Manual de Laboratorio de Fisica

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Dirección General de Educación Superior y Técnico-Profesional

Dirección de Educación Superior Pedagógica

Manual de Laboratorio de Física que incluye selección de materiales y ejemplos de sesiones de aprendizaje para docentes de Educación Superior

LABORATORIO DE FÍSICA Institución Educativa Isabel Chimpu Ocllo – San Martín de Porres

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MINISTRA DE EDUCACIÓN Patricia Salas O’brien.

VICE MINISTRO DE GESTIÓN PEDAGÓGICA Martín Vegas Torres

VICE MINISTRO DE GESTIÓN INSTITUCIONAL Fernando Bolaños Galdós.

DIRECTORA NACIONAL DE EDUCACIÓN SUPERIOR Y TÉCNICO PROFESIONAL Rosa Isabel Flores Arévalo.

DIRECTORA DE EDUCACIÓN SUPERIOR PEDAGÓGICA Eliana Marianella Cano Seminario.

AUTORIA Jorge Moisés Minaya Martínez.

CONSULTORIA

Julia Felícitas Reyes Agüero.

DIAGRAMACIÓN Y COLABORACIÓN

Maria Ghysel Rayme Coa

MINISTERIO DE EDUCACIÓN LIMA – PERÚ.

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I N D I C E

1. Presentación

2. Fundamentación 05

3. Materiales y/o equipos de física 07

4. Sesión 01. Sistema internacional de unidades y análisis de gráficos 09

5. Sesión 02. El movimiento más simple de la naturaleza 21

6. Sesión 03. Centro geométrico y centro de gravedad 33

7. Sesión 04. Conociendo las características físicas de un resorte 44

8. Sesión 05. La máquina de Atwood 54

9. Sesión 06. Péndulo simple 65

10. Sesión 07. Formas y conservación de la energía 77

11. Sesión 08. Propagación de una onda mecánica 89

12. Sesión 09. Dilatación de los cuerpos 101

13. Sesión 10. Determinación del calor específico 111

14. Sesión 11. Estática de los fluidos 123

15. Sesión 12. Electrostática 135

16. Sesión 13. Electricidad 148

17. Sesión 14. Electromagnetismo 161

18. Sesión 15. Reflexión y refracción de la luz 174

19. Materiales y equipos complementarios y básicos 188

20. Bibliografía y referencias bibliográficas 191

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Presentación

La socialización de la ciencia vía la internalización de sus principios y aplicaciones es

responsabilidad esencialmente de los maestros. Ellos son los formadores de futuros

maestros y éstos de la sociedad en su conjunto. De allí que los docentes formadores

de los Institutos de Educación Superior y de las Facultades de Educación, cumplen un

rol fundamental en el proceso de transformación social y económica del país a través

de la actualización permanente y la transferencia e interacción con sus estudiantes.

Este material pedagógico contiene 15 sesiones, donde trata de explorar la mayoría de

tópicos del área de física. Cada sesión esta estructurada según los ocho momentos

pedagógicos como son: la motivación, los saberes previos, el conflicto cognitivo, el

procesamiento de la información, la aplicación de lo aprendido, la transferencia, la

meta cognición y la evaluación. El desarrollo de cada sesión no obedece a

procedimientos ni lógicas tradicionalmente formuladas, es más bien flexible y tiene un

carácter sugerido que no responde a las prerrogativas del docente sino del estudiante.

Por lo tanto, no planteamos una pauta sino una sugerencia que debe ser discutida

tanto en contenido como en metodología.

Este trabajo proporciona a los docentes de los Institutos Pedagógicos Superiores una

herramienta que propone el diseño y organización de un conjunto de actividades

concretas a fin de coadyuvar en el proceso enseñanza - aprendizaje del área.

Invitamos a los docentes formadores a potenciar las capacidades de los estudiantes a

través de una profunda reflexión y rol social a través de la enseñanza de la física. El

país, demanda de los maestros un profundo sentido social y humano, que trascienda

el presente y cultive las semillas de quienes guiarán los destinos de nuestra patria.

Objetivos En este material nos planteamos dos objetivos: 1. Sugerir sesiones de aprendizaje con los procesos pedagógicos en las que se

potencia el uso funcional de los equipos y/o materiales de laboratorio de física.

2. Seleccionar el equipo básico para los laboratorios de física en nivel superior.

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Fundamentación

El contexto internacional en relación a ciencia y la tecnología es asimétrico. En nuestro

país revela las tremendas brechas que es necesario acortar desde distintos planos,

uno de ellos viene a ser la formación de cuadros científicos y otro que es la que

concierne a la formación de profesores en ciencias, entendiendo la necesidad de

propiciar y revalorar la enseñanza de la física por ser ésta una ciencia compacta y

porque de aquí se derivan en gran parte todas las aplicaciones tecnológicas modernas

que conocemos.

Los países que están logrando altos niveles de productividad e intercambio comercial,

son países que han puesto como eje de políticas públicas a las ciencias y en particular

a la física, química y biología, siendo la física aquella que esta orientada al esfuerzo

industrial y por ende comercial.

Esto ha significado una inversión en Ciencia y Tecnología que para países

industrializados puede bordear el 5% del PBI y que para nuestro país solo alcanza el

0.5% de la misma, lo que en un principio nos pone en desventaja material. A esto se

añade la agenda pendiente de formar a más maestros en ciencias que a su vez

motiven en los niños un apego a la ciencia y a la física en particular. Necesitamos

base industrial para dar sostenibilidad al crecimiento que tiene nuestro país.

El Perú esta atravesando por una etapa de crecimiento económico que se registra

positivamente en los indicadores macroeconómicos, sin embargo se ha avanzado

poco en el terreno de la educación pública. No podemos aspirar a alcanzar un

verdadero desarrollo integral si ésta no es impulsada con las manos y cerebros

preparados para asumir los nuevos retos que nos plantea la sociedad del siglo XXI. La

construcción de una nueva sociedad exige cambios de actitud y de una profunda

reflexión del papel de la educación en el proceso de inclusión, equidad y justicia social.

Dentro de la problemática de la enseñanza de la ciencia, sabemos que el profesorado

ha hecho denodados esfuerzos de desenvolver con eficiencia y eficacia su tarea

pedagógica. Sin embargo, esta ha sido insuficiente por distintas razones de orden

económico y político.

La física es la ciencia más básica de todas las ciencias. Se ocupa de la naturaleza de

la materia tan fundamentales como el movimiento, la fuerza, la energía, el calor, la

estructura del átomo, la luz, el tiempo y el espacio. En éste último siglo ésta ciencia a

revolucionado no solo el campo de la tecnología sino también la forma de concebir el

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universo, el átomo y el pensamiento humano. La ciencia no es estática,

constantemente se está redefiniendo y sufriendo cambios a los cuales el docente tiene

que estar a la altura de su tiempo.

Los temas relativos a Ciencia y Tecnología trascienden el trabajo de las aulas y los

laboratorios y esto exige nuevas demandas a los estudiantes de ciencias que se

forman en los institutos, por tanto, hay una exigencia adicional en el trabajo

académico que puede ser complementado con la implementación de instrumentos y

equipos en los laboratorios de física y la incorporación de las Tecnologías de la

Información y Comunicación. De allí la necesidad de fortalecer los trabajos

experimentales físicos y virtuales.

No habrá cambio alguno sin la movilización de las ideas, de las nuevas estrategias y

de los contenidos por parte del docente. Tampoco será relevante este cambio, si las

distintas autoridades públicas y privadas no se involucran favoreciendo el proceso de

socialización de la ciencia y la educación en general.

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Materiales y/o equipos de Física

La actividad experimental es fundamental para reflexionar y entender los

fenómenos que ocurren en la naturaleza. Nos ayudan a profundizar nuestros

saberes, a cambiar y crear nuevos conocimientos.

En este marco, los materiales y/o equipos de laboratorio son la materia prima

para simular o representar algunos modelos físicos.

Respecto a los materiales y/o equipos podemos señalar que son de distintas

características. Algunas nos proporcionan datos y otras solo sirven para

simular cualidades de algún fenómeno dado, algunas tienen un uso específico

mientras que otras tienen un uso múltiple, por lo que resulta imprescindible

conocer las características físicas de tal o cual material y/o equipo.

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No existe una clasificación rigurosa de los materiales y/o equipos de física, sin

embargo podemos clasificarlos según el campo de estudio, vale decir:

mecánica, calor y temperatura, electromagnetismo, óptica y física moderna.

En mecánica utilizaremos los instrumentos para medir la fuerza y los

parámetros cinemáticos. Por ejemplo, los dinamómetros, el cronómetro, los

planos inclinados, la balanza, etc. En el área de calor y temperatura se utilizará

instrumentos tales como el termómetro, los mecheros, cocinas eléctricas,

calorímetro, etc. En electromagnetismo el uso del multímetro es imprescindible,

la fuente de energía, los resistores, las baterías, las bobinas, el protoboard y

los distintos dispositivos electrónicos, etc. En óptica es fundamental el banco

óptico, espejos, lentes cóncavos y convexos, los celulares, prisma de cristal,

etc. En física moderna requerimos los punteros láser, las calculadoras solares,

las velas, etc. Es trascendental incorporar cada vez más y en mayor medida los

fundamentos básicos de la física moderna. Lo excepcional en enseñar física

moderna, a un nivel básico, es que sus distintas aplicaciones forman parte de

las nuevas generaciones lo que implica tener una cultura científica respecto a

la tecnología de vanguardia de los maestros.

Hemos mencionado a grandes rasgos algunos materiales de física y su utilidad,

sin embargo muchos de éstos se pueden suplir con materiales caseros o

recurriendo a los laboratorios virtuales que son divulgados gratuitamente por

algunas universidades prestigiosas.

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SESIÓN # 01

Sistema internacional de unidades

y análisis de gráficos

CONTENIDO GENERAL

EQUIPOS Y MATERIALES BÁSICOS DE LABORATORIO

PLAN DE SESIÓN DE APRENDIZAJE

ANEXO DE PROCESOS PEDAGÓGICOS

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IDENTIFICANDO ALGUNOS MATERIALES BÁSICOS

Cada equipo de trabajo recibirá los siguientes materiales.

01 Probeta De plástico, de 250 ml de capacidad.

01 Vaso con agua

01 Balanza La balanza consta de una base de madera que sostiene un tablero que sirve de soporte a los brazos de la balanza, donde el estudiante colocará los diferentes objetos para poder comparar su peso.

01 Cronómetro Analógico de mano, modo de cronometraje de 10 memorias, precisión 1/100s, cordel o cinta para colgar.

Probeta

Balanza

Cinta métrica Balón

Vaso con agua

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SESIÓN DE APRENDIZAJE Nº 01

I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA

ESPECIALIDAD AÑO CRÉDITOS HORAS SEMESTRE

CIENCIA, TECNOLOGÍA Y

AMBIENTE

DOCENTE

II. ORGANIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE

CRITERIO DE DESEMPEÑO

Experimenta con unidades fundamentales de longitud, masa y tiempo y las aplica en situaciones cotidianas.

CAPACIDAD DE ÁREA CONOCIMIENTO

Aprendizaje esperado

INDICADORES

INSTRUMENTOS Y MATERIALES

Diferencia las magnitudes fundamentales y las magnitudes derivadas.

Medidas fundamentales de masa, tiempo y longitud.

Masa corporal (IMC).

Densidad.

Identifica las unidades fundamentales de masa, tiempo y longitud.

Conoce y utiliza los instrumentos de medida y sus respectivas unidades.

Determina el índice de masa corporal (IMC).

Determina experimentalmente la densidad.

Conoce las nociones y conceptos del tiempo a través de una lectura.

Ficha de información

Ficha de aplicación

Balanza, cronómetro, cinta métrica, probeta.

Equipo multimedia: Laptop, Cañón y ecran

ACTITUD ANTE EL ÁREA INSTRUMENTO

Expresa con propiedad sus opiniones y muestra seguridad en sí mismo.

Participa activamente en clase, siendo capaz de dialogar y debatir ideas con fundamento.

Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el desarrollo de la sesión de aprendizaje.

Ficha de meta cognición y Autoevaluación

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III. SECUENCIA DIDÁCTICA

DESARROLLO DE ACTIVIDADES Y/O ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS

RECURSOS Y/0 MATERIALES EDUCATIVOS

TIEMPO

MOTIVACIÓN

El Docente con la participación de los estudiantes dialogan a cerca de la importancia de medir y comparar. Se realiza un recuento histórico y plantea la siguiente interrogante: ¿cómo se puede medir el radio de una pelota si sólo se cuenta con una regla rígida y un vaso de agua? (ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS

El Docente realiza la siguiente pregunta a todos los estudiantes: Según el sistema internacional, ¿cuáles son las magnitudes fundamentales, auxiliares y derivadas? Luego se plantea las siguientes interrogantes a fin de conocer algunos datos relacionados al tema: ¿con qué rapidez se mueve nuestro planeta y con él

nosotros mismos? ¿con qué rapidez se expande el universo? ¿qué temperatura y qué masa tiene nuestro planeta? ¿cómo se determinó el tamaño del átomo? (ANEXO

N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente plantea la siguiente pregunta, ¿cómo saber si cada uno de nosotros/as experimenta un ESTADO NUTRICIONAL NORMAL O PRE OBESO? (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de 4 ó 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente. Determinan experimentalmente el Índice de Masa

Corporal de cada miembro del equipo. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de dos actividades: Calculan experimentalmente las pulsaciones por

Regla, pelota, vaso con agua. Multimedia –ppt o (papelógrafo, tarjetas o simplemente la voz del docente Pizarra, tiza Cinta métrica. Cronómetro, Cinta métrica, Piedra, probeta.

10min 10 min 10 min 30 min 20 min

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segundo de cada miembro del equipo. Encuentran experimentalmente la densidad de una

piedra. Al concluir se les pide que salgan a exponer sus

resultados por sorteo de equipos. (ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS

Y REALES. Se entrega la lectura referente al tiempo y los relojes. (ANEXO N°6)

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO

APRENDIDO Se entrega a los estudiantes una ficha de evaluación donde reflexionan sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega una ficha de evaluación a fin de evaluar los

aprendizajes esperados. El veedor de cada grupo realiza una evaluación

mediante una ficha. (ANEXO N°8)

Ficha de lectura

Ficha de metacognición

Fichas de evaluación.

20 min 10min 10 min

IV. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

1. Serway, R. Jewett, J. (2 009). Física. México. Editorial CENGAGE Learning 2. Wilson, J. Buffa, A. Lou, B. (2009).Física General. México. Editorial Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Hewitt. P. (2 008). Ciencias físicas II. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 5. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 6. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras.Tomo I. 7. Investiguemos 10. (2007). Primera edición. Bogotá. Editorial Voluntad.

Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. www.fisica.uh.cu. 2. www.feiradeciencias.com.br. 3. http://www.cubaeduca.cu 4. www.who.int/es

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ANEXO Nº 01

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL N° 01

“SISTEMA DE UNIDADES Y ANÁLISIS DE GRÁFICOS” ACTIVIDAD MOTIVADORA ¿Cómo se puede calcular el radio de una pelota contando sólo con una regla rígida y un vaso de agua? Ante esta interrogante plantea e intercambia opiniones con sus compañeros a fin de responder esta interrogante. Una vez que se haya planteado la respuesta, responde a la siguiente pregunta: ¿se ha medido directamente el radio de la pelota? ¿Es posible medir indirectamente?

ANEXO Nº 02 ¿CUÁNTO CONOZCO DE LO SIGUIENTE? - (MIS SABERES PREVIOS)

En estos instantes leo personalmente las preguntas e intervengo oralmente en forma democrática. ¿Sabe usted con qué rapidez se mueve nuestro planeta y con él nosotros mismos?, ¿con qué rapidez se expande el universo? ¿Qué temperatura y qué masa tiene nuestro planeta? ¿Cuál es el tamaño de un átomo? ¿Cómo el ser humano pudo hacer estas mediciones?

ANEXO Nº 03 HAY SITUACIONES DE CONFLICTO COGNITIVO QUE MIS SABERES PREVIOS NO ME AYUDAN A RESOLVER

Mediante dos imágenes de masas y tallas registradas en la tabla 1. Se plantea la siguiente interrogante: ¿cuál de los dos puede presentar mayor obesidad y por qué? Se sugiere los siguientes datos para dos personas.

Tabla 1.

Persona Talla

Masa

Persona 1 1,60 m

63 kg

Persona 2 1,70 m

73 kg

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ANEXO Nº 04 APRENDO PROCESANDO LA INFORMACIÓN

Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta, no olvides de anotar tus datos y respuestas PERSONALMENTE.

1. Estimaremos la medida del Índice de Masa Corporal (IMC) de cada persona, para esto cada equipo debe colocar la masa y la talla de cada integrante. Según esos datos se determina el IMC. Registra los datos en la siguiente tabla sugerida.

2. Según la Organización Mundial de la Salud, el IMC es una medida que indica el

estado nutricional en adultos; estableciendo el estado nutricional según la siguiente tabla 2.

Tabla 2

3. Según los datos registrados, clasifique el estado nutricional de cada integrante. En caso se registre el estado nutricional no normal, acuda a un centro de salud para tomar las medidas indicadas por el especialista.

ANEXO Nº 05 APLICANDO OTRA ACTIVIDAD DE MEDICIÓN

APLICANDO OTRA ACTIVIDAD DE MEDICIÓN

1. Mida las pulsaciones arteriales por minuto de sus integrantes con las siguientes condiciones:

a) En reposo, los pulsos arteriales en condiciones de reposo por minuto.

Nº Masa (kg) Talla (m) IMC = (masa / (talla)2)

1 2 3 4 5

TABLA 1. Determinación del IMC

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b) Cuente el número de pulsos arteriales de tres miembros del equipo y regístrelo en la tabla 3.

Estudiantes

Tiempo (s)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

c) A partir de los datos registrados anteriormente, ¿por qué los médicos

registran las pulsaciones por minuto en un paciente sólo en estado de reposo?

2. Después de 5 minutos de movimiento, cuente el número de pulsos arteriales de tres miembros del equipo y regístrelo en la siguiente tabla sugerida.

Estudiantes

Tiempo (s)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

a) Construya la gráfica correspondiente a partir de los datos registrados en la tabla 3 y 4.

b) Para t = 150 s, el número de pulsos arteriales (para los estados de reposo y movimiento) será: _______________

3. Determine la densidad de un objeto sólido indicado por el docente. Registre los datos en la tabla 5.

Masa: m=( ± )

Volumen: V = ( ± )

Material : Resultado: ρ = (m/V) = ( ± ) kg/m3

4. ¿Qué errores de medida se cometen cuando se procede a medir la densidad de

un cuerpo? 5. ¿Qué entiende por errores sistemáticos?

TABLA 4. Medición de las pulsaciones arteriales en reposo

TABLA 3. Medición de las pulsaciones arteriales en reposo

TABLA 5. Determinación de la densidad de un cuerpo

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ANEXO Nº 06 TRANSFERIMOS NUESTRO CONOCIMIENTOS A TEMAS RELACIONADOS

El docente invoca a los estudiantes a responder las siguientes preguntas planteadas a partir de la lectura:

1. De las gráficas obtenidas en las experiencias anteriores, ¿qué nos indica la pendiente de dicha gráfica? Escucha la explicación del Docente y responde a esta pegunta

2. ¿Cómo se define el tiempo? 3. ¿Qué significa la precisión? 4. Realiza una síntesis de la lectura “Del tiempo y los relojes”

Lectura

Del tiempo y los relojes

Osvaldo de Melo (Profesor de la universidad de la Habana – Cuba)

La necesidad de medir el tiempo provenía, en la antigüedad, de escoger el momento oportuno para las cosechas. Las primeras nociones de tiempo estuvieron relacionadas con los movimientos periódicos de los astros; de ese modo se definieron el día y el año. Ya las grandes civilizaciones de la américa prehispana habían construido calendarios, reconocían el año con sus 365 días, y también tenían subdivisiones similares a los meses de hoy, a las semanas y a los días. Por cierto, con respecto al famoso calendario maya se han tejido risibles mitos con relación al fin del mundo en el 2012, cosa que ni predijeron los mayas, ni tiene justificación desde ningún punto de vista. Pero eso es otro temaW

El día y el año, si bien eran buenas unidades para definir el tiempo de las cosechas, resultaban demasiado imprecisos para medir procesos que duraran poco tiempo. Entonces comenzaron a utilizarse relojes solares, que se basaban en la posición de la sombra de una varilla que se iba Desplazando según pasaba el día. ¡Claro que tenían el defecto de no funcionar de noche! Para resolver ese problema, los antiguos inventaron otros medios de medir el tiempo por las noches. Uno de ellos fue la clepsidra, que era un recipiente lleno de agua con un orificio pequeño debajo, que comunicaba con otro donde poco a poco se iba vaciando el líquido. Tenía marcas que permitían determinar los lapsos de tiempo. También se utilizaba el reloj de arena, que tenía un funcionamiento similar al de la clepsidra, pero usando arena en vez de agua.

Un gran avance lo realizó Galileo Galilei en el siglo XVI, cuando descubrió lo que hoy se conoce como el isocronismo del péndulo. Dicen que observaba el vaivén de las

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lámparas de una iglesia (o también, dependiendo de la pulcritud del lugar, el de las arañas colgadas de sus hilos) cuando se dio cuenta que tanto las oscilaciones de gran amplitud como las de pequeña amplitud demoraban lo mismo. Llegó a esa conclusión utilizando como instrumento de medida su propio pulso.

