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“Física y Movimiento”
una iniciativa para el aprendizaje de la Física en el laboratorio
Proyecto desarrollado por los profesores de las asignaturas de Física y Química y Laboratorio: · José Ernesto Sánchez de Cos Suárez · Isabel Mª Morales Gallego · Lydia Sánchez Oneto · Alejandra Narganes Parral · Jesús R. Andría González
“Física y Movimiento”
una iniciativa para aprender Física en el laboratorio
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1. Justificación pedagógica del proyecto Tradicionalmente, la Física es una Ciencia que, en el ámbito escolar, basa su metodología didáctica
en: (i) el desarrollo de clases magistrales en las que se explican los conceptos teóricos y (ii) en la
posterior realización de ejercicios o problemas con los que se pretende que el alumnado aplique
los conocimientos teóricos antes explicados.
De esta forma, la Física se presenta en clase, en no pocas ocasiones y a diferencia de otras
Ciencias experimentales, como una asignatura de “papel y lápiz”, abstracta e intangible, cuyas
aplicaciones son más teóricas que prácticas, cuando precisamente la Física, trata de interpretar los
fenómenos naturales a través de conceptos concretos, tangibles, medibles y extrapolables, y
muchos de sus resultados son meramente empíricos.
En el ánimo de hacerle llegar al alumnado de 4º curso de E.S.O. que la Física puede experimentarse
y “sentirse” como cualquier otra rama de la Ciencia, los objetivos pedagógicos de este proyecto
fueron:
• Dar a conocer al alumnado el laboratorio de Física: sus instrumentos y aparatos
de medida, su aplicación en el estudio de magnitudes físicas teóricas.
• Acercar al alumnado al método científ ico: enseñarles a diseñar experimentos, a
analizar los resultados con rigor y siendo conscientes de los errores que cometen cuando
realizan medidas.
• Estudiar en el laboratorio los contenidos de una unidad didáctica: de forma
que el alumnado pudiese comprobar que los conceptos estudiados en la teoría pueden ser
obtenidos en el laboratorio a través de experimentos diseñados a tal efecto.
• Mejorar su formación en la asignatura: aportándoles una visión aplicada de la Física,
que pudiera servirles para comprender mejor los conceptos teóricos que se estaban
estudiando al mismo tiempo en clase.
Por todas estas razones, los profesores que impartimos la asignaturas de laboratorio y de Física,
acordamos realizar unas prácticas durante el primer trimestre del curso escolar 2016-17
encaminadas a la medida de ciertas magnitudes físicas contempladas en la unidad didáctica de
cinemática de 4º curso de E.S.O.
Asimismo, mediante estas experiencias se pretendió enriquecer la programación de aula de la
asignatura de Física y Química de 4º E.S.O. mediante el desarrollo de las competencias
procedimentales del alumnado, entendiendo que las clases tradicionales enfocan principalmente
este tipo de aprendizaje a la realización de ejercicios y problemas del libro de texto.
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A modo de resumen, a continuación se presenta una tabla con las distintas actividades realizadas
en el laboratorio y su relación con las competencias claves desarrolladas en ellas:
ACTIVIDAD REALIZADA COMPETENCIA CLAVE A DESARROLLAR
Búsqueda de información complementaria en
Internet
Competencia digital
Uso de fórmulas, cálculos y tratamiento de datos Competencia matemática y básica en ciencia y
tecnología
Interpretación de los datos obtenidos, errores
experimentales y aciertos
Aprender a aprender
Redacción del informe final Comunicación lingüística
Diseño de experimentos Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor
Trabajo en grupos. Normas de laboratorio Competencias sociales y cívicas
2. Metodología
Para realizar estas prácticas se hizo uso del laboratorio de Física durante las dos horas semanales
que tiene asignada la asignatura de laboratorio para 4º curso de E.S.O.
Además del trabajo en el laboratorio, los alumnos completaron sus conocimientos buscando
información en Internet utilizando los ordenadores del aula de informática. En el ánimo de que
estos alumnos de último curso de E.S.O. reconozcan la importancia de aplicar el método científico
a las observaciones que realizaban en el laboratorio, al finalizar cada práctica se les orientó a
elaborar un informe siguiendo el siguiente esquema:
I. Título de la práctica
II. Fundamento teórico
III. Materiales
IV. Método experimental
V. Resultados
VI. Cuestiones
VII. Conclusión. Opinión personal
VIII. Bibliografía
Las prácticas se realizaron durante el primer trimestre del curso 2016-17 con la intención de
hacerlas coincidir con el contenido teórico de la unidad didáctica de la asignatura de Física y
Química que estaban siguiendo en clase.
