ESTÁNDAR
Entorno físico (Procesos físicos)
- Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a la carga eléctrica y a la masa.
Ciencia, tecnología y sociedad:
- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y conservación de la energía.
- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus usos.
COMPONENTE
- Entorno físico (Procesos físicos)
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Identifico en un gráfico las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, hallo su centro de masa y punto de equilibrio.
De Desempeño:
- Analizo y resuelvo situaciones problemas reales donde se analicen las fuerzas basadas en las leyes de Newton.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica
- Fuerza, masa, aceleración, fricción o roce, Leyes de Newton, usos actuales de las Leyes de Newton.
- Propósito
- Identificar en un diagrama de cuerpo libre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
- Desarrollo cognitivo instruccional
Fuerzas
Sobre fuerza todos tenemos una idea intuitiva relacionada con la acción muscular: empujamos una carretilla, levantamos un objeto pesado, nos suspendemos de una cuerda, tensamos un arco, deformamos un resorte, entre otros.
Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, este puede sufrir una deformación como le sucede a un resorte o a una banda de caucho, o cambia su estado de movimiento como sucede al impulsar una esfera sobre una superficie horizontal.
Las fuerzas ejercidas en un objeto pueden cambiar la forma del mismo. Por ejemplo, el golpear una pelota de tenis con una raqueta, donde se deforma la pelota en cierto grado. Incluso objetos que por lo general se consideran rígidos e inflexibles se deforman bajo la acción de fuerzas externas. Con frecuencia las deformaciones son permanentes, como el caso de un choque entre automóviles. Todas las fuerzas fundamentales conocidas en la naturaleza son campos de fuerza.
El siguiente gráfico muestra ejemplos de fuerzas aplicadas a diferentes objetos. En cada caso, una fuerza actúa en el objeto al que rodea la línea discontinua. Algo en el ambiente externo al área en la caja ejerce la fuerza.
Las fuerzas y su representación
La fuerza es una magnitud vectorial y se define como todo aquello capaz de producir: movimiento, deformación o una presión. Esta puede cambiar de forma el cuerpo o cambiar de dirección o sentido del mismo.
La unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el newton (N) y equivale a Kg m/s2, por lo tanto 1 N = Kg m/s2
La magnitud de la fuerza se mide con un dinamómetro. Que consiste en un resorte que se deforma proporcionalmente a la carga que soporta por medio de una escala graduada en kilogramos fuerza o kilopondios, esta cantidad se multiplica 9.81 m/s es el valor de la fuerza de gravedad obteniéndose así el resultado en Newtons.
La fuerza se representa con un vector proporcional a su magnitud. Donde podemos identificar elementos como:
- Punto de aplicación: lugar donde se aplica la fuerza.
- Dirección: línea sobre la cual actúa la fuerza (vertical, horizontal o inclinada).
- Magnitud: tamaño del vector de acuerdo con la escala que se esté utilizando.
- Sentido: indica hacia donde se aplica o dirige la fuerza.
A continuación observa el video accediendo al siguiente enlace y obten conclusiones sobre el diagrama de cuerpo libre: https://www.youtube.com/watch?v=YD3sudgQkX8
- Desarrollo Metodológico
Los vectores se pueden sumar o restar, por ejemplo:
- Se trazan los vectores tomando en cuenta la escala 1 cm = 1 N
- Se colocan los vectores uno enseguida del otro y así se obtiene la resultante.
Actividad
Realiza gráficamente la suma o resta de las siguientes fuerzas:
Vectores fuerza y la ley del paralelogramo
Para comprender más fácilmente, considera una pelota pesada que está sostenida en cada caso por dos tramos de cuerda. La tensión en cada cuerda se indica con los vectores. Usa la regla del paralelogramo para determinar la resultante de cada par de vectores.
- El vector resultante, ¿es igual en todos los casos?
- ¿Cómo piensas que es el vector resultante en comparación con el peso de la pelota?
Ahora hagamos lo contrario de arriba. Con más frecuencia se conoce el peso del objeto colgado, pero no se conocen las tensiones en las cuerdas. En cada uno de los casos de abajo, el peso de la pelota se indica con el vector W. cada vector de líneas interrumpidas representa la resultante de las tensiones en el par de cuerdas. Observa que cada resultante es igual y opuesta a los vectores W (debe serlo, porque si no, la pelota no estaría en reposo).
- Traza paralelogramos en donde las cuerdas definan lados adyacentes, y los vectores en línea interrumpida sean las diagonales.
- ¿Cómo se comparan las longitudes relativas de los lados de cada paralelogramo con las tensiones de las cuerdas?
- Traza vectores de tensión en cuenta, indicando con claridad sus magnitudes relativas.
Actividad:
Una linterna está colgada como se ve en la figura. Traza vectores que indiquen las tensiones relativas en las cuerdas A, B y C. ¿Aprecias una relación entre tus vectores A + B y el vector C? ¿Y entre los vectores A + C y el vector B?