Aparecieron los elegantes relojes de bolsillo y luego los relojes de pulsera. Primero eran mecánicos, utilizando la espiral enrollada, pero luego con los avances de la electrónica, se construyeron los relojes que se guiaban por las oscilaciones periódicas de un cristal de cuarzo que tenía una frecuencia muy precisa. ¡Ya no hacía falta dar cuerda al reloj!, bastaba con colocarle una batería que alimentara el oscilador de cuarzo. Sobrevinieron los relojes digitales donde la aguja no se mueve continuamente, sino paso a paso, o simplemente presentan la hora en una pantalla de cristal líquido.

El segundo es la unidad fundamental en que se mide el tiempo, no solo en el sistema internacional de unidades que es el más difundido, sino también en otros sistemas. Hoy tenemos una definición mucho más precisa porque existe un tipo de reloj que ni atrasa ni adelanta más de un segundo en 30 000 años. Se trata del así llamado reloj atómico. Este reloj basa su funcionamiento también en un fenómeno periódico, de una oscilación. Pero es una oscilación muy estable de los átomos. El reloj que se utiliza para definir el tiempo actualmente es de átomos de Cesio. Basado en la existencia de este reloj, en 1967 se definió el segundo como la duración de 9.192.631.770 vibraciones de los átomos de Cesio.

Pudiera uno preguntarse: ¿para qué sirve tal precisión? Pues si que es necesaria, no solo por razones metrológicas de uniformización de las unidades, sino también por necesidades de aplicaciones prácticas particularmente del sistema de posicionamiento global (GPS, del inglés Global PositioningSystem). Este sistema provee la posibilidad de determinar las coordenadas sobre la superficie de la tierra del lugar donde se encuentre el receptor con una tremenda precisión. Y el lector se preguntará: ¿qué tiene que ver el tiempo en esto? Es que el sistema GPS parece hacer honor a ese maestro de las letras y apasionado del tiempo que fue el argentino Jorge Luis Borges cuando dijo: “Wel espacio se mide por el tiempo”.

Efectivamente para medir la posición del receptor lo que se hace es medir el tiempo que demora en llegar a él una señal transmitida desde un satélite. Luego, multiplicando ese tiempo por la velocidad de la señal (que es igual a la de la velocidad de la luz y se conoce con mucha exactitud) se determina la distancia del receptor al satélite. Como la velocidad de la luz es inmensamente grande, el tiempo que demora la señal en recorrer la distancia desde el satélite al receptor es pequeñísimo y se necesita gran precisión para medirlo. Para ello, los satélites cuentan con un exacto reloj atómico. Haciendo esta operación con varios satélites se puede calcular la posición del detector y al mismo tiempo sincronizar el receptor con el reloj atómico del satélite.

Las nuevas investigaciones sobre la medición del tiempo se mantienen en la cuerda de mejorar los relojes atómicos. El más preciso actualmente, no atrasa ni adelanta un segundo en 3 700 millones de años y se encuentra en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología en los Estados Unidos. También las investigaciones recientes tienden a disminuir el tamaño y el consumo eléctrico de estos relojes. Hablan de convertirlos en productos de consumo; ¿un reloj atómico de pulsera funcionando con pilas? En fin, que parece que los avances en la medición del tiempo nos van a seguir asombrando, y que los relojes seguirán evolucionando.

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ANEXO Nº 07

REFLEXIONO SOBRE MIS APRENDIZAJES (METACOGNICIÓN)

I. APELLIDOS Y NOMBRES: ___________________________________________

N° Completa Responde

1 Habilidad que desarrollé o mejoré mucho más durante esta sesión.

¿Cómo?

2 Habilidad que desarrollé bien durante esta sesión. ¿Cómo?

3 Habilidad que desarrollé regularmente durante esta sesión.

¿Cómo?

4 Habilidad que No desarrollé como quisiera durante esta sesión.

¿Por qué?

5 Señala dos acciones que debes seguir realizando para que este aprendizaje quede bien cimentado.

ANEXO Nº 08 EVALUACIÓN

A continuación se muestran una ficha de evaluación.

1. Se muestra la siguiente tabla. Complete cada celda identificando los instrumentos de medida y sus respectivas unidades.

Magnitud Instrumento de medida Unidad

Masa

Tiempo

Longitud

Densidad -------------------------

IMC -------------------------

2. Un estudiante de 19 años y de 65 kg tiene una altura de 1.59 m. ¿Cuál es su

IMC? ¿Cuál es su estado nutricional? 3. En una experiencia de laboratorio se quiere determinar la densidad de un

metal, para lo cual se tiene que la masa de dicho metal es de 89 g y su volumen de 10 cm3, ¿cuál es la densidad del metal y de qué metal se trata?

4. ¿En qué se basa el funcionamiento de un reloj atómico y qué características tiene?

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EVALUACIÓN DEL VEEDOR A OTRO EQUIPO DE TRABAJO

N°

NOMBRE DEL EQUIPO:________________________________

INTEGRANTES:

1. _______________________________________________

2. _______________________________________________

3. _______________________________________________

4. _______________________________________________

5. _______________________________________________

PUNTAJE

De 1 a 3 (de bajo a

mejor desempeñ

o en equipo)

1 Utilizan con eficiencia el tiempo destinado a cada actividad.

2 Intervienen activamente los miembros del equipo en el desarrollo de la sesión de aprendizaje.

3 Cada integrante toma nota y participa en los cálculos y respuestas solicitadas.

4 Dejan ordenado el espacio de trabajo.

5 Utilizan correctamente y con cuidado los materiales y equipos.

6 Dejan limpio los equipos.

7 Dejan limpio el espacio de trabajo.

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SESIÓN # 02

EL MOVIMIENTO MÁS SIMPLE DE LA NATURALEZA

CONTENIDO GENERAL




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IDENTIFICANDO ALGUNOS MATERIALES DE LABORATORIO


MATERIAL ALGUNAS ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

01 Tubo de Nikola graduado

Material de plástico con protección contra golpes de 1.10 m de largo como mínimo y de 25 mm de diámetro como mínimo. Escala en centímetros.

01 Cronómetro

Tubo de Nikola

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I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta y comprende el movimiento con velocidad constante y lo asocia a situaciones

de su entorno.

CAPACIDAD DE ÁREA CONOCIMIENTOS Aprendizaje esperado

INDICADORES

INSTRUMENTOS Y

MATERIALES

Analiza las

características del

movimiento a

velocidad constante

y sus elementos.

Analiza

experimentalmente

el movimiento a

velocidad

constante.

Relaciona la

posición y el tiempo

en el movimiento a

velocidad

constante.

Mide el tiempo

y el cambio de

posición de

una burbuja

en un tubo de

Nikola.

Determina la

velocidad de

una burbuja

en un tubo de

Nikola.

Identifica las

características del

movimiento a velocidad

constante.

Determina la velocidad

de una burbuja en un

tubo de Nikola.

Determina el tiempo y la

posición de una burbuja

en un tubo de Nikola.

Interpreta la pendiente

de la gráfica de la

posición versus el

tiempo.

Conoce las caracterís-

ticas cinemáticas de las

computadoras cuánticas.

Ficha de

aplicación

Ficha de lectura

Cronómetro,

tubo de Nikola.

Equipo

multimedia.


Valora la importancia de conocer la dirección y rapidez con la que se

mueve un móvil.

Colabora con sus compañeros y participa activamente en clase siendo

capaz de dialogar y debatir ideas con fundamento.

Ficha de meta

cognición y

Autoevaluación

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Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el

desarrollo de la sesión de aprendizaje.



RECURSOS Y/0

MATERIALES EDUCATIVOS

TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente presenta una figura del Sol donde se observa la propagación de las radiaciones electromagnéticas. Con la participación de los estudiantes opinan acerca de las características cinemáticas de dichas radiaciones y plantea la siguiente interrogante: ¿con qué rapidez se propagan las radiaciones electromagnéticas? (ANEXO N°1)


El docente forma equipos de 4 ó 5 participantes y le da un nombre a cada equipo. Les pide que elijan a su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. Luego, responden a la siguiente interrogante: ¿cómo consiguió Galileo inferir un movimiento a velocidad constante? ¿Bajo qué condiciones un cuerpo puede experimentar un movimiento a velocidad constante? (ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente hace uso del tubo de Nikola y plantea la siguiente cuestión: Para las distintas inclinaciones, ¿la velocidad de una burbuja en el tubo de Nikola es la misma? ¿Para qué ángulo es mayor? (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente entrega a los equipos el Anexo Nº 4 para ser trabajado con su acompañamiento.

Relacionan experimentalmente el cambio de posición y el tiempo.

Determinan la velocidad de la burbuja del tubo de Nikola. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO Se entrega a cada equipo la ficha del Anexo Nº 5; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de una relación de ejercicios, preguntas conceptuales y problemas propuestos a partir de la actividad experimental realizada. (ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y

Imagen del Sol Tiza y pizarra Tubo de Nikola. Tubo de Nikola Cronómetro Módulo impreso de trabajo Ficha de ejercicios y problemas propuestos.

10 min 10 min 10 min 30 min 20 min

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REALES. Se entrega la lectura referente a la rapidez de los procesadores cuánticos y se realiza una lectura en voz alta. (ANEXO N°6)


APRENDIDO Los estudiantes reciben una ficha de metacognición a fin de que reflexionen sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Al finalizar la sesión se evalúa los aprendizajes esperados

mediante una ficha. El veedor de cada equipo realiza una evaluación a los

demás equipos partir de una ficha. (ANEXO N°8)

Ficha de lectura Ficha de metacogni -ción.

Ficha de evaluación.

20 min 10 min 10 min


1. Serway, R. Jewett, J. (2 009). Física. México. Editorial CENGAGE Learning 2. Wilson, J. Buffa, A. Lou, B. (2009). Física General. México. Editorial

Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Hewitt. P. (2 008). Ciencias físicas II. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 5. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 6. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo I. 7. Investiguemos 10. (2007). Primera edición. Bogotá. Editorial Voluntad.

Sitios web revisados hasta junio del 2 012 5. www.fisica.uh.cu. 6. www.feiradeciencias.com.br. 7. http://www.cubaeduca.cu

26

ANEXO 0I


“EL MOVIMIENTO MÁS SIMPLE DE LA NATURALEZA”

ACTIVIDAD MOTIVADORA

Se muestra una fotografía del Sol, donde se observa

la propagación de las radiaciones electromagnéticas,

¿qué característica tiene la rapidez de las radiaciones

electromagnéticas cuando se propaga y llega a

nuestro planeta? Adicionalmente puede preguntar,

¿experimentalmente cómo podemos determinar la

distancia de la Tierra a la Luna?


El docente plantea la siguiente interrogante a los participantes: ¿cómo pudo Galileo inferir que un cuerpo podía experimentar una velocidad constante? ¿Qué condiciones debe cumplir un cuerpo en movimiento para experimentar un MRU?

27

ANEXO Nº 03

GENERACIÓN DEL CONFLICTO COGNITIVO

El docente, plantea la siguiente pregunta a los equipos organizados, ¿para las distintas inclinaciones del tubo de Nikola, la velocidad de la burbuja es la misma? Los estudiantes responden a la interrogante y el docente conjuntamente con los estudiantes verifican experimentalmente dicha interrogante.


A los equipos organizados se les hace entrega de los materiales de trabajo e inician la actividad experimental anotando los datos y resultados que se encuentran. Secuencia de actividad

1. Manipula el tubo de Nikola de tal forma que puedas observar el desplazamiento de la burbuja para distintas inclinaciones del tubo. Considera también la posición vertical.

2. Mide las velocidades de la burbuja cuando uno de los extremos del tubo es elevado 5 cm, 10 cm y 15 cm respectivamente. Para lograr buenas mediciones debe elaborar un plan que considere cómo se van a obtener los datos de distancia recorrida y tiempo. Se sugiere la siguiente tabla:

• Cuando es elevado 5 cm:

Posición (cm) Tiempo (s) Velocidad media

(cm/s)

90 cm – 110 cm t1 = v1= 70 cm – 110 cm t2 = v2 = 50 cm – 110 cm t3 = v3 = 30 cm – 110 cm t4 = v4 = 10 cm – 110 cm t5 = v5 =


Posición (cm) Tiempo (s) Velocidad media (cm/s) 90 cm – 110 cm t1 = v1= 70 cm – 110 cm t2 = v2 = 50 cm – 110 cm t3 = v3 = 30 cm – 110 cm t4 = v4 = 10 cm – 110 cm t5 = v5 =

TABLA 1. Cálculo de la velocidad a 5 cm


FIGURA 1.

Tubo de Nikola

28


Posición (cm) Tiempo (s) Velocidad media (cm/s) 90 cm – 110 cm t1 = v1 = (20) cm/s 70 cm – 110 cm t2 = v2 = 50 cm – 110 cm t3 = v3 = 30 cm – 110 cm t4 = v4 = 10 cm – 110 cm t5 = v5 =

3. En un papel milimetrado elabore las gráficas de los datos registrados de la

posición y el tiempo. Interprete dichas gráficas. 4. ¿Qué relación encuentra entre la posición y el tiempo transcurrido?

ANEXO 05 APLICACIÓN DE LO APRENDIDO

Los equipos organizados resuelven las siguientes preguntas: 1. Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes proposiciones

I. El movimiento mecánico no depende del cambio de posición de una partícula respecto a un sistema de referencia.

II. Para un pasajero de un auto que viaja a 100 km/h, el auto experimenta un movimiento mecánico.

III. El desplazamiento de una partícula es una cantidad vectorial y expresa el cambio de posición de la partícula.

2. Respecto al movimiento mecánico, justifique la veracidad o falsedad de las

siguientes proposiciones: I. Para describir el movimiento mecánico es necesario fijar un sistema de

referencia. II. El sistema de referencia es inercial si este se mueve a velocidad constante o

está en reposo. III. Desde el punto de vista de la mecánica, se define partícula a un cuerpo de

dimensión puntual. 3. Un MRU, se caracteriza por:

A) ser unidireccional. B) Tener una rapidez constante. C) Puede tener dos direcciones. D) No pepende de un sistema de referencia. E) Sólo se mueve en la dirección del eje X.

4. Una partícula se mueve a lo largo del eje X de manera que su posición en cualquier instante dado está dado por x=4t2+2, donde “x” se expresa en metros y “t” en segundos. Determine (a) velocidad promedio en el intervalo de tiempo entre 2 s y 6 s; (b) la velocidad instantánea.

5. Una partícula efectúa un movimiento de forma que pasa por las posiciones = (2,3) m y =(20,23) m en un tiempo de 4 s. Determine aproximadamente la magnitud de la velocidad media entre A y B.

6. Realice un mapa conceptual del tema tratado.


29


Con la ayuda del docente se reflexiona sobre la rapidez de los procesadores cuánticos. Los equipos plenamente organizados responden las siguientes interrogantes asociadas a la lectura: 1. ¿Según la lectura, por qué la física clásica empieza a perder validez? 2. Determine una relación entre la velocidad de una computadora actual y una

computadora cuántica. 3. ¿Qué significa un cubits? 4. ¿Explica acerca de los límites cuánticos?

Lectura

Los procesadores cuánticos

Ordenadores Clásicos

Un qubit es un bit que se encuentra en una superposición de estados, de forma que, entre comillas, "puede valer 1 y 0 a la vez”.

En 1947, aparece el transistor, un dispositivo electrónico que permitía regular y controlar el paso de la corriente eléctrica. Así, se inició el desarrollo de las actuales computadoras al permitir transmitir impulsos eléctricos, es decir, bits de información. En 1959, aparece el primer chip o circuito integrado, lo que redujo el tamaño de los ordenadores al minimizar el cableado. La cuarta generación de computadoras aparecería en 1971 con la fabricación del primer microprocesador, el Intel 4004, formado por miles de chips, constituyendo así el elemento central del cálculo y procesado de la información.

En la primera década del siglo XXI, las computadoras más potentes han alcanzado los 1,75 petaflops, es decir, las 1.750 millones de operaciones por segundo, siendo su crecimiento exponencial.

Sin embargo, la tecnología actual permite fabricar pistas conductoras de 0.18 micras, 500 veces más delgadas que un cabello humano. Las capas de aislante que las separan pueden tener un espesor de cuatro o cinco átomos. La meta es poder crear pistas conductoras de 0.10 micras, con lo que los transistores poseerían tan solo 100 átomos cada uno. Pero al producir dimensiones tan pequeñas, las leyes de la física comienzan a perder validez y es donde la física cuántica entra en acción.

Procesadores Cuánticos

Estas computadoras cuánticas utilizan para procesar la información partículas individuales (como átomos, moléculas de tamaño atómico o fotones) que pueden trabajar en dos estados cuánticos, constituyendo así el bit cuántico o cubit, con los que se forman la memoria y el procesador del ordenador. Los cubits interactúan unos con otros y pueden realizar ciertos tipos de cálculo avanzado con una velocidad exponencialmente mayor que los ordenadores actuales. Una computadora de este tipo podría ejecutar todos los cálculos posibles de una sola vez ya que la unidad de energía de un procesador cuántico es capaz de realizar 10 cuatrillones más de operaciones en un segundo que el más poderoso procesador de la actualidad. Por

30

ejemplo, la computadora cuántica sería capaz de descomponer en números primos códigos de seguridad de 400 dígitos en algunas horas. Operación que a una computadora actual le demandaría unos 15 mil millones de años.

En 2009, la empresa canadiense D-Wave Systems, conjuntamente con la NASA, desarrolló un ordenador cuántico de 128 cubits. Rainer contiene 128 dispositivos físicos (pequeños aros de metal niobidio) que a muy baja temperatura actúan como sistemas cuánticos con dos niveles (es decir, cubits) como consecuencia de la superconductividad.

Mediante el frío y un campo magnético variable, se logra la llamada «computación cuántica adiabática”. Puede ser programado mediante pulsos de radiofrecuencia y ser detectadas con instrumentos de resonancia magnética nuclear similares a los utilizados en hospitales y laboratorios químicos.

La potencia de Rainer es tal que si durante la ejecución de un algoritmo es capaz de entrelazar los 128 qubits (no ha sido demostrado por D-Wave Systems que se logre) entonces sería capaz de procesar o explorar “simultáneamente” 3x1038 estados diferentes del problema, casi el número de átomos que tiene la Tierra.

Límites Cuánticos

Sin embargo, los procesadores cuánticos también poseen un límite. Según científicos de la Universidad de Massachusetts en Boston, este crecimiento finalizará hacia el 2065, ya que el tamaño de los microprocesadores (cuanto más pequeño es su tamaño, mayor de velocidad de procesado) no podrá ser más pequeño. Para obtener la cifra de esos límites, utilizaron una ecuación que calcula el periodo más pequeño de tiempo en el que un procesador cuántico podría realizar la más básica de las funciones: ese lapso será el límite último de cualquier computadora posible.

Fuente: http://www.cienciapopular.com/

ANEXO Nº 07 REFLEXIONO SOBRE MIS APRENDIZAJES (METACOGNICIÓN)

APELLIDOS Y NOMBRES: ______________________________________________


1 Habilidad que desarrollé o mejoré mucho más durante esta sesión

¿Cómo?

2 Habilidad que desarrollé bien durante esta sesión ¿Cómo?

3 Habilidad que desarrollé regularmente durante esta sesión

¿Cómo?

4 Habilidad que no desarrollé como quisiera durante esta sesión

¿Por qué?

5 Señala dos acciones que debes seguir realizando para que este aprendizaje quede bien cimentado

31


Responda personalmente las siguientes preguntas. (Cada pregunta tendrá una calificación de 4 puntos). Apellidos y nombres: __________________________________________________

Preguntas

1. ¿Qué características tiene el MRU?

2. Según la experiencia, ¿qué relación existe entre el desplazamiento y el intervalo de tiempo transcurrido?

3. A partir de la experiencia, qué relación existe entre la velocidad de la burbuja y el ángulo de inclinación del tubo de Nikola.

4. ¿Qué información nos da la gráfica de la posición versus el tiempo? Interprete dicha gráfica.

5. Menciona dos características fundamentales de las computadoras cuánticas.

32

ANEXO Nº 08 EVALUACIÓN DEL VEEDOR A OTRO EQUIPO DE TRABAJO

N°

NOMBRE DEL EQUIPO: ________________________________

INTEGRANTES:

1. _________________________________________________

2. _________________________________________________

3. _________________________________________________

4. _________________________________________________

5. _________________________________________________

PUNTAJE

De 1 a 3 (de bajo a mejor

desempeño en equipo)

1 Concluyen la actividad según el tiempo establecido por el docente.

2 Intervienen activamente los miembros del equipo en el desarrollo de la sesión de aprendizaje

3 Tienen los datos registrados correctamente.

4 Dejan ordenado y limpio el espacio de trabajo


6 Cada miembro del equipo cumplió el rol asignado inicialmente.

33

SESIÓN # 03

CENTRO GEOMÉTRICO Y CENTRO DE GRAVEDAD

CONTENIDO GENERAL




34



Material Descripción.

Paralepípedo articulado Para el análisis del equilibrio por corrimiento del centro de gravedad, Tres placas de plástico, unidas por varillas de metal, marcado por una plomada montada en la parte central. De base 140 x160 mm, altura 260 mm como mínimo.

Cinta métrica, barra de madera o una regla de

pizarra.

Paralepípedo

35


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Comprende los conceptos de centro de masa y centro de gravedad.

Describe los fenómenos asociados con el centro de gravedad.

