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
- Analizar situaciones problemas reales donde se analicen las fuerzas basadas en las leyes de Newton.
- Desarrollo cognitivo instruccional
Leyes de Newton
Isaac Newton fue un científico inglés que escribió “Los principios matemáticos de la filosofía natural” ("Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"). En este libro, entre otros temas, enunció sus leyes del movimiento. Esta guía pretende que estas famosas leyes te resulten más asequibles para tu comprensión.
El movimiento es el desplazamiento de los cuerpos dentro de un espacio con referencia a otro cuerpo. El movimiento es relativo ya que depende del punto de vista del observador.
La fuerza es la acción de un cuerpo sobre otro que causa el movimiento. La masa es la magnitud que indica la cantidad de materia de la que está formado el cuerpo en movimiento.
Isaac Newton, científico inglés (1643 – 1727), estableció que todo movimiento se encuentra regido por tres leyes.
Según la primera ley de newton, si no existen fuerzas externas que actúen sobre un cuerpo, este permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta.
El movimiento termina cuando fuerzas externas de fricción actúan sobre la superficie del cuerpo hasta que se detiene. Por esta razón el movimiento de un objeto que resbala por una superficie de hielo dura más tiempo que por una superficie de cemento, simplemente porque el hielo presenta menor fricción que el cemento. Galileo expuso que, si no existe fricción, el cuerpo continuará moviéndose a velocidad constante, ya que ninguna fuerza afectará el movimiento.
Cuando se presenta un cambio en el movimiento de un cuerpo, este presenta un nivel de resistencia denominado inercia. Si has ido en un vehículo que ha frenado de improviso y tú has debido detenerte con tus propias manos, has experimentado lo que es la inercia.
Por tanto, a la primera ley de Newton también se le conoce como ley de la inercia.
La segunda ley de newton determina que, si se aplica una fuerza a un cuerpo, este se acelera. La aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve.
Observa el gráfico:
Recuerda que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales por lo que tienen un valor, una dirección y un sentido.
Si la masa de los cuerpos es constante, la fórmula que expresa la segunda ley de Newton es:
fuerza = masa x aceleración
f = m ∙ a
En cambio, cuando la masa del cuerpo aumenta, la aceleración disminuye. Entonces, debes establecer la cantidad de movimiento (p) que equivale al producto de la masa de un cuerpo por su velocidad.
Es decir: p = m ∙ v.
En el Sistema Internacional la cantidad de movimiento (p) se mide en Kg m/s porque la unidad para la masa es el kilogramo y la unidad para la aceleración es metros por segundo. Por tanto:
fuerza (N) = masa (kg) x aceleración (m/s2)
La tercera ley de newton postula que la fuerza que impulsa un cuerpo genera una fuerza igual que va en sentido contrario.
Es decir, si un cuerpo ejerce fuerza en otro cuerpo, el segundo cuerpo produce una fuerza sobre el primero con igual magnitud y en dirección contraria. La fuerza siempre se produce en pares iguales y opuestos. Por esta razón, a la tercera ley de Newton también se le conoce como ley de acción y reacción.
A continuación, se presenta unos videos para que se accedan a través de los siguientes enlaces:
- Desarrollo Metodológico
Para la resolución de problemas con las leyes de Newton, observa el siguiente video:
Analiza y razona las siguientes situaciones
Responda, completa los espacios o elige la respuesta dentro de las opciones en paréntesis.
1. Shelly, la patinadora, tiene una masa total de 25 Kg y está impulsada por el cohete.
- Llena la tabla I (sin tener en cuenta la resistencia del aire).
- Llena la tabla II para una resistencia constante de 50 N.
2. El bloque A está sobre una mesa horizontal sin fricción y lo acelera la fuerza de una cuerda fija al bloque B. B cae verticalmente y arrastra a A en forma horizontal. Ambos bloques tienen la misma m (masa). (No tenga en cuenta la masa de la cuerda).
- La masa del sistema (A + B) es: ( m ) ( 2 m )
- La fuerza que acelera a (A + B) es el peso de: ( A ) ( B ) (A + B)
- El peso de B es: ( m ∙ g /2) ( m g ) ( 2 m g )
- La aceleración de (A + B) es: ( menor que g ) ( g ) ( más que g )
3. De acuerdo a la siguiente gráfica, las situaciones en las cuales el lazo está sujeto a iguales tensiones son:
A) Solamente 1 y 2
B) Solamente 2 y 4
C) Solamente 1, 2 y 4
D) 1, 2, 3, 4