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3. Contenido
Estudiamos el movimiento rectilíneo y uniforme (M.R.U.) y el movimiento rectilíneo, y
uniformemente acelerado (M.R.U.A.) tanto en caída libre y como en un plano inclinado.
1ª Práctica: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME EN UN CARRIL
NEUMÁTICO
Como sabemos, en la Tierra, el rozamiento está presente en cualquier movimiento sobre una
superficie, y siempre se traduce en una pérdida de velocidad. En muchos casos, lo que se hace es
considerarlo muy pequeño y despreciarlo. Sin embargo, en este experimento se trató de reducirlo
al máximo usando un carril neumático. Este aparato dispone de un dispositivo encargado de
expulsar aire a poca presión para eliminar o reducir mucho la fricción del móvil con la superficie.
Dicho móvil se desplaza por el carril suspendido en un “colchón de aire”, eliminando así casi todo
el rozamiento y aproximando los cálculos experimentales a los que se obtienen teóricamente.
Se utilizó la fórmula que nos permite calcular el espacio recorrido por un móvil cuando se mueve
de manera uniforme y sin aceleración : 𝑆 = 𝑆! + 𝑉 · 𝑡
Teniendo en cuenta que nuestro experimento está diseñado para que 𝑆! sea cero, la fórmula
aplicada fue: 𝑆 = 𝑉 · 𝑡
Materiales y métodos
Para realizar esta práctica además de un carril neumático de unos 150 cms., con una escala de
longitud graduada, se utilizaron dos cronómetros fotosensibles (cronocaptadores), uno colocado
en la posición de inicio y otro al final de cada trayecto o distancia elegida, y un cuerpo móvil que
tenía la forma del carril neumático para reducir aún más la fricción. Para influir lo menos posible
en el lanzamiento del móvil, se usó un electroimán conectado a una fuente eléctrica, que mantuvo
sujeta una bola metálica. En el momento que el imán dejaba de recibir corriente eléctrica abriendo
un interruptor, una goma elástica impulsaba el móvil de forma que entre un lanzamiento y otro se
aplicaba prácticamente el mismo impulso inicial. Tras cada lanzamiento los dos cronómetros,
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dispuestos al inicio y al final del trayecto, situados entre sí a las distancias de 40, 80 y 120 cms.
captaron el paso del móvil y midieron el tiempo empleado.
Se realizaron 5 medidas de tiempo para cada una de las distancias elegidas. Al conocer los
distintos tiempos y las distancias empleadas, pudo calcularse la velocidad que había
experimentado el móvil.
Los cronómetros aportaron medidas con una precisión de milésimas de segundo.
Los resultados nos indicaron que, verdaderamente, en un M.R.U. la velocidad es constante y se
corresponde con la proporción entre el espacio recorrido y el tiempo que se emplea en recorrerlo.
2ª Práctica: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO.
CAIDA LIBRE
Esta práctica la realizamos para comprobar, aproximadamente, el valor numérico de la aceleración
de la gravedad. La caída libre de un cuerpo es un movimiento uniformemente acelerado por lo que
hay que utilizar la fórmula:
𝑆 = 𝑆! + 𝑉!𝑡 + 12𝑔. 𝑡!
Aunque el diseño de nuestra práctica nos permitirá simplificarla a la siguiente:
𝑆 =12𝑔. 𝑡!
Materiales y métodos
Utilizamos un pie de laboratorio de una altura superior a 2 m. con una escala graduada, un
electroimán en la parte superior, conectado a una fuente de energía, que sujeta una bola de metal.
Este sistema del electroimán se utilizó para no influir en el impuso inicial que se le daba a la bola
de metal en cada lanzamiento. Por último, se usaron dos cronómetros (cronocaptadores), uno en
la posición inicial, que al pasar la bola se activaba, y otro al final del trayecto elegido, que al pasar
la bola hizo que se detuviera el tiempo.
Tras colocar la bola de metal en el imán, se pusieron a cero los medidores de tiempo y se
desimantó la bola para que cayese. Una vez liberada, se midió el tiempo que tardó en recorrer el
espacio elegido. Con los datos obtenidos, se aplicó la fórmula anterior.
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Los resultados indican que se puede comprobar de forma experimental el valor numérico de la
aceleración de la gravedad terrestre al dejar caer una bola y someterla a caída libre. Los valores
más cercanos a 9,8 m/s2 se obtuvieron cuando la distancia que recorría la bola metálica era más
pequeña. A mayores distancias los valores de la aceleración obtenidos eran mayores que 9,8 m/s2.