CAPACIDAD DE ÁREA

CONOCIMIENTO Aprendizaje esperado

INDICADORES


Compara el centro de gravedad y el centro geométrico en los cuerpos y situaciones cotidianas.

Centro de gravedad.

Centro geométrico.

Fuerza de la gravedad.

Reconoce el centro de gravedad y el centro geométrico.

Grafica la fuerza de gravedad.

Analiza la relación entre la base de un cuerpo, fuerza de reacción del piso y la fuerza de la gravedad.

Aplica el concepto de centro de gravedad a situaciones cotidianas.

Reflexiona acerca del centro de gravedad a partir de la lectura.

Imágenes

Sillas



Equipo multimedia.






36




TIEMPO

MOTIVACIÓN El Docente presenta diferentes imágenes asociadas al centro de gravedad y centro de masa. Los estudiantes describen lo observado. Luego, plantean otros fenómenos relacionados al tema. El docente registra las ideas comunes y participa en el diálogo. (ANEXO N°1)


El Docente plantea las siguientes interrogantes: ¿Es lo mismo decir centro de gravedad y centro

geométrico? ¿Por qué? ¿Qué entiende por gravedad? ¿Qué entiende por centro de masa?

Los estudiantes participan democráticamente y el docente refuerza y puntualiza los conceptos necesarios requeridos para esta sesión. (ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO

El docente invita a todos los estudiantes a mantenerse sentados y luego a pararse sin girar la espalda ni sus piernas. El docente plantea la pregunta, ¿por qué no se pueden parar? Los estudiantes emiten sus hipótesis y el docente registra en la pizarra a modo de lluvia de ideas. Conjuntamente con los estudiantes el docente explica el fenómeno.(ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El Docente con equipos organizados de no más de 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). El Docente entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con su acompañamiento. Los estudiantes:

Determinan el centro geométrico. Determinan el centro de gravedad Relacionan la fuerza de la gravedad con la

reacción del piso. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo.

Imágenes, ppt, multimedia, proyector. Tiza y pizarra Sillas y personas. Paralepípedo, regla. Diversos materiales (cuadernos, lapiceros, etc) Ficha de ejercicios y problemas.

10min 10 min 10 min 30 min 20 min

37

En la ficha se registra una serie de problemas propuestos asociados a situaciones al tema y relacionados con situaciones cotidianas. Los estudiantes trabajan en equipos con la ayuda del docente.

(ANEXO N°5).


REALES. Se entrega la lectura referente al problema de los “buses-camión” que están relacionados con la alteración del centro de gravedad. Los estudiantes trabajan en equipos y finalmente responde a las preguntas planteadas sobre la lectura. (ANEXO N°6)


APRENDIDO Se entrega una ficha de metacognición a los estudiantes a fin que reflexionen sobre lo aprendido en esta sesión.

(ANEXO N°7) EVALUACIÓN Al finalizar la sesión, los estudiantes responden las

preguntas presentadas en el anexo 8. El veedor de cada equipo evalúa a los demás equipos

el desempeño durante el desarrollo de esta actividad a partir de una ficha de evaluación.(ANEXO N°8)

Ficha de lectura

Ficha de metacognición


20 min 10 min

10 min



Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 5. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo I. 6. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo II. 7. Investiguemos 10. (2007). Primera edición. Bogotá. Editorial Voluntad.

Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. www.fisica.uh.cu. 2. www.feiradeciencias.com.br.

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ANEXO 1


“CENTRO GEOMÉTRICO Y CENTRO DE GRAVEDAD” ACTIVIDAD MOTIVANTE

1. El docente muestra distintas imágenes y/o videos de edificios inclinados,

mujeres embarazadas, el movimiento de una persona, el movimiento de

rotación de la tierra en torno a su eje, etc. Invita a los participantes a que

expliquen estos fenómenos relacionándolos con el tema y emitan su opinión.

Los estudiantes plantean otros fenómenos relacionados al tema.


El docente, en función a la opinión anterior de los participantes plantea las siguientes interrogantes:

1. ¿Es lo mismo decir centro de gravedad o centro geométrico? ¿Por qué? 2. ¿Qué entiende por gravedad? 3. ¿Qué entiende por centro de masa? El docente registra las opiniones e intercambio de puntos de vista de los estudiantes.

ANEXO Nº 03


1. El docente invita a los estudiantes a sentarse (como se muestra en la figura). Plantea la siguiente interrogante, antes de invitarlos a pararse, ¿podrán pararse sin girar la columna y la pierna? ¿Por qué?

2. Una vez que los estudiantes emiten sus opiniones o suposiciones, tratan de levantarse.

3. El docente se sienta en la silla y luego se levanta muy lentamente (primero girando la espalda y luego las piernas), camina en el aula e invita a los estudiantes a que describan detalladamente el desplazamiento desde que se levantó de la silla.

39


Los equipos organizados con un número de no más de 5 estudiantes y con el seguimiento del docente, realizan la siguiente secuencia de actividades.

1. Considere una barra (podría ser una regla de pizarra), encuentre el centro geométrico y el centro de gravedad utilizando los dedos de las manos.

2. Una vez ubicado el centro de gravedad, grafique la fuerza de la gravedad asociada a la regla. ¿En qué punto se ubica el centro geométrico? ¿En qué punto se ubica la fuerza de gravedad?

3. Manipule un paralepípedo articulado y describa la distribución de las fuerzas que actúan sobre él. ¿Qué relación existe entre la fuerza de gravedad, la

fuerza de reacción del piso y el área de la base del paralepípedo?

¿Esta relación redunda en la estabilidad del paralepípedo? Explique y fundamente.

4. ¿Qué consideraciones físicas se debe cumplir para que un edificio inclinado no se caiga?

ANEXO Nº 05 DETERMINANDO EL CENTRO DE GRAVEDAD DE CUALQUIER CUERPO

Con el fin de extender y aplicar los conceptos de esta sesión se plantea resolver las siguientes preguntas:

1. ¿Cómo podría determinar experimentalmente el centro de gravedad de las superficies triangulares, reglas, rectángulos o cualquier objeto sin forma definida?

2. Se requiere con ayuda de monedas de cobre, determinar el peso y la masa de la regla. ¿Cómo hacerlo?

3. Investigue, en términos generales, acerca del centro de gravedad entre varones y mujeres.

4. Se tiene un recipiente de forma rectangular lleno de agua en el cual está flotando un cuerpo. ¿Cómo, con ayuda tan solo de una regla, se podrá determinar la masa del cuerpo?

ANEXO Nº 06 TRANSFERIMOS NUESTROS CONOCIMIENTOS A TEMAS RELACIONADOS

Con ayuda del docente los estudiantes reflexionan sobre los accidentes causados por los buses camión. Para este fin los estudiantes deben hacer un resumen de la lectura y luego responder las siguientes preguntas.

1. ¿Qué implica alterar el centro de gravedad de un chasis de un camión? 2. ¿Qué significa que un bus camión no está en equilibrio? 3. ¿Por qué los buses-camión generalmente pierden el equilibrio en las curvas? 4. ¿Cómo se reconoce a un bus-camión?

FIGURA3. Paralelepípedo

40

Lectura

EL BUS CAMIÓN Y EL GRAVE RIESGO QUE REPRESENTA EN EL

TRANSPORTE DE PASAJEROS

El Bus Camión, es un ómnibus de pasajeros creado a partir del chasis de un camión que ha sido transformado en algún taller de Lima, Arequipa, u otras zonas, usando soldadura autógena y materiales sacados de otros camiones. El bastidor o estructura integral del camión se alarga hasta llegar a unos 14 metros. Una vez terminada la adaptación del chasis, se le monta una carrocería de bus nueva, por lo que, en su apariencia exterior, parecen nuevos.

Generalmente tienen piso y medio o dos pisos, y pueden llevar como mínimo a 60 personas En altas velocidades es más complicado maniobrar un bus camión, por lo que resulta más vulnerable a un accidente. El sistema de frenos de este vehículo es más brusco. El chasis rígido no le permite ser flexible y ampliado con un bastidor menos resistente que el original disminuye la resistencia del vehículo, por ello, ante un accidente la carrocería se quiebra.

Estos buses camiones tienen grandes deficiencias mecánicas y estructurales que los convierten en un peligro; su circulación y ensamblaje están prohibidos desde 1995.

El Ministerio de Transportes y Comunicaciones propició la formación de una comisión que estudiara el tema. La comisión especial, convocada por el MTC, en la que participaron expertos de la UNI, la Universidad Católica y el SENATI confirmó la peligrosidad de los buses ensamblados en chasis de camión.

Sus conclusiones fueron terminantes: los especialistas de la universidad Católica, de Ingeniería y del SENATI, confirmaron que la construcción de un ómnibus a partir de un chasis de camión representa un alto riesgo para la seguridad de transportistas y pasajeros.

Marcelo Aragón de (Aspec) señala que representan un grave riesgo para la vida de los pasajeros. El riesgo radica, dijo en que los camiones tienen el motor en el voladizo delantero y que al insertarse sobre el chasis una carrocería para el transporte de pasajeros, esta carga excesivo peso sobre los neumáticos del eje delantero, a veces más del doble del que resistirían.

Existen otros riesgos, pues la transformación afecta el chasis, que es alargado o, peor aun, fracturado para añadirle partes de otros. También se produce un desequilibrio del sistema de frenos en función del control de la dirección, ya que los camiones tienen frenos de poder, inadecuados para un vehículo que transporta pasajeros.

Para el Indecopi, los buses-camión no tienen un punto de equilibrio como sí lo poseen las unidades normales. Súmense nuestras difíciles carreteras y la deficiencia de estas

41

unidades mixtas para amortiguar impactos, y la ley contra la conversión de camiones adquiere pleno sentido en resguardo de la vida de los viajeros. Durante el año 2003 hubo 1.834 accidentes, 757 muertos y 4.520 heridos. El 21 febrero del 2004, se establecen disposiciones referidas a ómnibus ensamblados sobre chasis de vehículos de carga, habilitados para el servicio de transporte interprovincial de pasajeros.

Por su parte el Cidatt, en un reciente informe refiere que el incremento de los pasajeros muertos y heridos en accidentes del transporte interprovincial se debe a la presencia de los buses-camión; así como a la antigüedad de unidades que sobrepasan los 10 años.

Fuente: Diario El Comercio; Asociación Automotriz del Perú, CIDATT

ANEXO Nº 07


APELLIDOS Y NOMBRES: _____________________________________________


1 Identifico experimentalmente el centro de gravedad de un cuerpo.

2 Reconozco la diferencia entre el centro de gravedad y el centro geométrico para cuerpos homogéneos.

3 Reconozco la diferencia entre el centro de gravedad y el centro de masa.

4 Reconozco algunas aplicaciones relacionadas al centro de gravedad.

42


Apellidos y nombres:___________________________________________________ Reflexiona acerca del centro de gravedad a partir de la lectura.

1. En las siguientes figuras planas, ubique, aproximadamente, los puntos que indiquen el centro de gravedad.

2. Se muestra una barra de cobre y hierro, ¿aproximadamente, dónde se ubica su centro geométrico?

Hierro Cobre

3. Para los casos anteriores grafique el centro de gravedad de cada figura.

4. Mencione 3 situaciones cotidianas asociadas al centro de gravedad.

5. ¿Qué puedes concluir a partir de la lectura dada en esta sesión?

43


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: _______________________________________

INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE



1 Acabaron la actividad en el tiempo señalado por el docente.

2 Participaron activamente antes, durante y posteriormente a la actividad.

3 Dejan ordenado y limpio el espacio de trabajo.

4 Utilizaron correctamente y con cuidado los materiales y equipos.

5 Realizaron un trabajo interactivo en el cual todos aportaron al trabajo final.

44

SESIÓN # 04

CONOCIENDO LAS CARACTERÍSTICAS

FÍSICAS DE UN RESORTE

CONTENIDO GENERAL




45


Cada equipo de trabajo recibirá los siguientes materiales

MATERIAL DESCRIPCIÓN

Regla o una cinta métrica

03 resortes De distintas características físicas.

Juego de pesas

4 pesas ranuradas de 32 mm. de diámetro, de 50 g c/u,

Soporte universal De metal, base rectangular y varilla cilíndrica metálica.

Resortes

Soporte universal

Regla

Pesas

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I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Determina la constante de elasticidad de cada resorte

Determina la ley de Hooke

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Analiza las características físicas de los resortes en relación con la constante de rigidez.

Características físicas de los resortes

Constante de rigidez

Ley de Hooke

Observa las características físicas de los resortes: longitud, diámetro de las espiras, diámetro del alambre, calidad del alambre en los resortes presentados.

Interpreta correctamente el grado de rigidez de un resorte.

Determina el grado de rigidez de los resortes.

Aplica la Ley de Hooke para entender el funcionamiento del dinamómetro y de otros instrumentos tecnológicos como los amortiguadores.



Regla, resortes, pesas, soporte universal

Equipo multimedia y computadora.


Opina con propiedad y seguridad en sí mismo. Colabora con sus compañeros y participa activamente en clase,

siendo capaz de dialogar y debatir ideas con fundamento. Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el


47




RECURSOS Y/0


TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente describe distintos fenómenos asociados a la elasticidad de los cuerpos. Los estudiantes opinan y aportan cuando se les plantea las siguientes interrogantes: ¿qué relación existe entre la fuerza elástica y la deformación de un resorte? ¿Todos los cuerpos elásticos tendrán las mismas características elásticas? El docente recoge y resalta las ideas más importantes. (ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea la siguiente interrogante, ¿qué sabemos sobre la ley de Hooke?. La ley de Hooke, ¿se cumple para cualquier cuerpo elástico? Los estudiantes opinan de manera ordenada y democrática. El docente registra las ideas comunes en la pizarra haciendo un comentario pertinente. (ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente hace una presentación de tres sistemas (asociaciones de resortes) distintos y plantea la siguiente pregunta, ¿qué sistema experimentará mayor deformación si colocamos la misma masa? Los estudiantes plantean sus suposiciones con fundamento y emiten sus hipótesis. El docente registra las hipótesis y conjuntamente con los estudiantes reflexionan y resuelven el problema planteado. (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. La información será desarrollada con el docente plantea que los estudiantes:

Reconozcan las características físicas de un resorte. Relacionen la deformación del resorte con la fuerza

elástica. (la ley de Hooke) Interpreten la constante de elasticidad.

(ANEXO N°4)

Multimedia–PPT o simplemente la voz del docente Tiza y pizarra Resortes, masas, soporte universal. Soporte universal, juego de pesas y resortes, regla.

10 min 10 min 10 min 30 min

48

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de una relación de actividades y preguntas conceptuales que deben ser resueltos por los estudiantes. (ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y REALES. Se entrega la dirección electrónica (de la universidad de Colorado – EEUU) de un simulador asociado al tema. Los estudiantes exploran el simulador y responden las preguntas propuestas. Emiten un informe. (ANEXO N°6)

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO APRENDIDO

Se entrega a los estudiantes un ficha de metacognición a partir del cual reflexionan sobre lo aprendido. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega a los estudiantes una ficha de evaluación. Los

estudiantes responden ordenadamente y en silencio. El veedor de cada grupo evalúa el desempeño de los

demás equipos a partir de una ficha. (ANEXO N°8)

Dinamómetro, juego de pesas, resortes, regla Internet, laptop, multimedia.

Ficha de metacognición.

Ficha de evaluación






Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. www.fisica.uh.cu. 2. http://phet.colorado.edu/. 3. http://www.cienciapopular.com/.

49

ANEXO 0I


“CONOCIENDO LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UN RESORTE”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

1. Se muestra un conjunto de resortes y se pregunta, ¿qué relación existe entre la fuerza deformadora y la deformación de un resorte? ¿Todos los cuerpos elásticos tendrán las mismas características elásticas? Los estudiantes emiten su opinión.

ANEXO Nº 02

¿CUÁNTO CONOZCO DE LO SIGUIENTE? - (MIS SABERES PREVIOS)

1. El docente plantea la siguiente interrogante, ¿qué sabemos sobre la ley de Hooke? La ley de Hooke, ¿se cumple para cualquier cuerpo elástico? Los estudiantes participan de manera ordenada y democrática.

ANEXO Nº 03

GENERACIÓN DEL CONFLICTO COGNITIVO

El docente plantea la siguiente situación: se tienen tres sistemas (ver figura), ¿en qué sistema la deformación es mayor? Ordene de mayor a menor.

Figura 1

50

Los estudiantes plantean sus hipótesis con sus respectivas justificaciones. Inmediatamente después el docente con la ayuda de dos estudiantes y los materiales necesarios (soporte universal, resortes y una pesa de 50 g) realizan la actividad (los estudiantes observan) y emiten sus resultados a los estudiantes.


1. Describa las distintas aplicaciones de los resortes y en general de los cuerpos elásticos en las distintas áreas (construcción, transporte, etc.)

2. ¿De qué características

físicas depende la deformación de los resortes? Compare su hipótesis con los resultados después de la siguiente experiencia.

3. Arme el soporte universal, fije la regla de metal paralela al soporte y coloque el resorte con las bases del juego de pesas de 50 g. Espere hasta que la pesa se encuentre en equilibrio. (Ver figura 2)

4. En la regla registre la posición de la parte inferior del resorte como se muestra en la figura 2.

5. Coloque la primera, segunda, tercera y cuarta pesa midiendo la deformación de los resortes. Plantee una tabla para cada resorte donde relacione la deformación y la fuerza deformadora. Sugerimos las siguientes:

a. Resorte 01

Masa (g)

Fuerza elástica

(N)

Deformación

(cm)

Constante elástica (N/cm)

50 g 100 g 150 g 200 g

b. Resorte 02

Masa (g)

Fuerza elástica

(N)

Deformación

(cm)


50 g 100 g 150 g

51

200 g c. Resorte 03

Masa (g)

Fuerza elástica

(N)

Deformación

(cm)


50 g 3 cm 100 g 6 cm 150 g 6 cm 200 g 6 cm 250 g 4 cm

6. Construir una gráfica para cada resorte a partir de los datos registrados en las tablas anteriores.

ANEXO 05

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO

Los estudiantes organizados en equipos desarrollan las siguientes aplicaciones a fin de consolidar lo aprendido.

1. Determinar la constante de elasticidad de un dinamómetro cualquiera. 2. ¿Qué significa que un resorte tenga un coeficiente de elasticidad igual a 2 N/cm? 3. Si un resorte sobrepasa su máxima deformación, ¿seguirá siendo elástico? 4. ¿Cómo determinar con ayuda de un dinamómetro el coeficiente de rozamiento

entre una barra y un plano inclinado en que ésta se encuentra? La inclinación del plano es constante y no muy grande, así que sin aplicar fuerzas externas la barra no se desliza por el plano.

5. Se propone determinar el peso de un cuerpo con la ayuda de un resorte, un soporte universal, una regla y una pesa de masa conocida. ¿Cómo es posible hacerlo?


A partir de explorar un simulador (http://phet.colorado.edu/en/simulation/mass-spring-lab), los estudiantes responden las siguientes interrogantes:

1. Determine la constante elástica de cada resorte (puede utilizar las pesas de masas 50 g, 100 g o 250 g)

52

2. A partir de la pregunta anterior, ¿cómo se comportará el resorte cuando es llevado a la Luna, a Júpiter y en la Tierra?

3. ¿Cómo es el comportamiento de los cuerpos elásticos cuando la gravedad es nula?

4. Averigüe la magnitud de la gravedad de los 8 planetas y compare el comportamiento de los resortes en una tabla. Ordénelos de mayor a menor.

5. El movimiento molecular de los sólidos, tendrá alguna relación con esta sesión estudiada.




1 Conozco la ley de Hooke ¿Cómo?

2 Reconozco las características físicas de un resorte ¿Cómo?

3 Aplico lo aprendido a cualquier situación relacionada con la deformación de los resortes.

¿Cómo?

4 Utilizo correctamente el simulador libre de la universidad de colorado asociada a este tema.

¿Por qué?


Apellidos y nombres: __________________________________________________

1. Describa las características físicas de un resorte.

2. ¿Qué significa 50 N/cm?

3. Un resorte es estirado 20 cm mediante una fuerza cuya magnitud es de 10 N. ¿Cuál es la contante de rigidez del resorte?

4. Mencione tres aplicaciones de la ley de Hooke (distintas a las trabajadas en esta sesión)

53


N°


Nº INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE



1 Concluyen la actividad según el tiempo establecido.

2 Participan activamente los miembros del equipo en el desarrollo de la sesión de aprendizaje.

3 Cada integrante calcula y registra los datos de esta actividad.

4 Dejan limpios y ordenados los equipos.



54

SESIÓN # 05

LA MÁQUINA DE ATWOOD

CONTENIDO GENERAL




55

MATERIALES DE LABORATORIO


MATERIALES

DESCRIPCIÓN

01 juego de pesas

(3 pesas cada juego)

Hilo Nylon

Un rollo de hilo nylon.

01 Cinta métrica

01 Cronómetro

01 Soporte universal

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I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta la segunda ley de Newton.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Estudia las causas del cambio del movimiento mecánico.

Aplica correctamente la segunda ley de Newton.

Segunda ley de Newton.

Relaciona la aceleración con la fuerza resultante.

Grafica la relación entre la magnitud de la aceleración y la fuerza resultante.

Relaciona la magnitud de la aceleración y la masa.

Aplica la segunda ley de Newton cuando la masa es constante.

Interpreta la pendiente de la gráfica entre la magnitud de la aceleración y la fuerza resultante.

