Haciendo predicciones sobre fuerzas

1. Haciendo prediccionessobre fuerzas

2. Objetivos Se sugiere utilizar un mouse para ejecutar esta presentación. • Aplicar el concepto de fuerza en diversas situaciones reales. • Responder preguntas, a modo de predicción o hipótesis, a problemas en donde haya fuerzas responsables de una acción. • Idear un método experimental o teórico para poner a prueba la validez de una predicción o hipótesis. • Modificar una predicción o hipótesis cuando la evidencia experimental lo justifica.

3. Cazando mitos ¡Qué les parece!, otra vez por aquí. Pero ahora les tengo algunas preguntas para las cuales espero que plantees una respuesta debidamente argumentada. Veamos la primera. Un astronauta responde correctamente acerca de cuál sería la trayectoria más eficiente, en la que menos combustible se consume, que debería tener una nave espacial para viajar a la Luna, tomarle fotos a su cara oculta, sin alunizar, y luego volver a la Tierra. ¿Cuál fue la respuesta que dio el astronauta? Antes que plantee la respuesta que dio el astronauta, en las siguientes diapositivas se entregará información que contribuye a la comprensión del problema. Una vez entregada la información se le solicitará que elabore la respuesta que dio el astronauta.

4. La nave, en el espacio, se mueve … Con los motores encendidos todo el trayecto. Con los motores apagados todo el trayecto. (presiona el botón con la afirmación correcta) Una nave espacial cuando despega de la Tierra lo hace impulsado por un cohete que quema mucho combustible solo para salir de la troposfera. La distancia que hay entre la Tierra y la Luna es, aproximadamente, 384.000 km. Es mucha para que la nave lleve el combustible que necesitaría. Considera, además, que la nave debe regresar. ¡Correcto! La nave, una vez que se desprende del cohete que lo saca de las primeras capas de la atmósfera, ya no estará afectado por el roce con el aire, por lo que se moverá con el impulso inicial. Avanzar Haga clic para avanzar

5. La Luna no está quieta En efecto, la Luna en todo momento está girando en torno a la Tierra. Esto se ha de considerar para efectos de programar un viaje desde la Tierra a la Luna. Más aún si se considera que la nave se moverá con los motores apagados, es decir, no podrá cambiar la dirección de su trayectoria. Si quisiera hacerlo debería encenderlos, pero si lo hace deberá devolverse sin llegar a la Luna. ¿Cómo se soluciona el problema observado en la animación? Escribe tu respuesta. Avanzar Compara tu respuesta

6. ¿Hasta dónde llega el efecto gravitatorio de la Tierra? Hasta que se acaba la atmósfera terrestre. Más allá de la Luna. Llega al infinito. ¡Correcto! La fuerza de gravedad entre la Tierra y la nave, de masas M y m respectivamente, cuando están separados una distancia R, es: Y, ésta expresión será nula, solo si el numerador de la fracción que se muestra, que es la multiplicación de las masas, Mm, es cero. Pero esto es imposible. Por lo tanto, el efecto gravitatorio de la Tierra no solo llega hasta donde está la Luna, sino que se extiende mucho más allá. Entonces, durante todo el viaje la nave estará afectada por el efecto gravitatorio de la Tierra. Lo mismo ocurre con la Luna, por lo que la nave cuando viaje se verá afectada, gravitacionalmente, por la Tierra y la Luna en forma simultánea. Avanzar

7. Efecto combinado de la gravedad de la Tierra y de la Luna • En el trayecto, desde la Tierra hacia la Luna, se pueden identificar tres lugares, respecto a las fuerzas gravitacionales de ambos cuerpos sobre la nave: • donde la fuerza que ejerce la Tierra es mayor que la que ejerce la Luna. Zona 1. • donde la fuerza que ejerce la Tierra es igual a la que ejerce la Luna. Punto 0. • donde la fuerza que ejerce la Tierra es menor que la que ejerce la Luna. Zona 2. 0 2 1 En el viaje de regreso, de la Luna a la Tierra, ocurrirá lo contrario. Vea una explicación un poco más detallada. Haga clic aquí. Avanzar

8. La nave cae sobre la Luna Como la nave viaja con los motores apagados, cuando llegue a la zona en donde la fuerza gravitacional de la Luna sobre la nave es mayor que la que le ejerce la Tierra, la nave caerá sobre la Luna. ¿Qué opciones de caída hay? Hay muchas, pero se destacarán las siguientes: Nave 1.- La nave cae directamente sobre la superficie de la Luna. Sería muy probable que se destruyera. Luna 2.- Que la gravedad lunar desvíe la trayectoria de la nave y luego ésta se escape. 3.- Que la nave quede en una órbita alrededor de la Luna. ¿Cuál es la que más conviene en el problema que se busca resolver? Escriba su respuesta.

9. La respuesta Un astronauta responde correctamente acerca de cuál sería la trayectoria más eficiente, en la que menos combustible se consume, que debería tener una nave espacial para viajar a la Luna, tomarle fotos a su cara oculta, sin alunizar, y luego volver a la Tierra. ¿Cuál fue la respuesta que dio el astronauta? Con la información que se ha entregado en las diapositivas anteriores ahora debes plantear la respuesta que debe haber dado el astronauta. Debes hacer un dibujo de la trayectoria de la nave y explicarlo paso a paso. Si es necesario, vuelve a revisar las diapositivas anteriores.. Compara tu respuesta Avanzar

10. Segunda pregunta Se dispone de dos libros con muchas hojas, por ejemplo, dos guías de teléfono. Se ponen frente a frente los dos libros y luego, con mucha paciencia, se intercalan las hojas de ellos. Una vez que se intercalaron todas las hojas, se intenta separarlos tirándolas desde sus respectivos lomos. ¿Se pueden separar con facilidad? Acompañe su respuesta con una buena explicación Se sugiere que luego de plantear una predicción respecto a la pregunta propuesta, se idee una actividad práctica que la corrobore o la modifique.