En principio, se planteó la hipótesis de que ello podía ser debido al rozamiento con el aire, pero en
todo caso, el aire frenaría la bola y la aceleración sería menor a mayores distancias, y los
resultados obtenidos indicaron lo contrario. Se concluyó, por lo tanto, que los resultados obtenidos
se debían al error que se comente considerando que la 𝑉! es cero, algo que no podemos asegurar
ya que no conseguimos colocar exactamente el cronómetro inicial justamente en la posición en la
que salía la bola. Esa velocidad inicial distinta de cero hace que la bola recorra el espacio en menos
tiempo y genera una aceleración mayor cuanto más largo es el recorrido. La conclusión es que las
dseviaciones en las medidas no se deben tanto al rozamiento con el aire como a los errores que
asumimos en el diseño del experimento.
Así, se pudo enseñar a los alumnos que todo experimento conlleva unos errores, tanto de diseño
como de los propios aparatos de medida y que ellos influyen en los resultados obtenidos. También
esta experiencia demostró que se pueden obtener medidas del valor numérico de la aceleración de
la gravedad muy similares al valor teórico de 9,8 m/s2, que aparece en los libros y que se usa en
los ejercicios de clase.
Se realizaron 5 medidas de tiempo para cada una de las distancias elegidas, con una precisión de
milésimas de segundo cada una de ellas.
3ª Práctica: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO.
PLANO INCLINADO
No siempre los móviles se desplazan horizontalmente o verticalmente. En esta experiencia se
estudió el movimiento de un cuerpo por un plano inclinado, con una pendiente de unos 7 grados de
inclinación, en el cual se calculó la aceleración con la que el móvil bajaba por el plano inclinado.
Para ello, se usó la fórmula de movimiento uniformemente acelerado que es:
𝑆 = 𝑆! + 𝑉!. 𝑡 +12
𝑎. 𝑡!
En este caso, la bola se lanzó por el plano inclinado justamente en la posición en la que se
encontraba el primer cronómetro, por lo que pudo considerarse que 𝑆!y 𝑉! son 0, y se simplició la
fórmula anterior:
𝑆 =12
𝑎. 𝑡!
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Materiales y métodos
En este experimento se usó un carril inclinado unos 7 grados, con unas guías para conducir la bola
de metal por un trayecto rectilíneo, y dos medidores de tiempo separados una distancia de 60 o
90 cms.
Se colocó la bola en el punto más alto del plano inclinado, y una vez liberada, recorrió el trayecto
elegido y se midió el tiempo que tardó en recorrer dicha longitud. Finalmente se calculó la
aceleración que había experimentado el cuerpo, utilizando la fórmula que se enunció antes.
Los resultados obtenidos nos indicaron que la bola de metal presentaba una aceleración media
similar cuando se lanzaba por el plano inclinado tanto para distancias recorridas de 60 y 90 cms,
algo que nos confirmó que se trataba de un M.R.U.A., con aceleración constante.
En nuestro caso, fue una aceleración de aproximadamente 0,30 m/𝑠!.
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4. Logros alcanzados por el alumnado: ¿qué aprendieron?
Mediante estas experiencias de laboratorio, el alumnado que participó en ellas pudo aprender de
las siguientes situaciones y consideraciones:
- Las magnitudes físicas, lejos de ser simples datos en los libros de texto, pueden ser
medidas y comprobadas en el laboratorio bajo determinadas condiciones experimentales,
intentando reproducir, aproximadamente, los fenómenos que suceden en la naturaleza.
- La necesidad de realizar un buen diseño experimental y de tomar un conjunto significativo
de medidas de cara a obtener resultados y conclusiones válidos y contrastables con la
teoría.
- Todo diseño experimental y el manejo de instrumentos de medida (por muy precisos que
sean) tienen asociados unos errores que debemos analizar y considerar a la hora de
valorar los resultados obtenidos. Este error se distribuye proporcionalmente realizando un
número significativo de medidas y calculando sus valores medios.
- La iniciación en el rigor del método científico tanto en el diseño, la puesta en marcha de los
experimentos, el uso de modelos, la interpretación de los datos y la posterior realización
de informes.
- La importancia del trabajo cooperativo y del cumplimiento de las normas en el uso del
laboratorio y de sus instrumentos.
- La Física es una Ciencia divertida y que puede aprenderse desde un punto de vista más
práctico y aplicado.