Resuelve problemas aplicando la segunda ley de Newton.

Reflexiona a partir de una lectura referida al rozamiento y el movimiento de los animales.



Cronómetro, cinta métrica, soporte universal, hilo nylon, juego de pesas.

Equipo multimedia.

57








RECURSOS Y/0


TIEMPO

MOTIVACIÓN El Docente muestra imágenes o un video de ascensores, de sistemas de poleas para levantar material de construcción, de sistemas mecánicos con poleas, etc. Los estudiantes describen el mecanismo de su funcionamiento y utilidad.

(ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente pregunta a los estudiantes acerca de la segunda ley de Newton. Los estudiantes participan democráticamente. Se puede plantear las siguientes interrogantes respecto a dicha ley: ¿quién causa el cambio de movimiento de los cuerpos? ¿qué efectos tiene una fuerza resultante sobre un cuerpo

cuando es distinta de cero? ¿puede variar la masa de los cuerpos con la velocidad? Si

es así, explique ¿por qué? (ANEXO N°2)


El docente entrega un texto acerca del razonamiento de Aristóteles sobre la caída de los cuerpos y la acción de las fuerza de la gravedad. Los estudiantes discuten si es correcto o no el razonamiento de Aristóteles y justifican ¿Por qué? (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le brinda un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente en el que los

PPT, laptop, multimedia.

Pizarra, tiza Ficha de lectura Módulo impreso de trabajo


58

estudiantes deben lograr los aprendizajes esperados que se muestran en el Anexo 1. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO Se entrega una ficha de ejercicios y problemas propuestos asociados a la segunda ley de Newton. Se sigue trabajando en equipos.

(ANEXO N°5).


REALES. Se entrega a cada equipo una la lectura referente. “El rozamiento y el movimiento de los animales”. A partir de dicho artículo los estudiantes responden las preguntas según el anexo 06

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO APRENDIDO Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido en base a las preguntas que se registran en una ficha de metacognición. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Antes de finalizar la sesión se entrega a los veedores una ficha de evaluación donde se evalúa objetivamente el desarrollo de la sesión. (ANEXO N°8)

Ficha de ejercicios y problemas

Ficha de lectura





1. Serway, R. Jewett, J. (2 009). Física. México. Editorial CENGAGE Learning. 2. Wilson, J. Buffa, A. Lou, B. (2009). Física General. México. Editorial

Pearson. 3. Hewitt. P. (2 008). Ciencias físicas II. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 5. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial


Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. www.fisica.uh.cu. 2. www.feiradeciencias.com.br. 3. http://phet.colorado.edu/.

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ANEXO Nº 01


“LA MÁQUINA DE ATWOOD”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

Se muestra la imagen de un ascensor, de sistema de poleas para levantar material de construcción, de sistemas mecánicos con poleas, etc. ¿Qué características tienen? ¿Cuál es el mecanismo de funcionamiento? ¿Qué otros fenómenos están asociados a las poleas?


El docente pregunta a los estudiantes para que definan la segunda ley de Newton. Los estudiantes participan democráticamente, se puede hacer las siguientes interrogantes respecto a dicha ley. Una vez definida correctamente la segunda ley de Newton, los estudiantes razonan sobre la implicancia de dicha ley en los distintos fenómenos de la naturaleza. ¿Es realmente una ley? ¿Se puede demostrar la segunda ley? ¿A partir de qué principio se originó esta ley? Adicionalmente se puede hacer las siguientes interrogantes

60

¿Quién causa el movimiento de los cuerpos? ¿Qué efectos tiene una fuerza resultante sobre un cuerpo cuando es distinta de

cero? ¿Puede variar la masa de los cuerpos con la velocidad? Si es así, explique ¿por

qué?

ANEXO Nº 03 GENERANDO EL CONFLICTO COGNITIVO

1. El docente plantea el siguiente texto denominado: “Tenía razón Aristóteles”

Al célebre científico griego Aristóteles, que vivió en el siglo IV antes de nuestra era (384-322), no en vano le llaman “el padre de la ciencia”. Su contribución al desarrollo de las ciencias sobre la naturaleza, incluida la física, es enorme. Sin embargo, no siempre los puntos de vistas y deducciones de Aristóteles coincidieron con los reconocidos actualmente. Examinemos como ejemplo uno de los razonamientos que a él le pertenecen. Una piedra cae con determinada velocidad bajo la acción de su

propia fuerza de la gravedad. Si se coloca sobre ella otra piedra igual, la que se encuentra arriba empujará a la de abajo y, como resultado, la velocidad de la abajo aumentará. ¿Es correcto el razonamiento de Aristóteles? ¿Por qué? Los estudiantes responden la pregunta planteada. El docente escribe en la pizarra las opiniones comunes.


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el desarrollo de la actividad el docente debe motivar y responder las dudas de cada equipo.

Secuencia de actividades

1. Prepare un arreglo experimental con el soporte universal como se muestra en la figura 1. La polea debe colocarse por lo menos a 1.5 m respecto de la superficie. ¿Se podrá encontrar la magnitud de la aceleración de la gravedad utilizando este arreglo?

2. Considere el soporte del juego de pesas (de igual masa) en cada extremo de la cuerda y provoque el movimiento de las pesas transfiriendo pesas pequeñas a una de ellas, mida el tiempo (t) que tarda el objeto en llegar al suelo. Se sugiere realizar 5 mediciones y registrar en la siguiente tabla.

FIGURA 1. Montaje de la máquina de Atwood

61

Tabla de resultados Masas iniciales

Altura que desciende (H) =

m1=

m2=

Tiempo (s)

Tiempo

promedio

Magnitud de la aceleración

(m/s2)

1

2

3

4

5

3. Realice una gráfica entre la fuerza resultante en función de la aceleración.

Interprete dicha gráfica. 4. ¿Por qué en este experimento no se toma en cuenta la masa de la polea? 5. ¿Qué suposiciones hizo para determinar la magnitud de la aceleración? 6. El resultado de la magnitud de la aceleración, ¿qué significa físicamente?

ANEXO Nº 05 El docente entrega una lista de problemas asociados al tema. Los equipos formados resuelven dichos problemas y cada coordinador muestra sus resultados.

1. Si un cuerpo de masa “m” resbala por un plano inclinado (con un ángulo " " con respecto a la horizontal) áspero a velocidad constante entonces el coeficiente de rozamiento cinético es: _____________________________

2. En el instante mostrado el sistema es soltado. Determina el tiempo que

transcurrirá para que el bloque A toque el piso (mA= 3 kg ; mB = 2 kg; g = 10 m/s2) 3. La figura muestra tres bloques juntos sobre una superficie horizontal lisa. Si se

aplica una fuerza horizontal de 50 N, determinar el valor de la reacción del bloque B sobre C (mB = mC= mA/3; g = 10 m/s2).

62

4. La gráfica nos muestra un coche moviéndose, si la esfera adquiere la posición que se muestra permaneciendo en reposo respecto a un observador en el coche, ¿cuál es la dirección de la aceleración del coche? (g = 10m/s2).

5. Dentro de un ascensor está suspendido un bloque de 5 kg. Si la cuerda puede soportar una carga de 200 N sin que se rompa. Determine el módulo de la aceleración máxima en (m/s2) que puede adquirir el ascensor.


El docente entrega una lectura a los estudiantes acerca de: “El rozamiento y el movimiento de los animales”. Los estudiantes responden las siguientes interrogantes asociadas a la lectura:

1. Durante el movimiento de una persona, ¿qué papel cumple la fuerza de rozamiento?

2. Durante el movimiento de una persona, ¿qué papel cumple la fuerza interna? 3. ¿Qué papel cumple el rozamiento en el desplazamiento de una locomotora o

de un ser vivo? 4. ¿Qué sucederá si no existiera rozamiento? Plantee diversos fenómenos

vivenciales asociados al rozamiento.

LECTURA El rozamiento y el movimiento de los animales

¿Qué papel desempeña el rozamiento en el proceso de movimiento de los seres vivos? Examinemos un ejemplo concreto, a saber, la marcha de la persona. Se suele creer que durante la marcha la fuerza motriz es el rozamiento, la única fuerza externa que de hecho interviene en este proceso. En algunos libros de divulgación científica aun se encuentra semejante criterio que, lejos de esclarecer el asunto, lo embrolla más. ¿Sería capaz el rozamiento provocar movimiento si no puede sino retardarlo? En lo que se refiere al papel que el rozamiento desempeña en el andar de los hombres y los animales, se debe tener en cuenta lo siguiente. Al caminar, deberá ocurrir lo mismo que durante el movimiento de un ingenio: el hombre puede mover un pie hacia adelante sólo a condición de que el resto de su cuerpo retroceda un poco. Este efecto se observa muy bien cuando se camina por un terreno resbaladizo. Más, de haber un rozamiento suficientemente considerable, el cuerpo no retrocede, y su centro de masas se desplaza hacia adelante: de esa manera se da un paso.

63

Pero, ¿merced a qué fuerza el centro de masas del cuerpo humano se desplaza hacia adelante? Esta fuerza se debe a la contracción de los músculos, es decir, es una fuerza interna. En tal caso la función del rozamiento consiste únicamente en equilibrar una de las dos fuerzas internas iguales que surgen durante la marcha, dando, de esa manera, prioridad a la otra. Durante el desplazamiento de los seres vivos, así como durante el movimiento de una locomotora, la función del rozamiento es idéntica. Todos estos cuerpos realizan movimiento progresivo no gracias a la acción del rozamiento, sino merced a una de las dos fuerzas internas que prevalece a expensas de él.

Fuente: http://www.librosmaravillosos.com

ANEXO Nº 07


APELLIDOS Y NOMBRES: ___________________________________________


1 Habilidad que desarrollé o mejoré mucho más durante esta sesión

¿Cómo?

2 Habilidad que desarrollé bien durante esta sesión ¿Cómo?

3 Habilidad que desarrollé regularmente durante esta sesión

¿Cómo?

4 Habilidad que No desarrollé como quisiera durante esta sesión

¿Por qué?

5 Señala dos acciones que debes seguir realizando para que este aprendizaje quede bien cimentado


Apellidos y nombres: __________________________________________________ 1. A partir de la segunda ley de Newton, ¿qué relación

existe entre la fuerza resultante y la aceleración?

2. A partir de la pregunta anterior, grafique la relación entre la magnitud de la aceleración y la fuerza resultante. ¿Qué nos indica la pendiente entre dichas magnitudes?

3. ¿Qué relación existe entre la aceleración y la masa de un cuerpo?

4. Un bloque de 10kg se encuentra afectado a las fuerzas que se indican.¿Qué módulo tiene la aceleración

64

que presenta el bloque?.

5. Dos bloques m1 y m2 de masas m1=4 kg y m2=6 kg están unidas por una cuerda y se mueven horizontalmente sobre un plano horizontal liso. Si el módulo de la fuerza de tensión es de 8 N ¿Qué módulo tiene la fuerza F?

6. ¿Por qué es importante conocer el rozamiento sobre los seres vivos?


N°


Nº INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE





Propician la discusión entorno a los resultados de la actividad y/o conceptos.



65

SESIÓN # 06

PÉNDULO SIMPLE

CONTENIDO GENERAL




66



MATERIALES DESCRIPCIÓN

Hilo de Naylon De plástico, de 250 ml de capacidad.

01 esfera Una esfera de madera o metal que se utilizarán en el péndulo.

01 Soporte universal

01 cronómetro

01 cinta métrica

Esfera para péndulo

simple

67


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta con los elementos del péndulo (amplitud, masa, longitud) y la influencia de la gravedad en su funcionamiento.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES

INSTRUMENTOS Y

MATERIALES

- Analiza el movimiento oscilatorio estableciendo relaciones entre los elementos del péndulo.

- Movimiento oscilatorio.

- Elementos del péndulo: amplitud, masa y longitud.

- Influencia de la gravedad en el péndulo.

- Analiza las características del movimiento oscilatorio de un péndulo simple.

- Relaciona el periodo y la amplitud a partir del movimiento de un péndulo simple.

- Relaciona el periodo y la longitud a partir del movimiento de un péndulo simple.

- Relaciona el periodo y la masa a partir del movimiento de un péndulo simple.

- Describe las causas-consecuencias en las diferentes situaciones que se somete al péndulo en el simulador virtual.

- Guía de laboratorio.

- Lista de cotejo de trabajo virtual.

- Ficha de trabajo.

- Hilo de Naylon, Juego de masas esféricas, Soporte universal, Cronómetro, Cinta métrica, Equipo multimedia.




Lista de cotejo de actitudes.

Autoevaluación

68




TIEMPO

MOTIVACIÓN El Docente presenta imágenes o videos que muestran el reloj de péndulo, las plomadas, del péndulo de Foucault, etc. Los estudiantes participan describiendo dichos materiales. El docente pregunta a los estudiantes a que describan otros materiales o equipos que tengan las mismas características físicas y se conozcan sus utilidades. El docente lee los aprendizajes que se espera alcanzar en esta sesión. (ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente realiza la siguiente pregunta a todos los estudiantes: ¿qué es el periodo?, ¿qué es la frecuencia? ¿qué características físicas debe tener un péndulo simple? ¿qué magnitudes físicas están asociadas al movimiento de

un péndulo simple? (ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente plantea una situación real donde se puede determinar la magnitud de la aceleración de la gravedad midiendo el tiempo de oscilación de un péndulo a través de visionar un video que muestra las imágenes cuando el hombre llegó a la Luna. Los estudiantes emiten sus hipótesis. (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente. o Determinan experimentalmente la relación entre:

El periodo y la amplitud. El periodo y la masa. El periodo y la longitud.

(ANEXO N°4) APLICACIÓN DE LO APRENDIDO.

Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de una actividad para determinar experimentalmente la aceleración de la gravedad del lugar

Imágenes, proyector, multimedia, laptop, internet.

Tiza y pizarra

Imágenes, proyector, multimedia, laptop, video, internet.

Módulo de trabajo.

Módulo de trabajo.


69

donde se realiza la experiencia. (ANEXO N°5).


REALES. El docente entrega una simulación (Péndulo) de la universidad de Colorado, donde se recrea el movimiento de un péndulo compuesto y simple. Los estudiantes exploran dicha simulación y responden a las preguntas planteadas en el (ANEXO N°6)


Se entrega a los estudiantes una ficha de metacognición a partir del cual reflexionan sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Al finalizar la sesión los estudiantes realizan una autoevaluación. Se hace entrega una lista de preguntas que son calificadas del 1 al 3. (ANEXO N°8)

Internet, laptop, proyecto multimedia, simulador phet.



20 min 5 min 15 min




Lumbreras. Tomo I.


70

ANEXO 01


“PÉNDULO SIMPLE” ACTIVIDAD MOTIVADORA

El Docente presenta imágenes o videos que muestra una plomada, reloj de péndulo, del péndulo de Foucault, etc. Los estudiantes participan describiendo la utilidad y los beneficios que presentan dichos materiales. El docente pregunta a los estudiantes a que describan otros materiales que tengan las mismas características físicas y que describan sus utilidades.

ANEXO Nº 02


El docente realiza las siguientes preguntas a todos los estudiantes: ¿Qué es el periodo? ¿Qué es la frecuencia? ¿Qué características físicas debe tener un péndulo simple? ¿Qué magnitudes físicas están asociadas al movimiento de un péndulo simple?

Los estudiantes participan y emiten sus opiniones democráticamente. El docente registra en la pizarra dichas opiniones.


1. Mediante una presentación en Power Point, el docente plantea la siguiente situación: Cuando el hombre llegó a la Luna, un curioso profesor de física miraba atentamente dicho acontecimiento a través de la televisión. Con un cronómetro en la mano pudo medir el tiempo que oscilaba un objeto de 1 m cerca a la nave

71

espacial, de pronto lanzó un grito diciendo ¡Conozco la gravedad de la Luna! ¿Cómo lo hizo? Los estudiantes plantean su hipótesis. Al final el docente y los estudiantes resuelven dicha situación.


Con el acompañamiento del docente los estudiantes forman equipos de no más de 5 estudiantes para realizar la siguiente secuencia de actividades sugeridas.

Secuencia de actividad

1. Con un soporte universal sujeta un péndulo de 1 m de altura (ver figura 1)

2. Platee una hipótesis de la siguiente pregunta:¿el periodo de oscilación depende de la amplitud del péndulo?

3. Desplace la esfera cierta distancia de la vertical (amplitud) y mida el periodo con un cronómetro. Realice varias mediciones del periodo para distintas amplitudes. Se sugiere registre estas medidas en la tabla 01.

Tabla 01

T(s) A(cm)

Constantes L y m

FIGURA1. Montaje del péndulo

72

4. Realice una gráfica entre la amplitud (variable independiente) y el periodo

(variable dependiente). Interprete los resultados. 5. Compare su hipótesis con los resultados obtenidos. ¿El periodo depende de la

amplitud? Concluya. 6. ¿Depende el periodo (T) de la masa (m)? Formule una hipótesis. 7. Manteniendo constante la amplitud y longitud del péndulo, lleve a oscilar el

péndulo respecto de la vertical y mida el periodo para distintos valores de la masa del péndulo. Registre los datos obtenidos en la Tabla 02.

8. A partir de los resultados, ¿el periodo depende de la masa? Compare con su hipótesis. Realice una gráfica del periodo (variable dependiente) y la masa (variable dependiente). Interprete dicha gráfica.

9. ¿Depende el periodo (T) de la longitud del péndulo (L)? Formule una hipótesis. 10. Manteniendo constante la masa y la amplitud, lleve a oscilar el péndulo respecto a

la posición vertical y determine el periodo para distintas longitudes (L). Registre los datos en la tabla 3.

Tabla 2

T(s) m(g)

Constantes A y L

73

11. A partir de los resultados, ¿el periodo depende de la longitud del péndulo? Compare con su hipótesis. Realice una gráfica del periodo (variable dependiente) y la longitud del péndulo (variable dependiente). Interprete dicha gráfica.


A fin de aplicar los resultados anteriores, el docente plantea una actividad para medir la gravedad de su localidad, utilizando la siguiente ecuación:

Donde:

T: periodo (Hz). L: Longitud del péndulo (m). g: aceleración de la gravedad (m/s2).

A partir del resultado obtenido (gravedad de su localidad) anteriormente, ¿qué justificación encuentra si sus resultados no coinciden con el valor teórico?

Tabla 3

Longitud (m) T (s)

Constantes m, A

74


Los estudiantes siguen trabajando en equipo y el docente presenta la simulación del sitio web (http://phet.colorado.edu/en/simulation/pendulum-labcada equipo de trabajo responde las siguientes interrogantes:

1. Para una longitud y una masa determinada, mida el periodo de oscilación. 2. Cambie la masa y mantenga constante la longitud anterior y vuelva a medir el

periodo. 3. Observe y describa la dirección de la velocidad y la aceleración de la esfera del

péndulo. 4. Observe y describa el movimiento de un péndulo real (cuando actúa la fricción). 5. Observe y describa el movimiento de un péndulo en la Luna, la Tierra, Júpiter y en

general en cualquier planeta X.

75

ANEXO Nº 07


APELLIDOS Y NOMBRES: ______________________________________

ANEXO Nº 08

EVALUACIÓN Apellidos y nombres: __________________________________________________

Responda personalmente las siguientes interrogantes asociadas a la presente sesión: 1. ¿por qué el movimiento de un péndulo simple es oscilatorio y periódico? Explique

brevemente. 2. a partir de la actividad experimental, ¿qué relación existe entre el periodo y la

amplitud? 3. a partir de la actividad experimental, ¿qué relación existe entre el periodo y la

longitud? 4. a partir de la actividad experimental, ¿qué relación existe entre el periodo y la

masa? 5. cómo influye la gravedad en el movimiento de un péndulo simple.

¿Qué conozco del tema?

¿Qué puedo afirmar sobre el logro de la

capacidad planteada al inicio de clase?

¿Qué estrategias he usado para lograr la capacidad?, ¿qué

dificultades he encontrado? ¿Cómo las he resuelto?

¿Dedico suficiente atención y concentración

a lo que hago? ¿Cómo puedo concentrarme más?

76


N°


Nº INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE





3 Propician la discusión entorno a los resultados de la actividad y/o conceptos.



77

SESIÓN # 07

FORMAS Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

CONTENIDO GENERAL




78




Esfera

Esfera de metal, plástico o plastilina

Plano inclinado

Para estudio de cinemática, dinámica, trabajo y energía. De aluminio, largo mínimo 1.00 m, ancho mínimo 0.08 m, transportador de aluminio con escala en color negro, con ángulo de inclinación variable de 15º a 45º, pista con inclinación ajustable, con ranura, regla y puntero angular. (01 por grupo)

Cronómetro

Cinta métrica

Plano inclinado

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I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta con los tipos de energía mecánica y aplica a situaciones hipotéticas dando solución a los problemas.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


- Realiza mediciones de los tipos de energía mecánica y resuelve situaciones problemáticas.

- Energía: definición. Tipos de energía: energía mecánica.

- Conservación de la energía. Importancia.

- Reconoce las formas de energía mecánica

- Conoce las condiciones para establecer la ley de la conservación de la energía.

- Analiza el rol de la energía en el desarrollo de producción y desarrollo humano.

- Resuelve problemas asociados a la energía y su conservación.

- Reflexiona a partir de una lectura referida a la energía.

Ficha de trabajo

Guía de laboratorio.

Balanza, cronómetro, cinta métrica, probeta.

Equipo multimedia y computadora.