11. Aquí está el problema de los libros Haga clic para ver el problema. Ahora que ha visto de qué se trata el problema, plantee una predicción al respecto. Aplicando las fuerzas en los lomos respectivos de los libros, como la animación lo sugiere, ¿será fácil o difícil separar los libros una vez que tienen mezcladas las hojas? Una vez que plantee la predicción realice la actividad. Para comparar su predicción con lo que realmente ocurre, vea un video aquí.

12. Tercera pregunta Realicemos una predicción sobre el roce estático. La tabla se empieza a inclinar con la caja, o bloque, sobre ella, hasta que empieza a deslizar. ¿Con cuál cara deslizará cuando la tabla esté menos inclinada y con cuál más? Se dispone de un bloque de la forma de un ladrillo, puede ser una caja de cartón o, mejor aún, un bloque de madera. Se debe disponer de una tabla, de 1 metro aproximadamente, sobre la cual se coloca el bloque. La caja tiene tres pares de caras, todas de diferente tamaño. Entonces, la caja o bloque se puede colocar de tres formas posibles sobre la tabla. Es necesario que realice una actividad para validar, o modificar, la predicción realizada.

13. Los materiales Trozo de madera de las medidas que se señalan, en forma aproximada. Regla de 40 cm aproximadamente 5 cm 10 cm 20 cm 25 cm 100 cm Tabla de aproximadamente las medidas que se señalan. Si son otras medidas, cuide que al menos su ancho sea igual a la medida del lado mayor del trozo de madera.

14. La actividad ¿Planteo su predicción? SI NO Deposite el trozo de madera en algún sector de la tabla que está horizontal. Ubique la regla, en posición vertical, junto al trozo de madera. Anote el valor, observado en la regla, del momento en que el trozo de madera comienza a deslizar. Realice el procedimiento para cada una de las 3 caras diferentes del trozo de madera. Levantar lentamente la tabla desde este extremo, cuidando que el otro extremo no se mueva. Si aún no hace su predicción, realícela y luego continúe. ¿Cómo estuvo su predicción? Avanzar Compare su resultado

15. Resumen • Para realizar una predicción, o elaborar una hipótesis, es recomendable buscar y analizar la información disponible. • Para realizar una predicción o una hipótesis, es necesario argumentarla, independientemente de que dichos argumentos sean correctos o erróneos. • Es necesario poner a prueba la validez de la predicción o hipótesis propuesta. • Hay que idear un procedimiento experimental, o teórico, para validar la predicción o hipótesis. • Hay que estar dispuesto a modificar la predicción o hipótesis cuando la evidencia experimental arroja un resultado diferente al propuesto.

16. Sugerencias • Explicación del vuelo a la Luna, http://es.wikipedia.org/wiki/Vuelo_a_la_Luna. • Video, en youtube, sobre la separación de dos guías telefónicas con sus hojas intercaladas. http://www.youtube.com/watch?v=a3jmsbpwIOo • Documento sobre las fuerzas de roce: http://www.hverdugo.cl/conceptos/conceptos/fuerza_de_roce.pdf

17. Respuesta a diapositiva 5 Has clic para volver a la diapositiva donde estabas.

18. La trayectoria de la nave Has clic para volver a la diapositiva donde estabas. La nave pasa por el lado oscuro de la Luna, se sacan las fotos. La nave cae sobre la Tierra desde que su influencia gravitatoria es mayor que la de la Luna. El efecto gravitacional de la Luna, desvía la trayectoria de la nave y le sirve como impulso para regresar a la Tierra. La nave desciende, planeando, en la Tierra. El efecto gravitacional de la Luna es mayor que el de la Tierra y empieza a desviar su trayectoria. La Luna se traslada alrededor de la Tierra. Inicia su trayecto impulsado por un cohete. Se mueve hacia el encuentro con la Luna, con los motores apagados. Se mueve inercialmente gracias al impulso que le dieron los motores encendidos del cohete.

19. La fuerza gravitacional sobre la nave no es constante Así es, la fuerza gravitacional de un cuerpo sobre otro aumenta si se acercan entre sí y disminuye si se alejan. La siguiente animación muestra, con vectores, cómo actúan las fuerzas de los cuerpos A y B sobre otro que viaja desde A hasta B. Se ha supuesto que el cuerpo A es de mayor masa que el B. O Si se observa con atención, hay un momento en que las dos fuerzas se igualan en O. • Al sumar ambas fuerzas se tiene que: • Antes que se igualen, la fuerza que ejerce A es mayor que la que ejerce B. O sea, el objeto va frenando. • Después que se igualan, la fuerza que ejerce A es menor que la que ejerce B. Es decir, el objeto acelera, aumentando su velocidad. El cuerpo A puede ser la Tierra, el B la Luna y el objeto la nave. Has clic para volver a la diapositiva donde estabas.

20. Respuesta a la tercera pregunta El roce estático, y el cinético, no depende del área de contacto entre los cuerpos que están en fricción. Por lo tanto, el bloque de madera debió empezar a caer con la tabla en la misma inclinación en todos los casos. Para que la tabla tenga la misma inclinación en cada caso, el bloque deberá caer desde la misma altura en cada uno de ellos. Si no le resultó así, intente una explicación que justifique la diferencia del resultado y coméntela con el profesor y/o compañeros. Has clic para volver a la diapositiva donde estabas.