Materia, Fuerzas y Movimientos

   

El mundo físico.

Guada Lupe ; Silvia T. y Sandra R. 

A lo largo de esta clase se intentará poner en juego algunas nociones básicas, como el reconocimiento de fuerzas en las acciones propias de tirar, empujar, comprimir o estirar; y los efectos que estas producen sobre los cuerpos.

Por otra parte se buscará lograr en conjunto y a través de un experimento distintas nociones en conjunto con los alumnos, en este sentido el docente solo participará como un mediador de debates, poniendo a disposición información que considere necesaria para enriquecer la charla y, por otro lado, guiará la conversación hacia las distintas conclusiones a través de preguntas pertinentes con el tema a enseñar.

Objetivos:

-   Construir gradualmente nociones nuevas, rompiendo con viejos esquemas. Como, por ejemplo la noción de peso como fuerza gravitatoria y no como propiedad de los cuerpos. (anexo II)

-   Que los alumnos y alumnas comprendan que cuando decimos que la tierra ejerce sobre un cuerpo una fuerza gravitatoria o que ejerce la fuerza peso, nos estamos refiriendo a la misma cosa.

-   Que se reconozcan las tres leyes de Newton. (anexo I)

-  Que reconozcan la noción de masa, de rozamiento, resistencia y de velocidad. (Anexo II)

Para comenzar se presentaran  imágenes en las que se puedan reconocer la presencia de  distintas fuerzas y analizar los efectos que producen establecidas, las imágenes, en un orden gradual de dificultad, así se podrá establecer, por ejemplo, nociones como la de rozamiento. Se les pedirá a los alumnos y alumnas que identifiquen al agente que realiza la fuerza. Y se establecerá en modo de conclusión grupal que toda vez que sobre un cuerpo actúe una fuerza, es porque alguien la está realizando, sea un ser vivo, otro cuerpo, el aire o el agua, la primera Ley de Newton. Y por otro lado se establecerá la noción de fuerza gravitatoria en relación con el peso.

Luego se les preguntará por qué creen que los cuerpos tienen diferentes pesos, armando una especie de debate, donde el docente como mediador llevará las distintas opiniones hasta formar una conclusión en la que establecerá que la Tierra atrae de igual manera a cada “pedacito de materia”, entonces los cuerpos más pesados son los que tienen más materia, el efecto total, entonces, es la suma de las atracciones sobre cada uno de esos pedacitos que, en su conjunto, los llamaremos masa (Anexo II).

Seguida a esta situación el docente presentará un dispositivo que representará un carril en el que viajará una canica, este carril tendrá tres marcas de distancia.

Se le pedirá a tres alumnos que midan el tiempo en el que la canica llega a cada marca, los resultados se anotarán en la pizarra, estableciendo, por cada marca, un tiempo promedio que luego será  volcado en una tabla donde quedará visualizado la velocidad constante en que viaja la canica, pudiendo establecer una nueva conclusión con los alumnos en conjunto, la cual consistirá en que la velocidad se mide en kilómetros sobre horas (metros sobre segundos, etc.) y para que ésta sea constante, la aceleración debe ser nula. Mientras que por otro lado, a mayor velocidad del objeto, se presentará más resistencia. Y por último la siguiente formula quedará establecida: " d = v.t "

Anexo I

   Aristóteles creía que los objetos pesados caen más rápidamente que los ligeros, Galileo mostró que todos los objetos caen con la misma velocidad, en lo que se refiere a objetos muy ligeros: era cierto que caían más despacio. Pero Galileo explicó por qué: al ser tan ligeros, no podían abrirse paso a través del aire; en el vacío, por el contrario, caerían al mismo tiempo.

   Unos cuarenta años después de la muerte de Galileo, el científico inglés Isaac Newton estudió la idea de que la resistencia del aire influía sobre los objetos en movimiento y logró descubrir otras formas de interferir con éste.

   Cuando una piedra caía y golpeaba la tierra, su movimiento cesaba porque el suelo se cruzaba en su camino. Y cuando una roca rodaba por una carretera irregular, el suelo seguía cruzándose en su camino: la roca se paraba debido al rozamiento entre la superficie áspera de la carretera y las desigualdades de la suya propia.

   
Newton concluyó, por tanto, que el estado natural de un objeto en la Tierra no era necesariamente el reposo; esa era sólo una posibilidad.

Sus conclusiones las resumió en un enunciado que puede expresarse así: Cualquier objeto en reposo, abandonado completamente a su suerte, permanecerá para siempre en reposo. Cualquier objeto en movimiento, abandonado completamente a su suerte, se moverá a la misma velocidad y en línea recta indefinidamente. (Primera ley de Newton del movimiento).