Respeta las opiniones diversas de sus compañeros.

Lista de cotejo.

Autoevaluación

80




TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente plantea la siguiente interrogante a los estudiantes: ¿Qué importancia tiene la energía en la sociedad actual? ¿Cuál es el rol que cumple en el proceso de producción? Los estudiantes responden a las interrogantes planteadas y se intercambian opiniones con la participación del docente. (ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea interrogantes a los estudiantes acerca de las formas de la energía que se “almacena” nuestra localidad y nuestro país. Asimismo realiza las siguientes preguntas: ¿Qué es la energía? ¿Cómo se genera la energía?

(ANEXO N°2)


El docente realiza la siguiente actividad: sujeta un cuerpo sólido con nuestra mano y a cierta altura, pregunta a los estudiantes, ¿qué energía tiene? Los estudiantes contestan. Ahora suelte el cuerpo y cuando el cuerpo esta en reposo en el suelo, preguntamos: ¿qué energía tiene? Los estudiantes responden. El docente plantea las siguientes interrogantes: ¿qué paso con la energía inicial? ¿Se esta violando la ley de la conservación de la energía? Los estudiantes emiten sus suposiciones que son registradas en la pizarra por el docente. Seguidamente el docente con la participación de los estudiantes resuelven la situación planteada.

(ANEXO N°3) PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente en el que los estudiantes deben lograr los aprendizajes

Tiza y pizarra

Tiza y pizarra

Cuerpo sólido.

Módulo de trabajo experimental.


81

esperados que se muestran en el Anexo 1. (ANEXO N°4) APLICACIÓN DE LO APRENDIDO.

Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará y atiende el trabajo de cada equipo. Los estudiantes resuelven diversos problemas asociados a la energía mecánica y su conservación.

(ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES

NUEVAS Y REALES. Se entrega a los estudiantes una la lectura referente. “Energía sostenible para todos”. A partir de dicho artículo los estudiantes responden las preguntas. (ANEXO N°6) METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO

APRENDIDO Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido a partir de una ficha de metacognición.

(ANEXO N°7) EVALUACIÓN

Al finalizar la sesión se evalúa mediante una ficha de evaluación y el veedor de cada equipo verifica (mediante una ficha) el desempeño de los demás grupos en el desarrollo de esta sesión de aprendizaje.

(ANEXO N°8)

Ficha de ejercicios y problemas.

Ficha de lectura.








Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. www.fisica.uh.cu. 2. www.feiradeciencias.com.br. 3. http://phet.colorado.edu/. 4. http://www.cubaeduca.cu

82

ANEXO Nº 01


“FORMAS Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

El docente presenta una serie de imágenes asociadas a las formas de energía Se plantea la siguiente interrogante a los estudiantes: ¿Qué importancia tiene la energía en la sociedad actual? ¿Cuál es el rol que cumple en el proceso de producción la energía? Los estudiantes responden a las interrogantes planteadas. El docente con la ayuda de un PPT, presenta imágenes de distintas fenómenos asociados al tema.


A fin de recordar los conocimientos necesarios para desarrollar la presente sesión el docente plantea las siguientes preguntas: ¿Qué es la energía? ¿Cómo se genera la energía? ¿Qué formas de energía se “almacena” en nuestra localidad y nuestro país”? ¿Qué impacto tiene la energía para el desarrollo del país?


El docente plantea la siguiente situación: tenemos una franela sujetada a nuestra mano y a cierta altura, interrogamos a los estudiantes, ¿qué energía tiene? Ahora soltamos el cuerpo y cuando el cuerpo esta en reposo en el suelo, preguntamos: ¿qué energía tiene? ¿Qué pasó con la energía inicial? ¿Se está violando la ley de la conservación de la energía? Los estudiantes emiten sus suposiciones que son registradas en la pizarra por el docente.

83

Inicialmente la franela tiene energía potencial gravitatoria y luego tiene energía interna. En esta situación se extiende el concepto de la energía mecánica a la energía interna y se explica de manera general la ley de la conservación de la energía.




1. Ubique una de las esferitas en la parte más alta de una superficie inclinada (punto A), como se muestra en la figura 1, y desde el reposo déjela libre. Mida la distancia recorrida por la esferita y el tiempo que demora en recorrerla.

2. Describa el movimiento que experimenta la esferita mientras se desplaza por el plano inclinado.

3. Registre los datos consignados en la siguiente tabla sugerida.

Nº

h (m)

m (kg)

d (m)

t (s)

a (m/s2)

vf=at

EA

EB

Energía disipada

1 1 0,5 2

2

3

4

4. Compare la magnitud de aceleración para cada esferita. Justifique teóricamente este resultado.

5. Compare la energía EA (energía en el punto A) y EB (energía en el punto B) ¿Existe alguna relación? Explique.

FIGURA 1.

Montaje

TABLA 1. Resultados

84

6. ¿Cuál es la diferencia entre la energía EA y EB? ¿Qué relación existe con la energía disipada?

7. En la experiencia, determine la cantidad de trabajo mecánico realizado por la fuerza de la gravedad durante su caída.

8. ¿Cuál es la cantidad de trabajo mecánico realizado por la fuerza de rozamiento?

9. ¿Qué consideraciones debería incluir para que se conserve la energía mecánica?


El docente entrega una lista de problemas asociados al tema. Los equipos formados resuelven dichos problemas y cada coordinador muestra sus resultados.

1. Se muestran cuatro bloques de igual masa. Si se aplica una fuerza cuyo módulo es F a cada caso, ¿En qué caso (s) la cantidad de trabajo es mayor? (considere la superficie lisa).

I (II) (III) (IV)

2. Un bloque de masa “m” se encuentra sobre una plataforma rugosa en movimiento, justifique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: (considere para todas las proposiciones un sistema de referencia externo a la plataforma). I. La cantidad de trabajo de la fuerza de

rozamiento sobre el bloque es nulo. II. La cantidad de trabajo de la fuerza de

rozamiento sobre el bloque es positivo. III. La cantidad de trabajo de la fuerza de

rozamiento sobre el bloque es negativo.

3. Un estudiante lanza un bloque de manera que éste se desliza sobre el suelo con velocidad constante como se muestra en la figura. Si la fuerza de rozamiento entre el objeto y el suelo es de 20 N ¿Qué cantidad de trabajo realiza el estudiante para llevar el bloque a una distancia de 10 m?

4. Una esferita de 2 kg es lanzado desde una altura de 10 m, determine la cantidad de trabajo desarrollado por la fuerza de la gravedad. (Considere g=10 m/s2)

F F

F

F

85

5. Una persona jala mediante una cuerda, un cajón de 20 kg haciendo que éste deslice con rapidez constante. Determine cuánto trabajo realiza dicha persona en un tramo de 5 m. (µk = 0,5; g = 10 m/s2).


El docente entrega una lectura acerca de la Resolución de las Naciones Unidas sobre “El año internacional de la energía sostenible para todos”. Cada equipo de trabajo responde a las siguientes interrogantes: 1. ¿Qué papel debe cumplir el maestro frente al escaso desarrollo de fuentes de

energía? 2. ¿Qué proyecto generaría usted en su institución a fin de ahorrar energía y

disminuir la contaminación del ambiente? 3. Realice un resumen de la lectura y discuta la importancia e impacto en nuestro

país y localidad.

LECTURA

Resolución aprobada por la Asamblea General [sobre la base del informe de la Segunda Comisión (A/65/436 y Corr.1)]

65/151. Año Internacional de la Energía Sostenible para Todos

La Asamblea General,

Preocupada porque, en los países en desarrollo, más de tres mil millones de personas dependen de la biomasa tradicional para cocinar y como fuente de calefacción, porque mil quinientos millones de personas carecen de electricidad y porque millones de pobres no pueden pagar estos servicios energéticos modernos, incluso si están disponibles, reconociendo que el acceso a servicios energéticos modernos y asequibles en los países en desarrollo es esencial para lograr los objetivos de desarrollo convenidos internacionalmente, incluidos los

86

Objetivos de Desarrollo del Milenio, y el desarrollo sostenible, lo cual ayudaría a reducir la pobreza y a mejorar las condiciones y el nivel de vida de la mayoría de la población mundial, poniendo de relieve la importancia de invertir en el acceso a opciones de tecnología energética menos contaminante y en un futuro con capacidad de adaptación al cambio climático para todos, así como la necesidad de mejorar el acceso a recursos y servicios energéticos para el desarrollo sostenible que sean fiables, de costo razonable, económicamente viables, socialmente aceptables y ecológicamente racionales, y tomando en consideración la diversidad de las situaciones, las políticas nacionales y las necesidades específicas de los países, en particular los países en desarrollo,

Poniendo de relieve también la necesidad de adoptar más medidas para estimular la aportación de recursos financieros suficientes, de buena calidad y que lleguen en el momento oportuno,Reafirmando el apoyo a la aplicación de políticas y estrategias nacionales que combinen, cuando corresponda, un mayor uso de fuentes de energía nuevas y renovables y tecnologías de bajas emisiones, un uso más eficiente de la energía, un mayor uso de tecnologías avanzadas, incluidas tecnologías menos contaminantes para el aprovechamiento de los combustibles fósiles, y el uso sostenible de recursos energéticos tradicionales, así como a un mayor acceso a servicios energéticos modernos, fiables, asequibles y sostenibles y a una mayor capacidad nacional para atender a la creciente demanda de energía, cuando corresponda, con el apoyo de la cooperación internacional en este ámbito y la promoción del desarrollo y la difusión de tecnologías energéticas adecuadas, asequibles y sostenibles y la transferencia de esas tecnologías en condiciones mutuamente convenidas a los países en desarrollo y los países de economía en transición,

1. Decide proclamar el año 2012 Año Internacional de la Energía Sostenible para Todos;

2. Observa los esfuerzos desplegados por el sistema de las Naciones Unidas por asegurar el acceso a la energía para todos y proteger el medio ambiente mediante el uso sostenible de recursos energéticos tradicionales, tecnologías menos contaminantes y fuentes de energía más nuevas

3. Solicita al Secretario General que, en consulta con los organismos competentes del sistema de las Naciones Unidas y ONU-Energía, y teniendo presentes las disposiciones de la resolución 1980/67 del Consejo Económico y Social, organice y coordine las actividades que se vayan a realizar durante el Año Internacional;

4. Alienta a todos los Estados Miembros, al sistema de las Naciones Unidas y a todos los demás agentes a que aprovechen el Año Internacional para concienciar sobre la importancia de abordar los problemas energéticos, en particular los servicios energéticos modernos para todos, el acceso a servicios de energía asequibles, la eficiencia energética y la sostenibilidad de las fuentes y del uso de la energía, con el fin de alcanzar los objetivos de desarrollo convenidos internacionalmente, incluidos los Objetivos de Desarrollo del Milenio, y asegurar el desarrollo sostenible y la protección del clima mundial, y para promover medidas a nivel local, nacional, regional e internacional;

5. Solicita al Secretario General que en su sexagésimo séptimo período de sesiones le presente un informe sobre la aplicación de la presente resolución, teniendo en cuenta, entre otras cosas, las iniciativas adoptadas por los Estados Miembros y las organizaciones internacionales para crear a todos los niveles un entorno propicio para la promoción del acceso a la energía y los servicios energéticos y el uso de tecnologías energéticas nuevas y renovables, incluidas medidas para mejorar el acceso a esas tecnologías.

69ª sesión plenaria 20 de diciembre de 2010

87


APELLIDOS Y NOMBRES: ___________________________________________ N° Completa

1 ¿Logré trabajar con la capacidad planteada al inicio de clase?

2 ¿Qué fue lo más sencillo del tema de hoy? ¿Qué habilidad utilice?

3 ¿Qué habilidad me ayudó a entender mejor el tema de hoy?

4 ¿Qué es lo que me ha parecido más complicado de aprender? ¿Por qué?

5 ¿Qué habilidad debería seguir reforzando en casa? ¿Qué actividades me ayudarán a mantener las capacidades desarrolladas hoy?


Apellidos y nombres: __________________________________________________ Responda personalmente las siguientes preguntas:

N° Pregunta Respondo con honestidad

1

Se muestra un juego mecánico, si usted se da un paseo dentro de él, qué forma de energía estará asociado a usted para una persona que se encuentra en el piso observándolo.

2 ¿Qué condiciones debe cumplir un cuerpo o sistema para conservar su energía mecánica?

3 Explique porqué la energía constituye el recursos más importantes para la humanidad.

4 Proponga un problema donde se conserve la energía mecánica.

5 Teniendo como base la lectura de esta sesión puede proponer, con sus propias palabras, el concepto de la energía y trabajo mecánico.

88


N°


Nº INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE



1 Concluyeron la sesión en el tiempo establecido.

2 Interactúan con los miembros de equipo y unifican criterios para llegar a acuerdos.

3 Propician la discusión entorno a los resultados de la actividad y/o conceptos relacionados en esa sesión.



89

SESIÓN # 08

PROPAGACIÓN DE UNA ONDA MECÁNICA

CONTENIDO GENERAL




90




(01) resorte Resorte para estudio de ondas

(01) regla Regla de 30 cm - 60 cm

(01) cronómetro

Resorte para el estudio de ondas

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I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta con las ondas mecánicas, infiere su importancia por su aplicación en la vida diaria.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Infiere la relación longitud de onda-frecuencia y la importancia de las ondas mecánicas.

Ondas mecánicas.

Relación de la longitud de onda y frecuencia.

Utilidad de las ondas mecánicas. El sonido.

Conoce las características y propiedades de las ondas mecánicas.

Reconoce las ondas longitudinales y transversales.

Analiza la forma de propagación de una onda mecánica según el medio.

Determina la frecuencia, longitud de onda y la rapidez de una onda mecánica.

Guía de laboratorio.

Lista de cotejo del trabajo virtual.

Lista de cotejo de la ficha de lectura.

01 resorte, una regla, cronómetro, equipo multimedia.






92




TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente invita a los estudiantes a describir los terremotos que son eventos naturales que periódicamente se presentan en algunos puntos de nuestro país. Puede preguntar: ¿cómo se propaga un terremoto? ¿Con qué rapidez, aproximadamente, lo hace? ¿Qué efectos produce cuando se propaga? ¿Podemos predecir un terremoto?

Para este fin el docente puede presenta un video referido al terremoto ocurrido en nuestro país. http://www.youtube.com/watch?v=VEygnVxncj4&feature=related

Los estudiantes responden e intercambian opiniones. (ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea las siguientes preguntas asociadas a las ondas mecánicas:

¿Qué características tienen las ondas mecánicas?

¿Una onda mecánica conlleva energía cuando se propaga?

¿Qué diferencia hay entre una onda mecánica y una onda electromagnética?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones y resalta conceptos importantes como: una onda mecánica requiere de un medio para propagarse, conlleva energía, no arrastra masa, se propaga en los sólidos, líquidos y gases.(ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente realiza la siguiente actividad:

Utilizando un recipiente con agua en reposo, se sueltan gotas de agua ¿En qué dirección se desplazan las moléculas del agua que se encuentran alrededor del punto de impacto?

Los estudiantes formulan su hipótesis. Al final el docente, conjuntamente con los estudiantes, resuelven el problema planteado.(ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un

Internet, proyector multimedia.

Tiza y pizarra

Proyector, vasija con agua, gotero, esferitas de tecnoport.

Módulo de trabajo


93

nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Se entrega un módulo de trabajo experimental (ANEXO N°4) APLICACIÓN DE LO APRENDIDO.

Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará y atiende el trabajo de cada equipo. Se presenta a los estudiantes una simulación de la universidad de Colorado (EEUU), donde los estudiantes exploran y responden una serie de preguntas planteadas en el ANEXO N°5.


REALES. Se entrega a los estudiantes una la lectura referente. “¿Cómo trabaja un sismógrafo?” Los equipos formados leen y responden a las preguntas planteadas en el ANEXO N°6. METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO

APRENDIDO Se entrega a los estudiantes una ficha de metacognición a efectos de reflexionar sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7) EVALUACIÓN

Se evalua a los estudiantes mediante una ficha de evaluación y cada veedor realiza la correspondiente evaluación a los demás equipos de trabajo. (ANEXO N°8)

experimental.

Internet, multimedia, simulador Phet.

Ficha de lectura



20 min 20 min 10 min 10min






94

ANEXO Nº 01


“PROPAGACIÓN DE UNA ONDA MECÁNICA”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

El docente puede iniciar mostrando un video casero durante el terremoto del 2007 (http://www.youtube.com/watch?v=WdaXmeLegHY) esta sesión con el tema de los terremotos que están íntimamente asociados a la propagación de las ondas mecánicas. Los terremotos son eventos naturales que periódicamente se presentan en algunos puntos de nuestro país, ¿cómo se propaga un terremoto? ¿Con qué rapidez lo hace? ¿Qué efectos produce cuando se propaga? ¿Podemos predecir un terremoto?

Los estudiantes participan opinando e intercambiando opiniones acerca de tema planteado. El docente resalta las ideas y opiniones más importantes.

ANEXO Nº 02


El docente plantea las siguientes preguntas asociadas a las ondas mecánicas: ¿qué características tienen las ondas mecánicas? ¿una onda mecánica conlleva energía cuando se propaga? ¿qué diferencia hay entre una onda mecánica y una onda electromagnética?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones y resalta conceptos importantes como: la propagación de una onda mecánica en los sólidos, líquidos y sólidos. La energía asociada a la propagación de las ondas, etc.


El docente realiza la siguiente actividad:

1. Utilizando un recipiente con agua en reposo, se sueltan gotas de agua. El docente plantea la siguiente pregunta: ¿En qué dirección se desplazan las moléculas del agua que se encuentran alrededor del punto de impacto?

Los estudiantes formulan su hipótesis. Al final el docente, conjuntamente con los estudiantes, resuelven el problema planteado.

95




1. Utilizando un resorte para el estudio de ondas, fijo un extremo y el otro extremo agítelo en forma periódica, es decir, debe mantener el ritmo de movimiento. Dibuje la onda propagada para los siguientes casos: A) Cuando es agítalo perpendicularmente a la propagación de la onda. B) Cuando es agitado paralelamente a la propagación de la onda.

2. ¿Generando una onda transversal, cómo podría determinar el periodo de la onda? Responda esta pregunta experimentando.

3. A partir de la pregunta 2, ¿qué relación encuentra entre la longitud de onda y la frecuencia para una onda transversal? Formule una hipótesis y compruébelo experimentalmente.

4. Con un cronómetro determine el número de oscilaciones para un determinado tiempo. Con los datos registrados calcule el periodo, la frecuencia y mida la longitud de onda para cada caso para determinar la rapidez de la onda.

Nº de

oscilaciones

tiempo(s)

Periodo (s)

Frecuencia (Hz)

Longitud de onda

λ(m)

Rapidez v (m/s)

10 5

12 5

14 5

16 5

5. Construye el siguiente gráfico en papel milimetrado (o papel cuadriculado)

λ

f

TABLA 1. Oscilaciones

Curva entre

la longitud de

onda versus

la frecuencia.

96

6. Analizando el gráfico y/o la tabla de datos, ¿cuál es la relación entre λ y f ? Compare con su hipótesis.

7. ¿Cuáles serían las principales fuentes de error en esta experiencia?


El docente muestra una simulación del sonido, donde se pueden realizar 5 actividades virtuales. Los estudiantes exploran y describen lo siguiente:

1. La propagación del sonido de una fuente (Listen to a single Source). Dónde los

estudiantes deben relacionar la frecuencia y el sonido. ¿A mayor frecuencia es más agudo el sonido?

2. Miden (Measure) la rapidez del sonido. Manipulando la regla y estableciendo la frecuencia.

3. Describa la interferencia de dos fuentes variando la frecuencia. 4. Explore y describa la interferencia y la reflexión de una fuente. 5. Explore y describa la propagación del sonido en un medio donde varía la presión

del aire.

97

ANEXO Nº 06

TRANSFERIMOS NUESTRO CONOCIMIENTOS A TEMAS RELACIONADOS

El docente entrega una lectura de ¿Cómo trabaja un sismógrafo? Cada equipo de trabajo responde a las siguientes interrogantes: 1. ¿Cómo funciona un sismógrafo? Explique en términos del principio de inercia. 2. ¿qué diferencia existe entre un sismógrafo mecánico y un sismógrafo electrónico? 3. ¿cómo se determina el hipocentro y el epicentro cuando ocurre un evento

sísmico? 4. Una vez que ocurre un evento sísmico los sismólogos emiten su intensidad,

¿cómo lo hacen? 5. ¿consideras importante el estudio de las ondas mecánicas para la vida diaria?

LECTURA

¿Cómo trabaja un sismógrafo?

Un sismógrafo es un instrumento usado para medir movimientos de la Tierra y consiste de un sensor que detecta el movimiento de la tierra, llamado sismómetro que está conectado a un sistema de registro.

Un sismómetro sencillo, que es sensible a movimientos verticales del terreno puede ser visualizado como una pesa suspendida de un resorte que a su vez están suspendidos sobre una base que se mueve con los movimientos de la superficie de la Tierra. El movimiento relativo entre la masa y la base, proporciona una medida del movimiento vertical de la tierra. Para añadir un sistema de registro se coloca un tambor que gira en la base y un marcador sujetado a la masa. El movimiento relativo entre la pesa y la base, puede ser registrado generando una serie de registros sísmicos, al cuál conocemos como sismograma.

