.

Respuestas esperadas:

El globo se mueve con trayectoria rectilínea o casi rectilínea.

Análisis de las explicaciones científicas de fenómenos:

Podrías describir los siguientes tipos de trayectorias en forma detallada utilizando tu concepto de trayectoria y por escrito:

((Presentación de tres fotografías: línea recta, línea curva y combinación de recta y curva.))

Escribir las respuestas en forma individual y entregar al profesor. Preguntas ¿Cuántos tipos de trayectorias conocen?

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Rectas, curvas y, la combinación de trayectorias rectilíneas y curvilíneas.

Solicitar a los alumnos que en equipo hagan predicciones del tipo de trayectorias que presentan:

• Las moscas, la Tierra alrededor del Sol y la caída libre de los objetos.

Discutir con los alumnos las conclusiones a las que llegaron sobre las trayectorias y su relación con el movimiento.

Segunda sesión. Tipos de movimiento.

Inducción al tema: Tipos de movimiento.

La interpretación de tablas de datos y gráficos permitirá a los estudiantes poner en juego los conocimientos adquiridos sobre el movimiento rectilíneo uniforme y el movimiento rectilíneo variado, atendiendo en éste último el concepto de aceleración.

Segundo desafío:

En esta actividad tendrás la oportunidad de aplicar los conocimientos aprendidos sobre los tipos de movimiento, lean el siguiente planteamiento.

Un ciclista hace dos tipos de recorridos al realizar trayectorias rectilíneas en dos tramos diferentes de una carretera, terminar su entrenador detecta que tuvo diferentes desempeños en su recorrido, y le enseña las siguientes figuras que representan sus movimientos, donde los triángulos representan los movimientos del ciclista.

Realicen este trabajo en forma individual y después coméntenla con sus compañeros y asesor no dejen de entregar al final su escrito al profesor en forma individual.

Figura 1 d (m) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ _________________________________________________________________ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12

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t (s) Figura 2 d (m) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ __________________________________________________________________ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 t (s) Respuestas esperadas: Figura 1

• El ciclista se desplaza en intervalos de distancia y tiempo semejantes o él recorre distancias iguales en tiempos iguales.

• El punto de referencia es el origen.

• La trayectoria es recta, como se enunció en el planteamiento de la situación. • Es un movimiento rectilíneo con velocidad uniforme.

Figura 2

• El ciclista se desplaza recorriendo distancias y tiempos diferentes, hay cambio de velocidad, por lo tanto aceleración.

• El punto de referencia es el origen.

• En el punto de 80 m y tiempo de 8 s, existe una desaceleración.

En equipo discutan ¿Qué recomendaciones le darían como entrenadores al ciclista para que mejore su desempeño?, obtengan conclusiones y arguméntenlas con el grupo.

Actividad reflexiva.

Un futbolista tiene que realizar un penalti y está pensando tirarlo hacia el centro en línea recta, a ras del pasto.

El piensa que tiene dos opciones, una sería fintar al portero para engañarlo, pero esto supone una pérdida en la velocidad del disparo, y la otra es hacerlo con gran rapidez sin fintar el disparo.

Después de pensarlo mucho, hace el tiro y mete gol.

Desde el punto de vista de la física, cómo explicarían la opción que tomó, si realizó el tiro en el menor tiempo posible

¿Cómo podemos saber, si lo realizó con lentitud o con gran rapidez? Una pista que te damos, es:

Que la distancia es la misma (11 m) y el futbolista, le pegó a la pelota en un menor tiempo, respecto a otra la opción.

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Discutan en equipos y después en el grupo, ¿cómo podrían explicarlo con un enfoque netamente de la física.

Respuesta esperada:

Al recorrer una misma distancia en un tiempo menor, la rapidez del balón, fue mayor.

Pida que el fin semana pida a sus alumnos que vayan con un balón y un reloj con segundero o un cronometro, al parque o a un lugar donde puedan ir a jugar futbol y tiren penaltis y comprueben si es verdad lo que argumentaron en sus respuestas y entreguen un reporte al profesor.

El reporte debe contener una tabla de datos y una gráfica, las variables ellos las tienen que determinar.

Aceleración.

La variable aceleración es un término muy importante para describir el cambio de velocidad, La interpretación de datos que se obtienen de las actividades experimentales son muy útiles, porque a parir de estos datos y de las variables utilizadas se pueden predecir sus resultados. Tercer desafío:

Realiza las siguientes actividades concernientes a este tema y pon a prueba tus conocimientos: Unos estudiantes realizan en el laboratorio de física, varias actividades sobre el movimiento rectilíneo y se los muestran a ustedes para ver si a través de los datos obtenidos son capaces de decir que tipo de movimiento rectilíneo presentan. Existe una condición el de no hacer las gráficas. Tabla 1 Tabla 2 Tiempo (s) Distancia (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s) 0 0 0 5 1 10 2 5 2 20 4 5

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3 30 6 5 4 40 8 5 5 50 10 5 Tabla 3 Tabla 4 Tiempo (s) Velocidad (m/s) Tiempo (s) Aceleración (m/s2) 0 0 0 2 1 2 1 2 2 4 2 2 3 6 3 2 4 8 4 2 5 10 5 2 Respuestas esperadas Figura 1

• Los datos corresponden a:

• Un movimiento rectilíneo uniforme.