Según Newton, los objetos tendían a permanecer en reposo o en movimiento. Era como si fuesen demasiado «perezosos» para cambiar de estado. Por eso, la primera ley de Newton se denomina la ley de «inercia». («Inertia», en latín «ocio», «pereza».) Los objetos tienen cantidades de inercia (de resistencia al cambio) muy variables. Basta una patada a una pelota de playa para mandarla lejos, mientras que para mover una bala de cañón hay que empujar con mucha fuerza, y aun así se movería despacio.

También es grande la diferencia en cuanto a la facilidad con que se detienen. La pelota de playa se puede parar con una mano, mientras que al bala de cañón, a la misma velocidad, más vale dejarla pasar.

   La bala de cañón es mucho más reacia a cambiar su estado de movimiento que una pelota de playa. Newton sugirió que la masa de un objeto es la cantidad de inercia del objeto. La bala de cañón tiene más masa que la pelota. Y más peso. Los objetos pesados tienen en general gran masa, mientras que los ligeros tienen poca. Pero el peso no es lo mismo que la masa. En la Luna, por ejemplo, el peso de cualquier objeto es sólo un sexto de su peso en la Tierra, pero su masa es la misma.

   Para hacer que un objeto se mueva más rápidamente, más lentamente o abandone su trayectoria, hay que tirar de él o empujarlo. Un tirón o un empujón reciben el nombre de «fuerza». Y la razón (por unidad de tiempo) por la que un cuerpo aviva su paso, lo retarda o cambia de dirección es su «aceleración».

   La segunda ley del movimiento que enunció Newton cabe expresarla así: la aceleración de cualquier cuerpo es igual a la fuerza aplicada a él, dividida por la masa del cuerpo. Dicho de otro modo, un objeto, al empujarlo o tirar de él, tiende a acelerar o retardar su movimiento o a cambiar de dirección. Cuanto mayor es la fuerza más grande será su cambio de velocidad o de dirección. Por otro lado, la masa del objeto —la cantidad de inercia que posee— actúa en contra de esa aceleración. Un empujón fuerte hará que la pelota de playa se mueva más rápido porque posee poca masa; pero la misma fuerza, aplicada a la bala de cañón (que tiene mucha más masa), apenas afectará su movimiento.

Newton propuso luego una tercera ley del movimiento, que puede enunciarse de la siguiente manera: Si un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual pero de sentido contrario. Es decir, que si un libro aprieta hacia abajo sobre una mesa, la mesa tiene que estar empujando el libro hacia arriba en la misma cuantía. Por eso el libro se queda donde está, sin desplomarse a través del tablero ni saltar a los aires.

   Las tres leyes del movimiento sirven para explicar casi todos los movimientos y fuerzas de la Tierra.

   
   Newton relacionó sus tres Leyes del Movimiento, con la naturaleza y magnitud de la Fuerza de Gravitación entre dos cuerpos cualesquiera del universo dependía de las masas de los cuerpos y de la distancia entre ellos. Cuanto mayores las masas, mayor la fuerza. Y cuanto mayor la distancia mutua, menor la atracción entre los cuerpos. Newton había descubierto la ley de la gravitación universal.

Anexo II

Las fuerzas y sus efectos

Contamos que existen nociones básicas, como el reconocimiento de fuerzas en las acciones propias de tirar, empujar, comprimir y estirar; y los efectos que estas producen sobre los cuerpos, moviéndolos o de formándolos.

Para abordar el tema vamos a responder algunas preguntas

Vamos en a dejar en claro lo siguiente:

El peso  P  es una fuerza  F  que tira a todos los cuerpos hacia abajo haciéndolos caer. Si no caen, es porque alguna otra fuerza  lo evita. (Ejemplo: una cuerda o una superficie de apoyo).

Todo Pesa en la Tierra

La fuerza Peso tiene además otros nombres:

Fuerza Gravitatoria  o Fuerza de Gravedad. Es lo mismo, así se debe entender.

¿Qué es la materia de un cuerpo?

Es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.

La Tierra atrae de igual manera a cada pedacito de “materia”.

Los cuerpos más pesados son los que tienen más materia.

Aparece entonces el concepto de “masa” que es la cantidad de materia que un cuerpo tiene. Cuanto mayor es la masa de un cuerpo,  mayor es la fuerza  con que la Tierra lo atrae. (Es decir, mayor es su peso). Dejamos en claro que la cantidad de masa no siempre tiene que ver con el tamaño del cuerpo, sino con los materiales.