98

Los sismógrafos operan con un principio de inercia – objetos estacionarios, como, la pesa en la figura, que se mantienen sin movimiento a menos que se les aplique una fuerza. - Sin embargo, la masa tiende a mantenerse estacionaria, mientras la base y el tambor se mueven. Sismómetros que son usados en estudios de terremotos son diseñados para ser sumamente sensibles a los movimientos de tierra; por ejemplo movimientos tan pequeños como 1/10,000,000 de centésima (distancias casi tan pequeñas como espacios atómicos) pueden ser detectados en lugares sumamente quietos. Los terremotos más grandes, tales como el de las islas Sumatra-Andaman con una magnitud de 9.1 en el 2004, generando movimientos terrestres alrededor del planeta Tierra que pueden tener varios centímetros de crecimiento.

Los sismógrafos modernos de investigación son electrónicos, y en vez de utilizar marcador y tambor, el movimiento relativo entre la pesa y la base generan un voltaje eléctrico que es registrado por una computadora. Modificando la posición del resorte, la pesa y la base; los sismógrafos pueden registrar movimientos en todas direcciones. Los sismómetros comúnmente registran movimientos de muchas y diferentes fuentes naturales; como también aquellas causadas por el hombre; por ejemplo movimientos de los árboles a causa del viento, olas golpeando las playas, y ruidos de autos y grandes camiones.

ANEXO Nº 07


APELLIDOS Y NOMBRE:____________________________________________

¿Logré desarrollar la capacidad planteada inicialmente? ¿Por qué?

¿Qué habilidades he desarrollado en esta sesión? ¿Qué habilidades

reconozco falta desarrollar? Al final de la clase puedo decir que conozco del tema:

¿En qué puedo superarme para la siguiente clase?

99

ANEXO 08

EVALUACIÓN

Si consideramos la evaluación como un proceso de reflexión sobre la clase: podrían incluirse preguntas como: O si se considera como evaluación de aprendizaje en contenidos se consideran preguntas del tema, como:

1. Estoy motivado, tengo curiosidad por todas las

actividades realizadas.

2. Muestro interés en la clase, valorando su importancia.

3. Participo de manera respetuosa y responsable en clase.

4. Colaboré con mi equipo en las actividades y dinámicas.

Explica la relación entre la longitud de onda y la

frecuencia.

Determina las diferencias de ondas transversales y

longitudinales.

Describe las características de propagación e interferencia de ondas sonoras

Argumenta la importancia del estudio de las ondas mecánicas por la utilidad

de las mismas.

100


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: ______________________________

INTEGRANTES:

1. ____________________________________________

2. ____________________________________________

3. ____________________________________________

4. ____________________________________________

5. ____________________________________________

PUNTAJE

De 1 a 3 (de bajo a mejor desempeño en equipo)





5 Utilizan correctamente y con cuidado los materiales y equipos



101

SESIÓN # 09

“DILATACIÓN DE LOS CUERPOS”

CONTENIDO GENERAL




102




(01) pirómetro cuadrante

Con soporte de fijación ajustable para 200, 400 y 600 mm. de longitud, indicador del valor de medición por reloj, margen de medición de 0 a 10 mm, resolución de visualizador 0.01mm.

(01) mechero con alcohol De tres salidas.

(01) Esfera de Gravesande

Anillo de metal de 30 mm de diámetro interno, con mango de 200 mm, con la bola Gravesande sirven para demostrar la dilatación de los cuerpos.

(01) Anillo de Gravesande

Bola de metal de 30 mm de diámetro, fijada a una barra con mango de madera, cadena engarzada al mango de madera. El diámetro corresponde al anillo Gravesande.

Esfera y anillo de

Gravesande

Mechero

Pirómetro cuadrante

103


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta la dilatación de los metales a partir de la transmisión del calor sobre los mismos.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


- Identifica los efectos del calor en los metales.

- Efectos del calor en los metales.

- Historia de la formulación de las leyes de la termodinámica.

- Reconoce algunos efectos del calor sobre la materia.

- Maneja y distingue los conceptos de calor y temperatura.

- Experimenta realizando una actividad referida a la dilatación del hierro, cobre y aluminio.

- Experimenta realizando una actividad referida a la dilatación volumétrica.

- Reflexiona a partir de una lectura referida al desarrollo histórico de la Termodinámica.


- Lista de cotejo de ficha de lectura.

- 01 pirómetro cuadrante, Un mechero con alcohol, Esfera de Gravesande.


Expresa con propiedad sus opiniones y muestra seguridad en sí mismo. Participa activamente en clase, siendo capaz de dialogar y debatir ideas

con fundamento. Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el desarrollo

de la sesión de aprendizaje. Respeta opiniones diferentes de sus compañeros.

Lista de cotejo.

Autoevaluación

104




TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente plantea lo siguiente a los estudiantes: de su experiencia, ¿con qué está relacionado los fenómenos de dilatación? Invita a describir y explicar algunos fenómenos relacionados a este tema. Los estudiantes participan e intercambian opiniones.

(ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea las siguientes preguntas asociadas a los fenómenos de dilatación: Al suministrar calor a un cuerpo, ¿qué efectos experimenta

el cuerpo?

¿Qué diferencia encuentra entre calor y temperatura?

¿Qué entiende por coeficiente de dilatación?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones.

(ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente plantea la siguiente situación:

Considera un día cualquiera y a las 12 del día una persona de cierta altura (tamaño), ¿qué sucederá con la altura de la persona después de haber transcurrido 12 horas después? (considera que el día esta en una estación de verano)

Los estudiantes formulan su hipótesis. Al final el docente, conjuntamente con los estudiantes, resuelven el problema planteado.(ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Se entrega un módulo de trabajo donde se registra la secuencia de la actividad experimental. (ANEXO N°4) APLICACIÓN DE LO APRENDIDO.

Tiza y pizarra

Tiza y pizarra

Imagen, tiza y pizarra.

Guía de la actividad experimental, pirómetro cuadrante, mechero, alcohol, fósforo.

Guía de actividad


105

El docente entrega la ficha del Anexo Nº 5 y siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de una actividad Verificar la dilatación de una esfera cuando se le suministra cierta cantidad de calor y cuando la esfera libera calor. Al concluir cada coordinador de equipo expone, brevemente, sus observaciones y conclusiones. (ANEXO N°5) TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y

REALES. Se entrega a los estudiantes una la lectura referente. “Al desarrollo histórico de la Termodinámica”. Los equipos formados leen y responden a las preguntas planteadas en el ANEXO N°6. METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO

APRENDIDO El docente entrega una ficha de metacognición a los estudiantes, a partir del cual reflexionan sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7) EVALUACIÓN

Al finalizar la sesión los estudiantes se hacen una evaluación respecto a los conocimientos adquiridos en esta sesión a partir de una ficha de evaluación, asimismo el veedor de cada grupos realiza la respectiva evaluación a los demás equipos de trabajo.

(ANEXO N°8)

experimental, Anillo de Gravesande, mechero, fósforo, alcohol.

Ficha de lectura







Lumbreras. Tomo II.


106

ANEXO Nº 01

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL N° 09 “DILATACIÓN DE LOS CUERPOS”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

El docente plantea a los estudiantes: de su experiencia, ¿con qué están relacionados los fenómenos de dilatación? Invita a describir y explicar algunos fenómenos relacionados a este tema. Los estudiantes participan e intercambian opiniones.


El docente plantea las siguientes preguntas asociadas a los fenómenos de dilatación: al suministrar calor a un cuerpo, ¿qué efectos experimenta el cuerpo? ¿qué diferencia encuentra entre calor y temperatura? ¿qué entiende por coeficiente de dilatación?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones.


El docente plantea la siguiente situación:

En un día cualquiera y a cierta hora una persona tiene cierta altura, seguirá teniendo la misma altura después de haber transcurrido 12 horas? (considera que el día este en una estación de verano). Los estudiantes formulan su hipótesis. Al final el docente, conjuntamente con los estudiantes, resuelven el problema planteado.



Secuencia de la actividad Dilatación lineal

1. Encienda el mechero regulándolo de tal forma que la intensidad del fuego sea igual y colócalo debajo de las barras de metal (pirómetro cuadrante).

2. Esperar aproximadamente 5 minutos y observe minuciosamente. Describa lo observado.

Pirómetro cuadrante

107

3. Encuentre la relación entre la dilatación y el cambio de dirección de los punteros de cada barra. Formule una tabla a fin de registrar los datos.

4. Cuando los punteros de las barras cesen de cambiar su dirección apague el mechero y registre los datos.

5. ¿Qué significado tiene el coeficiente de dilatación lineal de cada material usado en ésta práctica?

6. Se tiene dos cintas metálicas soldadas de bronce (parte superior) y hierro (en la parte inferior) a temperatura ambiente, ¿qué sucederá si de alguna forma enfriamos o calentamos las cintas mencionadas?


Como una forma de generalizar la experiencia anterior, verificaremos la dilatación de una esfera cuando se le suministra calor.

Dilatación volumétrica

1. Con la ayuda de un soporte universal, arme la esfera y el

anillo de Gravesande. 2. Desplace el anillo verticalmente, de tal forma que pase

varias veces la esfera. Mida la temperatura de la esfera. 3. Acerque el mechero a la esfera y caliéntelo

aproximadamente 8 a 10 minutos. 4. Vuelva a desplazar verticalmente el anillo. Describa lo

observado. 5. Deje enfriar la esfera y vuelva a desplazar el anillo sobre

ella. Describa lo observado. 6. Explique lo sucedido anteriormente en términos

moleculares. 7. Si tuviese dos esferas una de cobre y otra de hierro, ¿cuál de los dos se dilataría

más?


Lectura

“Acerca del Desarrollo histórico de la termodinámica”

Cada equipo responde a las siguientes interrogantes:

1. En la formulación de las principales leyes de la termodinámica se conjugan dos aspectos teórico-científicos y el técnico-práctico, selecciona de la lectura los episodios que tengan que ver con una y otra tendencia.

2. En cualquier reseña histórica que se haga sobre un aspecto de la Física, el nombre del científico italiano Galileo Galilei está presenta. Cita otros aportes de este sabio al desarrollo de la Física.

Si calentamos Si enfriamos

108

3. Sobre la naturaleza del calor han existido varias hipótesis que no se plantean en la lectura precedente. Indique una serie de hechos físicos que ilustran un poco la naturaleza del calor.

Acerca del Desarrollo histórico de la termodinámica

El desarrollo de la termodinámica como rama independiente de la Física está ligado al trabajo práctico del hombre en las minas. En Inglaterra, en épocas de la revolución industrial, se inició a gran escala la explotación de las minas de carbón y la metalurgia donde el principal problema de los mineros no era la extracción de la hulla sino la extracción del agua que continuamente inundaba la mina. “El elevar el agua por medio del fuego” fue la idea que fascinó a constructores y mineros. De Caus (1576 -1626) fue descubridor de varias obras hidráulicas para jardinería y precursor de la máquina que podía producir el vacío; para lograrlo colocaba un hornillo bajo una vasija con poca agua que estaba conectada por un tubo a un pozo. El hervir el agua y quedar la vasija llena de vapor, retiraba el hornillo y cerraba el respirador, con lo cual llenar de agua el espacio vacío debido a la succión que se producía. La investigación sobre el vacío siguió con Von Guericke y Denis Papin quien trabajó sucesivamente como ayudante de Huygens y Boyle. El capitán Sovery construyó una máquina que llamó “El amigo de los mineros” y justificó su uso diciendo en la carta de presentación: “Si actualmente se explota cada año cantidades tan grandes de plomo, estaño y hulla, cuando existen tantas dificultades que soportan los mineros W ¿Cuánto se podrá explotar en adelante, cuando la carga se vea aliviada en gran medida por el empleo de esta máquina tan adecuada en todo y por todo para ser utilizada en las minas”.

En 1712 el ferretero Thomás Newcomen construyó una máquina más eficiente y práctica que fue empleada durante más de 70 años. Más tarde a un joven constructor de instrumentos, James Watt, se le encargo la reparación de una máquina de Newcomen y encontró que el desperfecto se debía a la pérdida de vapor que ocurría en el cilindro frio a cada golpe del émbolo. De esta forma se descubrió el condensador dando un paso decisivo en la construcción de la máquina de vapor precursora de la locomotora y el motor marino que transformaron las comunicaciones y dieron el gran de la revolución industrial. Continuamente se fue perfeccionando la máquina de vapor hasta que Sadi Carnot (1796 – 1832) hijo de Lazare Carnot, el “organizador de la victoria” en la revolución francesa, demostró que la eficiencia de dicha máquina térmica tiene un límite teórico y práctico, con lo cual sentó las bases teóricas de la termodinámica, abriendo de esta forma, el camino a la posterior formulación de las leyes de la conservación de la energía por Robert Meyer (1814 – 1887), Joule (1818 – 1889) y Van Helmholtz (1821 – 1894).

Fuente: www.fisica.uh.cu

109




Nombre y apellido:______________________________________________ 1. Puedo afirmar que logré trabajar la capacidad planteada al inicio. ¿Por

qué? 2. ¿Cuánto aprendí sobre los efectos del calor en los cuerpos? 3. ¿Qué pasos debí seguir para lograr la capacidad? ¿En qué partes

requerí más tiempo?

4. ¿Colaboro con mis compañeros en las tareas y trabajos asignados? ¿Qué rol asumo en los grupos de trabajo?

1. Imagínese que tenga un cubito de hielo en día soleado, qué efectos

tiene la energía solar sobre el hielo.

2. Mencione dos diferencias entre calor y temperatura.

3. A partir de la experiencia de dilatación lineal, ¿qué puede concluir

respecto a la dilatación de los materiales (cobre, hierro y aluminio)?

4. A partir de la experiencia de la dilatación volumétrica, ¿qué ocurre

una vez que se deja enfriar la esfera de Gravesande?

5. Identifica las diferencias entre la dilatación lineal y volumétrica.

6. Explica las leyes de la termodinámica con tus propias palabras

7. Describelos acontecimientos que permitieron la formulación de las

110


N°


INTEGRANTES:

1. ____________________________________________

2. ____________________________________________

3. ____________________________________________

4. ____________________________________________

5. ____________________________________________

PUNTAJE






5 Utilizan correctamente y con cuidado los materiales y/o equipos.



111

SESIÓN # 10

DETERMINANDO EL CALOR ESPECÍFICO

CONTENIDO GENERAL




112



MATERIALES

DESCRIPCIÓN

Una probeta De vidrio, de 100 ml, graduación 1ml.

Una balanza Balanza mecánica

Un calorímetro de aluminio

Vaso interno de aluminio, de 500 ml de capacidad, aislamiento térmico de 10 mm de espesor como mínimo, vaso externo de aluminio con tapa del mismo material, con orificio para introducir termómetro.

Termómetro Variación de medición de -10 ºC a 110 ºC, tubo de 7 a 8 mm de diámetro, de 0,5 ºC de división de escala, longitud total de 300mm.

Pedazo de cobre, pinzas, cocina y agua

Probeta

Calorímetro

113


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta sobre el calor específico, temperatura de equilibrio y realiza mediciones del error relativo y absoluto.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES

INSTRUMENTOS Y

MATERIALES

- Aplica procesos, conceptos y ecuaciones para determinar el calor específico y temperatura de equilibrio.

- Calor especifico de líquidos y sólidos.

- Temperatura de equilibrio.

- Reconoce la capacidad de los cuerpos de almacenar o liberar energía en forma de calor.

- Determina el calor específico de cualquier sólido.

- Determina la temperatura de equilibrio.

- Analiza la transferencia de la energía en forma de calor y su impacto sobre la materia.

- Realiza mediciones y determina el error relativo y absoluto.

- Comprueba la ley de la conservación de la energía.

- Analiza preguntas planteadas sobre el tema de calor específico.

- Reflexiona a partir de una lectura titulada: ¿Por qué el frío húmedo 'enfría' más que el seco?


- Lista de cotejo de ficha de trabajo.

- Una probeta, balanza, calorímetro de aluminio, Termómetro, Barra de cobre, pinzas, cocina y agua.



Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el

Lista de cotejo.

114

desarrollo de la sesión de aprendizaje. Autoevaluación




TIEMPO

MOTIVACIÓN El docente plantea a los estudiantes lo siguiente: según tu experiencia, ¿qué entiendes acerca del intercambio del calor entre los cuerpos? ¿Qué impacto sobre la materia tiene el flujo del calor? ¿De qué factores depende la transferencia del calor? Los estudiantes participan e intercambian opiniones.

(ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea las siguientes preguntas: ¿Qué entiendes por equilibrio térmico?

¿Cómo se transfiere el calor entre dos cuerpos de distinta temperatura?

Si suministramos igual cantidad de calor al agua y al aceite, ¿Cuál de los dos se calienta más rápido en un mismo intervalo de tiempo? ¿Por qué?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones y resalta las opiniones comunes.

(ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente plantea la siguiente situación: un paciente es ingresado por emergencia a cierto hospital, el medico de turno le mide la temperatura al paciente. El médico observa el termómetro y observa que registra una temperatura de 38 °C. El médico le informa al paciente la temperatura registrada, ¿lo que se registra en el termómetro es la temperatura del paciente?


(ANEXO N°3) PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

El docente con equipos de no más de 5 estudiantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión. (Evaluará que trabajen en el tiempo

Imágenes diversas, ppt, fenómenos, multimedia, etc. Tiza y pizarra

Tiza y pizarra

Módulo de


115

estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Se entrega el Anexo Nº 4, cuyo contenido se basa en realizar una actividad experimental para determinar el calor específico del cobre. En el desarrollo de la actividad el docente acompaña a los estudiantes respondiendo sus dudas y colaborando a mejorar su práctica. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. El docente entrega la ficha del Anexo Nº 5 y siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. Al concluir, cada equipo expone sus conclusiones y resultados. Finalmente hay un intercambio de experiencias de cada equipo. (ANEXO N°5)

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y REALES.

A fin de transferir los conceptos de esta sesión, el docente entrega a los estudiantes una la lectura referente a: ¿Por qué el frío húmedo ‘enfría’ más que el seco? Los equipos formados atentamente y responden las preguntas planteadas.

(ANEXO N°6)

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO APRENDIDO Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido a partir de una ficha de metacognición. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Al finalizar la sesión se entrega una ficha de evaluación. Inmediatamente después el veedor de cada equipo evalúa el trabajo de los demás equipos. (ANEXO N°8)

trabajo experimental.

Calorímetro de aluminio, Termómetro, pinzas, cocina y 1/4 litro de agua.

Ficha de lectura Ficha de metacognición.





Pearson. 3. Hewitt. P. (2 008). Ciencias físicas II. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 5. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo II.


116

ANEXO Nº 01


“DETERMINANDO EL CALOR ESPECÍFICO”

ACTIVIDAD MOTIVADORA

El docente plantea a los estudiantes lo siguiente: según tu experiencia, ¿qué entiendes acerca del intercambio del calor entre los cuerpos? ¿Qué impacto sobre la materia tiene el flujo del calor? ¿De qué factores depende la transferencia del calor? Los estudiantes participan e intercambian opiniones.

Es importante aquí, que el docente registre los conceptos asociados a esta sesión (calor, temperatura, temperatura de equilibrio).


Con el fin de recordar y asociar algunos conceptos fundamentales, el docente plantea las siguientes preguntas:

¿en qué dirección se propaga el calor? ¿cómo se transfiere el calor entre dos cuerpos de distinta temperatura? Si suministramos igual cantidad de calor al agua y al aceite, ¿cuál de los dos se

calienta más rápido en un mismo intervalo de tiempo?

Los estudiantes reflexionan y responden dichas interrogantes. El docente registra las intervenciones y resalta las opiniones comunes.


El docente plantea la siguiente situación cotidiana asociada a la salud de las personas:

un paciente es ingresado por emergencia a cierto hospital, el médico de turno le mide la temperatura al paciente. El médico observa el termómetro y observa que registra una temperatura de 38 °C. El médico le informa al paciente la temperatura registrada, ¿Lo que se registra en el termómetro es la temperatura del paciente?


Sugerencia

Para explicar y demostrar la anterior pregunta, se puede realizar la siguiente actividad rápidamente: se cuenta con dos recipientes de agua a distinta temperatura (mida la temperatura de cada recipiente). Luego, en un tercer recipiente junta el agua de los otros recipientes. Mide la temperatura del tercer recipiente (esto es la temperatura de equilibrio)

117


Organice equipos de no más de 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el desarrollo de la actividad el docente debe motivar y responder las dudas de cada equipo. Secuencia de la actividad 1. Si a la materia se le suministra calor, ¿siempre se calienta? Reflexione y emita un

juicio. 2. Hace algunos años científicos franceses y austriacos hicieron un gran

descubrimiento de la materia, descubrieron que la materia puede enfriarse cuanto más se calienta

3. Con la ayuda de un recipiente mida 40 g de agua en una balanza. 4. Mida la masa del cobre y caliéntalo durante 2 o 3 minutos, aproximadamente, que

se caliente hasta una temperatura entre 30 °C y 40 °C, el cual constituirá la temperatura inicial del cobre. (registre los datos en la tabla1)

5. Caliente nuevamente el cobre hasta una temperatura de 80 °C e introduzca al agua. Esperamos durante 3 minutos y determine la temperatura de equilibrio. (registre los datos en la tabla 1)

Sustancia o

material Temperatura (°C) Masa (g)

Agua To(H2O) =

Cobre To(Cu) =

Te =

Donde: To(H2O) : temperatura inicial del agua To(Cu) : temperatura inicial del cobre Te : temperatura de equilibrio

6. Determine el calor específico, utilizando las leyes de la conservación de la energía.

7. De la pregunta 5, ¿el calor específico del cobre depende de su temperatura final? ¿Por qué?

8. Determine el error relativo y absoluto respecto al calor específico del cobre. Describa los factores externos que influyeron en esta experiencia.