• Se recorren distancias iguales en tiempos iguales.

• No existe cambio de velocidad y por lo tanto no hay aceleración

• Con esto datos se puede construir gráfica distancia contra tiempo (d-t), que representa una línea recta.

Figura 2

• Los datos corresponden a:

• Un movimiento rectilíneo uniforme.

• La velocidad es constante durante todo el movimiento.

• Se recorren los tiempos con velocidad constante en todo el movimiento. • No existe cambio de velocidad.

• Con estos datos se puede construir una gráfica de velocidad contra tiempo, obteniendo una recta paralela a la línea del tiempo.

Figura 3

• Los datos corresponden a:

• Un movimiento rectilíneo variado.

• Existe aceleración y por lo tanto el movimiento es no es uniforme. • La aceleración es una constante durante todo el movimiento.

• Con estos datos se puede hacer una gráfica de velocidad contra tiempo de movimiento variable y la línea que obtiene representa una recta y representa a la aceleración.

Figura 4

• Los datos corresponden a: • Es un movimiento variado.

• Existe aceleración constante y el movimiento es variable. • La aceleración es constante durante todo el movimiento.

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• con estos datos se puede construir una gráfica de aceleración contra tiempo.

Después de haber analizado los datos de las tablas anteriores realicen las gráficas con las tablas de datos.

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Se pide que los estudiantes que en equipo diseñen cuatro actividades experimentales, con los movimientos antes vistos y los discutan en grupo.

Tercera sesión.

Caída libre de los cuerpos.

Existen movimientos muy interesantes que fueron analizados en el pasado como es el de caída libre, dos estudiosos de este movimiento fueron Aristóteles (384-322 a.C.) y Galileo Galilei (1564-1642)

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Teniendo en cuenta:

• Si dejas caer un objeto pesado y uno liviano desde una misma altura. • Si dejas caer dos objetos con el mismo peso y a la misma altura.

Realicen en equipo esta actividad, obtengan conclusiones y pónganlas por escrito. Discutan con el grupo las conclusiones.

Respuestas esperadas.

• En el primer y segundo caso los objetos los objetos llegan al mismo tiempo, sin importar su peso.

Pida a los estudiantes que ahora tomen una hoja y anoten las medidas de 20, 40 y 60 cm y desde esas marcas, dejen caer una tarjeta y que traten de agarrala cuando pase entre sus dedos, como se muestra en la figura.

Anoten el momento en que pueden sujetar la tarjeta. ¿Por qué, están difícil sujetar la tarjeta?

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A mayor altura la tarjeta adquiere mayor velocidad o va más rápido.

La feria de conceptos

Se pide a los equipos que identifiquen los conceptos trabajados en estas sesiones y obtengan sus respectivas explicaciones de cada uno de ellos.

Después solicite que pongan ejemplos de ellos.

Por último pida a un equipo que pase a exponerlos a sus compañeros, permita la discusión, rescate los componentes fundamentales de los conceptos y concluya que hay diferentes formas de expresar conceptos científicos, y que esto les da una gran herramienta para resolver planteamientos de física pero además de poderlos extrapolar hacia diferentes tópicos de explicaciones cotidianas y para otras materias.

.

Aprendizajes esperados

• Utiliza la idea de trayectoria para explicar diferentes tipos de movimientos (lineales, curvilíneos y la combinación de éstos) en situaciones concretas.

• Establece diferencias entre el movimiento rectilíneo uniforme y el movimiento rectilíneo variado, utilizando tablas de datos y después construyendo sus respectivas gráficas. • Explica críticamente la caída libre de los cuerpos al comparar la sustentación aristotélica

y galileana y establece el aumento de velocidad en la caída libre con aceleración constante.

Materiales y recursos.

Todos los materiales son de bajo costo.

• Globos, popotes, hilo de cáñamo, reglas, tarjetas, papel tamaño carta.

Las actividades están divididas para realizarse en tres sesiones, pero podría varir de acuerdo al número de alumnos sobre todo, porque se requiere, del trabajo de equipo, grupal, de la obtención de conclusiones particulares y generales.

Recomendaciones para la evaluación formativa.

• La necesidad tener una bitácora para llevar el desempeño individual, en equipo y grupal.

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• Los indicadores son muy útiles porque ayudan a detectar lo que debería saber el estudiante.

o Para hacer un indicador se puede partir de señalar: la palabra clave se sabe cuando… o cuando el alumno reconoce…

o Cuando el estudiante expresa adecuadamente el concepto…

o El indicador nos sirve para saber si el estudiante es o no competente en algo.

• La evaluación escrita es importante para conocer la forma en que se expresa el estudiante y detectar en su caso si presenta problemas al expresar por escrito su pensamiento y actuar para ayudarle en ese o esos problemas. Lo mismo para las evaluaciones orales.

Referencias

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