ANEXO Nº 05 RESOLVIENDO ALGUNAS SITUACIONES O PROBLEMAS

ASOCIADOS AL CALOR ESPECÍFICO

Manteniendo la organización de los equipos, se entrega una lista de situaciones cotidianas a fin de aplicar los conceptos y las ecuaciones que relacionan el calor con el

Tabla1

118

cambio temperatura y la masa. El docente orienta y acompaña a los equipos de trabajo. 1. Si extraemos de una congeladora, dos recipientes: uno de metal y otro de plástico,

¿cuál tiene mayor temperatura? ¿Por qué? 2. Supongamos que nos toca sacar un calentador del horno y tengo dos franelas:

una seca y la otra mojada, ¿con qué franela me conviene sacar el calentador del horno para no sufrir un accidente?

3. Una sustancia que se enfría con rapidez, ¿tiene una capacidad calorífica alta o baja? ¿Por qué?

4. ¿Qué aplicaciones podemos mencionar respecto al tema tratado? Mencione 5 aplicaciones.

5. ¿Qué diferencia existe entre la energía interna y el calor?


El docente entrega una lectura: “¿por qué el frío húmedo ‘enfría’ más que el seco?”

Cada equipo de trabajo responde a las siguientes interrogantes:

1. ¿por qué el aire es un buen aislante del calor? 2. ¿qué característica tienen los materiales que aíslan el calor? Mencione 3

materiales más que no se mencionan en al lectura. 3. ¿qué nos indica la humedad relativa? Mencione y explique un fenómeno asociado

a la humedad relativa. 4. generalmente en la madrugada la temperatura disminuye, ¿por qué?

Lectura

¿Por qué el frío húmedo ‘enfría’ más que el seco?

Por Arnaldo González Arias (Prof. Principal de la Universidad de la Habana) 6 Diciembre, 2011

“Se te mete hasta los huesos”, es una expresión que he escuchado muchas veces cuando alguien se refiere al frío acompañado de la humedad que deja un día lluvioso, aunque la persona se encuentre muy bien abrigada. ¿Será acaso que al llover la temperatura disminuye? ¿O es un asunto puramente psicológico, causado por la impresión de la lluvia sumada al frío?

Ni lo uno ni lo otro. La respuesta tiene que ver con el aire, el vapor de agua y la conducción del calor. El aire es un buen aislante del calor. Los tejidos sintéticos impermeables empleados en la confección de abrigos, o los que son mullidos como la lana, mantienen el aire caliente alrededor del cuerpo e impiden que sea sustituido por aire frío proveniente del exterior; así evitan que el calor escape al exterior por difusión o convección1.

1Nombre que recibe la conducción del calor por el flujo de aire o líquido que ocurre espontáneamente desde los

lugares más calientes hasta los más fríos.

119

La lana de vidrio, las espumas de plástico y los materiales de construcción porosos también son aislantes térmicos por la misma razón, limitan la transmisión del aire contenido en sus poros, que a su vez funciona como un buen aislante del calor.

El aire está compuesto en su mayor parte por oxígeno (O2) y nitrógeno (N2). Sus moléculas biatómicas son relativamente grandes, con un diámetro de unos 0,35 nanómetros. El diámetro de la molécula de agua en fase de vapor no llega a la mitad, a pesar de estar formada por tres átomos en vez de dos (H2O). Es por eso que al vapor de agua le resulta más fácil difundirse a través de las rendijas y microporos del abrigo, llegar a la piel y extraer su calor al regresar al exterior. La temperatura en el exterior sigue siendo la misma, pero la protección que brinda el abrigo se reduce, y el frío se “siente” más, aunque no es este el único factor que influye: la velocidad del viento también acelera la pérdida de calor, sobre todo en la parte de la piel que está expuesta a la intemperie.

Las prendas sintéticas impermeables impiden el paso del aire y evitan la transmisión del calor por difusión, pero es usual que posean gran facilidad para intercambiar calor mediante otro mecanismo, el de conducción. En este caso el calor se transmite directamente de un lado a otro de las superficies del material2.

La cantidad de agua que se encuentra presente en la atmósfera en forma de vapor se suele indicar mediante la humedad relativa, parámetro usualmente reportado en los partes meteorológicos, pero con un significado de poco conocimiento público.

¿Qué es la humedad relativa? Para contestar esta pregunta es necesario revisar previamente algunos conceptos básicos de la química-física. Considere un recipiente con agua en un recinto cerrado a la temperatura ambiente, al que previamente se le ha extraído el aire. Las moléculas en la superficie del agua tienden a pasar espontáneamente a la fase vapor, y una parte de ellas regresa a la superficie del líquido o se deposita en las paredes del recinto, de donde también se pueden evaporar. Cuando la cantidad de moléculas que se evaporan en la unidad de tiempo es igual a la cantidad que se deposita, se alcanza el equilibrio líquido-vapor a la temperatura dada. Las moléculas en fase gaseosa ejercen presión sobre las paredes del recipiente, la presión de vapor saturado Ps. Lo de ‘saturado’ viene del hecho que si se inyecta más vapor de agua la presión no aumenta; el vapor en exceso se condensa, pasando a fase líquida. El valor de Ps aumenta con la temperatura; por ejemplo a 27 °C tiene un valor del 3,5 por ciento de la presión atmosférica, que se eleva al 4,3 a 30 ºC. Es posible comprobar que estos resultados no dependen de si hay o no aire en el recipiente, por lo que es común hablar de la presión parcial del vapor de agua para significar que esa presión es independiente de la presencia de otros gases (tanto en el recipiente como en el medio ambiente, si nos referimos a la atmósfera)3

2Existe un tercer mecanismo de conducción del calor; la radiación. El cuerpo humano en reposo genera una energía

de unos 80 joule cada segundo. Una parte importante de esa energía se emite como radiación electromagnética en

la región infrarroja del espectro. 3La presión total es la suma de las presiones parciales (Ley de Dalton).

120

Si a una temperatura específica el agua de la vasija se consume antes de que se alcance el valor de Ps correspondiente, la presión alcanzada P será menor que la saturación Ps; no hay agua suficiente en el recipiente para generar todo el vapor necesario para alcanzar la saturación. Se define entonces la humedad relativa (H)por la siguiente expresión:

H = (P/Ps) x 100. Así, un 80 por ciento de humedad relativa significa que la presión (parcial) de vapor de agua en la atmósfera es igual a 0,8 de la presión de saturación, a la que el agua en exceso comenzaría a condensarse sobre cualquier superficie. Si el vapor se encuentra en contacto con superficies que están a diversa temperatura, el agua comenzará a condensarse sobre las más frías, porque a menor temperatura le corresponde una presión de vapor saturado menor. Eso es lo que ocurre, por ejemplo, en las rejillas de enfriamiento de los equipos de climatización, o en el interior de las ventanas de vidrio cuando llueve y la temperatura del vidrio disminuye ligeramente a causa de la lluvia. Algo parecido sucede en la madrugada, cuando es usual que la temperatura se reduzca bruscamente y se alcance el punto de rocío. En ese momento el vapor de agua en la atmósfera se encontrará por encima de la presión de vapor saturado y se condensará sobre cualquier superficie, incluyendo las hojas de los árboles. ¡Ah! Y si la temperatura en la madrugada baja hasta los cero grados centígrados, el vapor de agua se deposita en fase sólida, formando escarcha, muy común en los refrigeradores de modelo antiguo que carecían de la tecnología ‘No-Frost’.

ANEXO Nº 07

REFLEXIONO SOBRE MIS APRENDIZAJES (METACOGNICIÓN) Apellidos y nombres: _______________________________________________

N° Preguntas. Respondo con sinceridadW

1 ¿Logré trabajar la capacidad planteada inicialmente?

2 ¿Qué conclusiones puedo sacar del tema?

3

¿Qué estrategias has usado para desarrollar la capacidad? ¿Qué dificultades he encontrado? ¿Cómo las he resuelto?

4

¿Cuánto interés tengo en la tarea? ¿Dedico suficiente atención y concentración a lo que hago? ¿Cómo puedo concentrarme más?

121


Apellidos y nombres: _______________________________________________

1. Cuando usted toca con la mano un material que tenga una temperatura distinta a

usted, ¿qué “siente”? 2. A partir de la experiencia realizada en esta sesión, qué instrumentos requirió para

determinar el calor específico de un cuerpo sólido. 3. Al mezclar los recipientes mostrados se obtiene una temperatura de equilibrio

(Te), Determinar dicha temperatura, si se trata de la misma sustancia. (T=20 °C)

4. La fotografía muestra el torcimiento de estas vías de ferrocarril. (Wide WorldPhotos). Analice, a qué esta asociado este fenómeno.

5. Una pila eléctrica agota su energía (química) al convertirla en energía eléctrica la cual se aprovecha para producir, sonido, movimiento y calor. Esto es un ejemplo de una de las leyes fundamentales de la física denominado:____________________________________

6. Realice un breve resumen a partir de las explicaciones de la lectura realizada en esta sesión.

122


N°


INTEGRANTES:

1. ____________________________________________

2. ____________________________________________

3. ____________________________________________

4. ____________________________________________

5. ____________________________________________

PUNTAJE



1 Utilizan con eficiencia el tiempo destinado a cada actividad


3 Cada integrante toma nota y participa en los cálculos y respuestas solicitadas

4 Dejan ordenado el espacio de trabajo


6 Dejan limpio los equipos

7 Dejan limpio el espacio de trabajo

123

SESIÓN # 11

ESTÁTICA DE FLUIDOS

CONTENIDO GENERAL




124




(01) Dinamómetro Con una escala máxima de 5 N

Vasos comunicantes De vidrio, entre 250 mm y 300 mm de largo, base de madera.

(01) Balanza

(01) Campana de vacío De vidrio altamente transparente, entre 200 y 250 mm de diámetro, entre 200 y 250 mm de altura. Accesorio: bomba para hacer vacío de manera manual.

01 Beaker

Globos, bloques o pesas, aceite, agua, regla.

Dinamómetros Vasos comunicantes

125


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Comprende el principio de Arquímedes. Experimenta los efectos de la presión atmosférica.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Analiza la fuerza de empuje de un fluido (agua).

Observa los efectos de la presión atmosférica.

Principio de Arquímedes.

Presión atmosférica.

Presión hidrostática.

Principio de Pascal.

Comprueba experimental el principio de Arquímedes.

Comprueba experimentalmente el peso aparente.

Determina experimentalmente la magnitud de la fuerza de empuje.

Determina la presión atmosférica e hidrostática a cierta profundidad respecto al nivel libre del agua en un aparato de vasos comunicantes.

Comprueba experimentalmente el Principio de Pascal.

Reflexiona a partir de la lectura; "Las teorías sobre el naufragio del barco imperfecto"



Balanza, dinamómetro, pesas, vasos comunicantes, campana de vacío, globos, recipiente de vidrios, etc.

Equipo multimedia y Laptop


Muestra disposición e interés en la sesión de física. Expresa con propiedad sus opiniones y muestra seguridad en sí

mismo. Participa activamente en clase, siendo capaz de dialogar y debatir

ideas con fundamento. Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el



126




TIEMPO

MOTIVACIÓN

El docente muestra imágenes de submarinos, barcos, albañiles midiendo el nivel de referencia, etc. Se invita a los estudiantes a reflexionar y opinar acerca de las situaciones observadas.

El docente registra las opiniones más comunes. (ANEXO N°1)


A fin de esclarecer y recordar los conceptos fundamentales para el desarrollo de esta sesión, el docente plantea describir las propiedades de los fluidos. Los estudiantes responden e intercambian opiniones. Se registra las ideas comunes y resalta las más importantes. (ANEXO N°2)


El docente plantea la siguiente situación: se tiene un recipiente con agua que reposa en una balanza. Si sumergimos el bloque dentro del recipiente sin tocar el fondo, ¿varía la masa M que marca la balanza? Los estudiantes emiten su hipótesis que es registrado en la pizarra. Finalmente el docente, con ayuda de los estudiantes se comprueba y explica dicho fenómeno. (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Se forman equipos de 4 ó 5 participantes, se le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente. Calculan experimentalmente la fuerza de empuje, el peso

aparente y la masa desalojada por un cuerpo que se sumerge en un recipiente que contiene agua.

(ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. La ficha consta de una actividad cuya finalidad es determinar:

Multimedia –ppt o (papelógrafo) Laptop. Pizarra, tiza. Recipiente, un bloque, agua, Balanza. 02 recipientes, agua, un bloque, balanza, dinamómetro. Vaso comunicante, aceite, agua, regla.

10 min

10 min

10 min 30 min 20 min

127

la presión atmosférica y la presión atmosférica en cierto nivel de un vaso comunicante. (ANEXO N°5).


REALES. Se entrega la lectura y un enlace a un video en “youtube” sobre “Las teorías sobre el naufragio del barco imperfecto”. Se hace un análisis al accidente y hundimiento del Titanic. Se plantea preguntas respecto a la lectura y los equipos responden con la orientación del docente. (ANEXO N°6)

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO APRENDIDO Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido a partir de una ficha de metacognición. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega una ficha de evaluación a los estudiantes. El veedor de cada equipo evalúa a los demás grupos

según una ficha de evaluación. (ANEXO N°8)

Multimedia, laptop, acceso a internet, ficha de lectura. Ficha de meta cognición.


20min

10 min

10 min




Lumbreras. Tomo II.


128

ANEXO Nº 01


“ESTÁTICA DE FLUIDOS”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

Se muestra las siguientes imágenes y explique, ¿por qué un submarino puede sumergirse dentro del agua?, ¿por qué es difícil sumergir una pelota dentro del agua? ¿Por qué un albañil determina el nivel de referencia de un punto a otro?

El docente registra las opiniones a partir de las reflexiones de los estudiantes.


El docente pide a los estudiantes contestar las siguientes preguntas:

¿cómo ejerce la presión sobre un recipiente un líquido o un gas? ¿todo fluido adopta la forma de un recipiente? enunciar el principio de Arquímedes y de Pascal.

129

ANEXO Nº 03

GENERANDO EL CONFLICTO COGNITIVO

El docente presenta la siguiente situación: se tiene un recipiente con agua que reposa en una balanza. Si sumergimos el bloque dentro del recipiente sin tocar el fondo, ¿varía la masa M que marca la balanza inicialmente?

Los estudiantes emiten su hipótesis que es registrada por el docente. Finalmente el docente, con ayuda de los estudiantes, realiza la actividad experimental a fin de comprobar la pregunta planteada.


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta registrada en la siguiente actividad experimental.

1. Considere el esquema mostrado en la figura. (un cuerpo sujeto a un dinamómetro).

130

2. Mida el peso de un bloque (regístrelo en la tabla 1). 3. Llene completamente el recipiente con agua y prepare otro recipiente a fin de

acumular el agua cuando se introduzca el bloque nuevamente. Introduzca el bloque al recipiente con agua. Vuela a registrar el peso en el dinamómetro en la tabla 1.

4. Mida la masa del agua desalojada. Registre los datos en la siguiente tabla 1

Peso del bloque (libre

de agua)

Peso del bloque

(inmerso en el agua)

Masa del agua

desalojada

Peso aparente Empuje

5. Compare los resultados registrados en la tabla 1 y responda las siguientes preguntas: 5.1 ¿cómo es el peso del agua respecto al empuje? ¿Se verifica el principio de

Arquímedes? 5.2 ¿cuál es el peso aparente? 5.3 ¿qué características tiene la fuerza de empuje?

6. Enuncie 3 aplicaciones del principio de Arquímedes. 7. Demuestre el principio de Pascal contando solo con una botella y un pedazo de

papel higiénico.


APLICANDO OTRA ACTIVIDAD DE MEDICIÓN

Con el fin de ampliar nuestros conocimientos de los fluidos, los equipos realizarán la siguiente actividad.

1. Sabemos que un albañil puede calcular, casi exactamente, el nivel de referencia de un punto a otro, ¿cómo hace?

131

2. Considere un tubo de vasos comunicantes, como muestra en la figura. Llene agua hasta un determinado nivel. (Hasta que el líquido este en reposo).

3. Elija un nivel de referencia a cierta profundidad medido a partir de la parte libre del líquido y determine la presión en los puntos que se encuentran en el nivel de referencia elegidos.

4. ¿Qué ocurre si echas un poco de aceite en una de las ramas extremas? ¿Qué sucederá con el nivel del agua de las demás ramas? Plantea una hipótesis y realiza la actividad.

5. Para la situación anterior, determine la presión en un nivel determinado. (debajo del agua y del aceite).

6. Mencione tres aplicaciones asociadas a esta experiencia.


El docente invoca a los estudiantes a responder siguientes preguntas a partir de la lectura y video. 1. ¿Cómo se puede cambiar las propiedades de los metales? 2. ¿Qué significa que un material sea dúctil? 3. ¿Qué papel cumplió el hielo del mar en el hundimiento del Titanic? 4. Según los conceptos estudiados en esta sesión, ¿qué características físicas se

tomó en cuenta para la construcción del Titanic.?

Lectura y video

Las teorías sobre el naufragio del barco imperfecto Karina Maldonado Portillo (UNAM) 18/04/2012 Tema relacionado: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=pmqKALQofNs (Universidad de Yale) Si el mar entraña misterio, la ciencia se ocupa en develarlo. A 100 años del trágico naufragio del Titanic, las teorías que intentan responder por qué se hundió el transatlántico con la mejor tecnología de la época siguen vigentes y con más ciencia que nunca.

Una de ellas, publicada recientemente por el Instituto de Física (IOP) de los Estados Unidos, analiza las circunstancias físicas en las que se desarrolló el hundimiento de la nave que pudieron influir para que gran parte de la tripulación falleciera en el suceso.

La teoría más aceptada establece que el barco se hundió a consecuencia de los daños ocasionados por el choque contra un iceberg; sin embargo,

132

gracias a nuevas herramientas que permiten recrear de diferentes maneras tanto el choque como el hundimiento, se han encontrado factores que habían pasado desapercibidos y que revelan que el encuentro con el iceberg pudo ocasionar una tragedia menor si las autoridades hubieran actuado con más astucia y seguridad.

El artículo del IOP, titulado “La tormenta perfecta”, toma en cuenta factores inherentes al barco como el tipo de material con que fue construido y concluye, después de analizar distintos estudios, que el acero empleado para hacer los remaches de la nave no era el idóneo.

“Los remaches no se colocaron de igual manera en las áreas planas que en las partes curvas por cuestiones de la forma del barco, de la ‘remachadora’ y por la tecnología; es decir, en algunos casos los remaches tuvieron que ponerse manualmente, lo cual pudo afectar en el choque”, explica Lauro Bucio Galindo, investigador especializado en metalurgia del IFUNAM.

La constitución y colocación de los remaches es relevante debido a que estos se utilizan para unir de forma permanente las placas de las embarcaciones. En un choque, las placas con remaches más resistentes solo resultan con algunas abolladuras, mientras que las unidas manualmente funcionan como una especie de bragueta que separa las placas y que, con cierta presión como ocurrió con el Titanic, abre una ruta para que el agua entre más fácilmente.

Sumado a ello, dice Bucio, la variación del metal en las placas de acero y los remaches influyó en gran medida en la tragedia ya que era “acero dulce, que tiene impurezas”, el cual es “de buena calidad pero no el mejor que había”.

El acero dulce es un tipo de acero que contiene una porción mayor de carbón. Entre sus características están su gran ductilidad y resistencia a la corrosión, y probablemente se utilizó para reducir costos.

De acuerdo con Bucio, la ductilidad es una propiedad de algunos materiales y, en especial, de las aleaciones como el acero que hace que se deformen sin romperse ante la aplicación de una fuerza-: “cuando aplicas una fuerza, los átomos se pueden deslizar fácilmente una capa sobre otra, como un chicle, pero cuando bajas la temperatura en lugar de tener ese comportamiento, los átomos provocarán una fractura”, como probablemente sucedió cuando el barco impactó con la roca de hielo.

A pesar de los adelantos en cuanto a teorías relacionados con la “física del hundimiento” y, en especial, a los materiales de construcción de la nave, siguen habiendo obstáculos que impiden hacer conclusiones determinantes.

No se sabe todavía qué tan fuerte fue el impacto del Titanic contra el iceberg, y sin ese dato, explica Bucio, resulta imposible calcular si, en efecto, mejores remaches hubieran servido. De cualquier modo, según el estudio del IOP, hubo un elemento más grave que los detalles de la construcción del barco.

El Titanic fue construido por la White Star Line con la mejor tecnología de ese entonces. Su competidora, Cunard Line, había logrado atravesar el océano en menos de una semana con el trasatlántico Lusitania en 1906. Debido a ello la White Star Line se propuso crear una mejor embarcación que superara las hazañas de la Cunard Line. El resultado fue Titanic, cuyo arrogante nombre lo decía todo: era el barco más grande y lujoso que se había creado hasta ese momento.

133

Bucio coincide en que “el principal factor para el hundimiento del Titanic fue la negligencia. No haber hecho caso a las advertencias de hielo en el mar, es decir, prevenir el choque. El segundo factor fue la constitución de la nave”.

“Hay que saber manejar las cosas que se construyen. Por más tecnología que se utilice en la construcción de un vehículo, si tú no lo manejas bien, éste se puede volver pedazos”, concluye el investigador.


APELLIDOS Y NOMBRE: _______________________________________________


1 Comprendo el principio de Arquímedes y de Pascal

2 Expreso asertivamente mis ideas oral y por escrito.

3 Relaciono el principio de Arquímedes con algunos fenómenos cotidianos.

¿Cuales?

4 Analizo cada una de las actividades realizadas.

5 Señala dos acciones que debes seguir realizando para que este aprendizaje quede bien cimentado.

_______________________________________________________________________________



N° PREGUNTA Respuesta

1 Experimentalmente, ¿cómo enunciaría el principio de Arquímedes?

2 ¿Qué es el peso aparente?

3 De la experiencia, ¿cómo se determinó la magnitud de la fuerza de empuje?

4 De qué parámetro(s) depende la presión hidrostática.

5 A partir de la experiencia, enuncie con sus propias palabras el principio de Pascal.

6 ¿Cuáles fueron las causas para el hundimiento del Titanic?

134


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: _______________________________

INTEGRANTES:

1. ___________________________________________

2. ___________________________________________

3. ___________________________________________

4. ___________________________________________

5. ___________________________________________

PUNTAJE



1 Utilizan con eficiencia el tiempo destinado a cada actividad


3 Cada integrante toma nota y participa en los cálculos y respuestas solicitadas

4 Dejan ordenado el espacio de trabajo


6 Dejan limpio los equipos

7 Dejan limpio el espacio de trabajo

135

SESIÓN # 12

ELECTROSTÁTICA

CONTENIDO GENERAL




136




Máquina de Wimshurst

Descripción

Esta montado en base aislante. Accionamiento mediante manivela y correa. Distancia entre chispas regulable. Dos condensadores de alta tensión, ensamblados con varillas recolectoras, diámetro de la rueda giratoria 300 mm como mínimo, distancia entre chispas hasta 120 mm, dimensiones mínimas: 350 x 250 x 450 mm.

Electroscopio

Anillo de apantallamiento con clavijero de 4 mm, para realizar conexiones a tierra, placa de condensador sobre varilla aislada, diámetro mínimo 130mm, montado sobre una carcasa trasparente con escala graduada.

Kit del Generador de Van de Graaf

(Diseño abierto: permite reconocer sus partes fundamentales, altura mínima de 55 cm, esfera conductora desmontable, diámetro mínimo de la esfera conductora: 20 cm, motor de accionamiento con velocidad de giro regulable, fuente de energía 220 V AC - 50/60 Hz, longitud mínima de las chispas: 20 cm.)

Esfera de 10 cm de diámetro como mínimo, montada sobre barra de metal, la base de metal con aislante de acrílico o similar, altura correspondiente al generador electroestático.

Barra de PVC, franela.

137


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Experimenta y reconoce la forma de electrizar los cuerpos, así como la acción de la fuerza eléctrica, el campo eléctrico y la carga eléctrica.

CAPACIDAD DE ÁREA

CONOCIMIENTO Aprendizajes esperados

INDICADORES


Relaciona la carga eléctrica, el campo eléctrico y la fuerza eléctrica.

Carga eléctrica, campo eléctrico y fuerza eléctrica.

Uso correcto de la máquina Wimshurst y el generador Van de Graaff.

Uso y aplicaciones de la electrostática.

Explica el fenómeno eléctrico producido en Ica durante el Terremoto del 2007.

Identifica a la carga eléctrica, fuerza eléctrica y campo eléctrico.

Identifica los elementos y aplicaciones del generador de Van de Graaff.

Identifica las partes y el funcionamiento de la máquina de Wimshurst.

Establece diferencias y características de los condensadores y supercondensadores a partir de una lectura.

Ficha de observación del trabajo experimental.

Máquina de Wimshurst, Electroscopio, Kit del Generador de Van de Graaff, Barra de PVC, franela.

Multimedia e internet.


Muestra interés e iniciativa en los trabajos experimentales. Emplea vocabulario adecuado para expresar sus opiniones y

muestra seguridad en sí mismo. Participa activamente en clase, siendo capaz de dialogar y

debatir ideas con fundamento. Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el


Lista de cotejo de actitudes.

Autoevaluación.

138




TIEMPO

MOTIVACIÓN

Para iniciar esta sesión, se presenta un video (http://www.youtube.com/watch?v=LvaNqQmXcwM&feature=related) donde se muestra la “luminiscencia” que se presentó el 15 de agosto del 2007 durante el terremoto producido en la parte sur de Lima (Pisco). Los estudiantes realizan comentarios e intercambian opiniones. Se registra las opiniones más importantes. (ANEXO N°1)


El docente plantea algunas preguntas fundamentales para el desarrollo posterior de esta sesión.

• ¿Qué es la materia?

• ¿Qué es el átomo?, ¿qué es la carga eléctrica?

• ¿Qué características tienen los cuerpos electrizados?

Los estudiantes emiten e intercambian sus opiniones que son registradas por el docente en la pizarra.

(ANEXO N°2)


El docente plantea la siguiente pregunta: ¿qué papel cumplen los pararrayos ante una tormenta eléctrica?

Los estudiantes plantean sus respuestas e hipótesis que finalmente son dilucidados con una actividad experimental.

(ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

El docente forma equipos de 4 ó 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo del otro equipo durante la sesión (Evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo).

Internet y multimedia.

Tiza y pizarra.

Generador Van de Graaf, piza metálica aislada.

Maquina de Winshurst, electroscopio, conductores, regla de plástico.

10 min

10 min

10 min

30 min

139

Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente.

Los estudiantes realizan experiencias utilizando la máquina de Winshurst y el generador de Van de Graaff.

(ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO

Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo.

Los estudiantes realizan una actividad científica utilizando un generador Van de Graaff. (ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y REALES

Se entrega la lectura cuyo nombre es: “Electricidad embotellada”. Los equipos organizados responden las preguntas planteadas y reflexionan aspectos importantes de la lectura. (ANEXO N°6)


Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido en esta sesión a partir de una ficha de metacognición. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN

Se entrega a los estudiantes una ficha de evaluación e inmediatamente después el veedor evalúa el desempeño grupal de los demás equipos. (ANEXO N°8)

Generador Van de Graaff, participantes.

Ficha de lectura.



20 min

20min

10 min

10 min




Lumbreras. Tomo II.

Sitios web revisados hasta junio del 2 012

1. www.fisica.uh.cu. 2. www.feiradeciencias.com.br. 3. http://phet.colorado.edu/.

140

ANEXO Nº 01


“ELECTROSTÁTICA”

ACTIVIDAD MOTIVANTE Se presenta un video donde se muestra la “luminiscencia” que se presentó el 15 de agosto del 2007 durante el terremoto producido en la parte sur de Lima (Pisco). Los estudiantes realizan comentarios e intercambian opiniones. El docente registra las opiniones más importantes. Se puede presentar videos similares que se presentaron en diferentes lugares del mundo cuando los eventos sísmicos se presentaron en la noche.

(http://www.youtube.com/watch?v=LvaNqQmXcwM&feature=related)

ANEXO Nº 02


El docente plantea las siguientes interrogantes (que serán fundamentales en el desarrollo de esta sesión): ¿qué es la materia?, ¿qué es el átomo?, ¿qué es la carga eléctrica?, ¿qué característica tienen los cuerpos electrizados? Los estudiantes participan democráticamente y se registran las ideas fundamentales para el desarrollo de la sesión. Puede utilizar recursos virtuales que explican las formas de electrizar a los cuerpos en la siguiente dirección electrónica de la universidad de Colorado. http://phet.colorado.edu/en/simulation/balloons

141


Genere el siguiente sistema con la ayuda de un generador de Van de Graaff y una

esfera de metal.

Haga funcionar el generador y describa lo observado. Manteniendo la posición de la esfera de metal acerque un objeto puntiagudo con

mango aislado a la esfera grande (ver la siguiente figura). Después de lo observado, ¿qué papel cumple el objeto puntiagudo?, ¿qué

semejanza existe entre el objeto puntiagudo y un pararrayos?


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta registrada en la siguiente actividad experimental. Secuencia de actividad 1. Considere una máquina desarrollada por ingeniero inglés James Whimshurst en

1883, y es considerada el punto culminante del desarrollo de máquinas electrostáticas. Las ventajas de la máquina de Whimshurst con respecto a sus antecesoras son su confiabilidad, fácil manejo y la gran tensión eléctrica que puede producir, en el orden de los kV. Reconozca las partes principales de máquina de Whimshurst que tienes en tu laboratorio

142

2. Poner en operación la máquina de Whimshurst, teniendo cuidado de no tocar sus

partes metálicas. Solo se debe girar la manivela K y mantener separadas las esferas A y B.

3. Hacer una prueba de operación de la máquina acercando las esferas una distancia de 0,5 cm. ¿Se produce una descarga en forma de chispa? Si es afirmativa su respuesta entonces la máquina está operando normalmente.

4. Separar las esferas una distancia de 5 cm y luego de 10 cm. Describa lo observado. ¿Por qué se produce una descarga eléctrica?

5. Poner en contacto ambas esferas, ¿qué observas? ¿dónde se acumuló la carga? 6. Conecte la máquina de Wimshurst a un electroscopio, gire la manivela k y observe

el efecto sobre el electroscopio. Describa lo observado.

ANEXO Nº 05 APLICANDO OTRA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

Con el fin de ampliar nuestros conocimientos de los fluidos, los equipos realizarán la siguiente actividad.


1. Reconoce las partes del generador que tienes en tu Laboratorio.

2. Encienda el generador (con 220 v) y toque la bola de descarga.

3. Acerque y toque el electrodo central de un electrodo. Describa y explique lo observado.

D1,D2 : Discos de acrílico a : Láminas de aluminio C,C´ : Cepillos F : Barra aislada m,n : Colectores de carga L,L´ : Botellas de Leyden R,R´ : Poleas K : Manivela A,B : Esferas S,S´ : Soportes aislantes de madera

El rodillo inferior gira y al estar en contacto con la faja genera cargas eléctricas que son llevadas a la parte superior y depositada en la esfera. La producción de carga no se produce por fricción sino por el efecto de triboelectricidad (electricidad por contacto y separación de dos materiales tribo eléctricamente opuestos).

143

4. Si no tuvieras un pozo a tierra, puedes utilizar de forma alternativa, una cañería de agua metálica o las varillas de construcción que están sepultadas en el cimiento.

5. Sobre una caja de madera (aislante eléctrico) coloca a una persona de cabello largo que toque la esfera.

6. Enciende el generador, observen lo que sucede con su cabello. 7. Otra prueba con el generador electrostático es acercar la mano a la esfera cargada.

Se producirá una descarga. Tener en cuenta que la corriente generada es de algunos miliamperios pero el voltaje puede llegar a 50 kV.


El docente invoca a los estudiantes a responder las preguntas planteadas a partir de la lectura.

1. ¿Qué características tiene un condensador? 2. ¿Cuál es la diferencia entre una batería y un condensador? 3. ¿Qué diferencia existe entre los condensadores convencionales y los

supercondensadores. 4. ¿Qué función cumplen los nanotubos de carbono?

Lectura

Electricidad embotellada A. González Arias (Profesor de la Universidad de la Habana – Cuba)

Durante muchos siglos primero el barro, y después el vidrio, fueron los materiales preferidos para confeccionar botellas; hoy día los plásticos han tomado la delantera. Es posible embotellar productos muy diferentes: vinos, limpiadores, aceites, jarabesW en fin, cualquier líquido que a Ud. se le ocurra. PeroW ¿también la electricidad?

144

Pues resulta que si. La electricidad -o mejor dicho, las cargas eléctricas- también se pueden ‘embotellar’. Pero las vasijas que se emplean con este fin se llaman de otra forma: condensadores o capacitores. En una botella de Leyden (figura adjunta) las cargas generadas en una fuente adecuada se conducen mediante un alambre conductor hacia la armadura de plomo en el interior de la botella, a través de un tapón aislante. Esas cargas inducen cargas de signo contrario en la superficie exterior, incapaces de atravesar el vidrio, también aislante. Al retirar el alambre, quedan almacenadas dentro de la botella. Si posteriormente se une el interior a tierra con un conductor, las cargas de signo contrario tenderán a neutralizarse, estableciéndose una corriente eléctrica capaz de entregar energía, a veces en forma de chispa. De ahí que, al igual que las pilas y baterías, los condensadores son capaces de almacenar la energía eléctrica para ser utilizada cuando se le necesite. La diferencia esencial entre un condensador y una batería es que los primeros pueden entregar la energía almacenada mucho más rápidamente (entre 10 y 1000 veces). Esto se debe a que los condensadores guardan la energía en el campo eléctrico creado entre las cargas. La respuesta del campo es mucho más rápida que la de una reacción química, sistema utilizado en las baterías. Sin embargo, en igualdad de volumen, la capacidad de almacenamiento de un condensador no alcanza al de una batería, que actualmente es de 10 a 100 veces mayor.

Supercondensadores Los condensadores modernos han evolucionado considerablemente a partir de la botella original de Leyden. Los supercondensadores de nueva generación, también denominados supercapacitores o ultracondensadores pueden almacenar, en un pequeño volumen, una carga miles de veces mayor que la de sus predecesores inmediatos. En términos energéticos representa unas 10,000 veces más energía eléctrica que la de los condensadores convencionales, y miles de millones de veces más de la que se podía almacenar en la botella de Leyden aplicando el mismo voltaje. Un condensador convencional utiliza un aislante o dieléctrico entre las armaduras metálicas para incrementar la capacidad. En la botella de Leyden el aislante era el vidrio. En diseños posteriores se emplearon óxidos y otras sustancias, y también disoluciones o lodo electrolítico. De no poseer el dieléctrico intermedio, el volumen del condensador aumenta considerablemente. Para obtener una capacidad de 1 microfarad sin emplear dieléctricos y electrolitos se necesitaría una esfera metálica con un radio de 9000 km, superior al radio de la Tierra (≈ 6400 km). Los supercondensadores no emplean aislantes convencionales como el vidrio entre las armaduras. Utilizan polvo de carbón activado bañado por un electrolito, en regiones divididas por un separador (figura adjunta). El carbón activado es una sustancia muy porosa, similar a una esponja microscópica. Gracias a esta estructura, la superficie por unidad de masa es mucho mayor que en una superficie lisa. Equivale a un condensador convencional con un área de sus armaduras considerablemente mayor, lo que permite incrementar la capacidad de almacenar cargas en un volumen pequeño.

145

Son fáciles de fabricar y se cargan por completo en apenas unos minutos. Pueden hacerlo más de un millón de veces, superando las baterías convencionales de plomo y ácido que no suelen llegar a mil ciclos de recarga. Su principal desventaja es que sólo pueden trabajar a un voltaje comparable al de una pila de linterna, no más de 2 ó 3 volt. Para voltajes mayores hay que usar arreglos en serie. La figura 3 muestra un arreglo de supercondensadores de potencia con una capacidad de 100 farad a 15 volt. El grosor de los contactos de cobre indica que es capaz de entregar una gran corriente a ese voltaje. Los supercondensadores se emplean como capacitores de arranque en motores de gran potencia como rastras y locomotoras. También se usan en los ‘flash’ de las cámaras fotográficas, en teléfonos celulares, linternas y equipos media player portátiles. En los prototipos de vehículos eléctricos de baterías se utilizan para aportar un empuje extra durante la aceleración o para subir una cuesta. Nuevos proyectos En los supercondensadores contemporáneos los poros son irregulares en tamaño y forma, lo cual reduce la eficiencia, pues no siempre pueden acomodar satisfactoriamente el componente electrolítico. Modelos experimentales recientes desarrollados en el Instituto Tecnológico de Massachussets emplean nanotubos de carbono alineados verticalmente para multiplicar la superficie activa. Los nanotubos poseen una forma regular y una anchura de solo varios diámetros atómicos. Proporcionan un área efectiva mucho mayor y un incremento notable en la capacidad de almacenar cargas. Su diámetro es la tercera parte de la diezmilésima de un cabello, y su longitud 100,000 veces mayor que su espesor. Usando una tecnología diferente, el proyecto europeo HESCAP (Sistema de Almacenamiento de Energía basado en supercondensadores de Alta Energía y Densidad de Potencia) busca mantener la larga vida útil de los supercondensadores actuales y multiplicar casi por diez su capacidad de almacenamiento para crear sistemas más eficaces de reservas de energía. La nueva tecnología se basa en descubrimientos recientes sobre las propiedades de nanopartículas de óxidos. Estas partículas muestran un comportamiento promisorio cuando se conforman como una membrana nanoporosa. .

146

ANEXO Nº 07



¿Cómo puedo relacionar la nueva información con las

tormentas eléctricas?

¿Qué habilidades he puesto en práctica

para el desarrollo de esta actividad?

¿Dedico suficiente atención y

concentración a lo que hago?

147


Respondo con honestidad Apellidos y nombres: _____________________________________________

1. Explica el fenómeno eléctrico producido en Ica durante el Terremoto del 2007. 2. ¿Cuales son los elementos de un generador de Van de Graaff? Menciones

tres aplicaciones. 3. Describe el funcionamiento de la máquina de Wimshurst. 4. Establece una relación entre los condensadores actuales y la botella de

Leyden.


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: ___________________________________

INTEGRANTES:

1. __________________________________________________

2. __________________________________________________

3. __________________________________________________

4. __________________________________________________

5. __________________________________________________

PUNTAJE




3 Cada integrante demuestra curiosidad en el desarrollo de la clase.





148

SESIÓN # 13

ELECTRICIDAD

CONTENIDO GENERAL




149




Multimetro y resistores

Multimetro

Puede usarse separadamente los voltímetros, amperímetro y ohmímetro o simplemente un multímetro digital o analógico.

Interruptores, cables de conexión, alicate, cuchillas.

Fuente de voltaje

Se utilizará la fuente de voltaje que se cuente en el laboratorio

150


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Analiza la relación entre las resistencias eléctricas, la intensidad de corriente y la diferencia de potencial en circuitos resistivos en serie y en paralelo.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


- Analiza teóricamente experimentalmente la ley de Ohm.

Corriente eléctrica.

Resistencia eléctrica.

Diferencia de potencial.

Ley de Ohm. Circuitos en

serie y en paralelo.

- Utiliza correctamente los instrumentos eléctricos (multímetro).

- Relaciona las variables resistencia, diferencia de potencial e intensidad de corriente eléctrica en la ley de Ohm.

- Infiere relaciones en circuitos resistivos para hallar la resistencia equivalente.

- Reflexiona a partir de la lectura titulada: "Al límite de lo inalámbrico: la electricidad sin cables".

- Ficha de trabajo.

- Lista de cotejo

- Multímetro, Interruptores, cables de conexión, alicate, cuchillas, Fuente de voltaje con CC y AC.


Muestra disposición e interés en la sesión de física. Expresa con propiedad sus opiniones y muestra seguridad en sí

mismo. Participa activamente en clase, siendo capaz de dialogar y debatir

ideas con fundamento. Cuida y da buen uso a los materiales y medios utilizados en el


Ficha de meta cognición y Autoevaluación.

151




TIEMPO

MOTIVACIÓN

El docente hace una breve descripción histórica del desarrollo de la electricidad. Muestra una presentación en formato Calaméo.

Los estudiantes realizan comentarios e intercambian opiniones. El docente registra las opiniones comunes.

(ANEXO N°1) RECOJO DE SABERES PREVIOS

El docente plantea las siguientes interrogantes relacionados con la presente sesión: 1. ¿qué elementos de un circuito relaciona la ley de Ohm? 2. ¿qué características tiene la resistencia eléctrica, la

diferencia de potencial y la corriente eléctrica? Los estudiantes emiten e intercambian sus respuestas que son registradas por el docente en la pizarra. (ANEXO N°2)

GENERACIÓN DE CONFLICTO COGNITIVO El docente plantea el siguiente fenómeno real: un avión de pasajeros que se encuentra volando bajo una tormenta es impactado por un rayo, ¿qué sucederá con el avión y los pasajeros después impacto? Los estudiantes formulan sus hipótesis y el docente registra en la pizarra. Se realiza una experiencia demostrativa con la jaula de Faraday. Luego se visiona el siguiente video, cuya dirección electrónica es la siguiente:

http://www.youtube.com/watch?v=nGaxDW9DQ68.

Al final del video el docente conjuntamente con los estudiantes dilucidan el problema planteado.

(ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente forma equipos de 4 ó 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente, donde los

Tiza y pizarra.

Tiza y pizarra

Internet, multimedia, proyector, ecran.

Multímetro, Interruptores, cables de conexión, alicate, cuchillas, Fuente de voltaje con


152

estudiantes: aprenden a calibrar los instrumentos eléctricos. aprenden a medir las medidas de los resistores. comprueban la ley de Ohm. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo. Los estudiantes resuelven problemas asociados a la electrodinámica. (ANEXO N°5).


REALES. Se entrega la lectura titulada “Al límite de lo inalámbrico: la electricidad sin cables”. Los equipos leen dicha lectura y responden las preguntas planteadas en el anexo 6. (ANEXO N°6)


APRENDIDO Se entrega una ficha de metacognición a partir del cual los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido en esta sesión. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega una ficha de evaluación y finalmente cada veedor realiza una evaluación a los demás equipos a partir de una serie de preguntas consignadas en una ficha. (ANEXO N°8)

CC y AC.

Ficha de problemas y ejercicios.

Ficha de lectura.



20 min 20min 10 min 10 min



Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 5. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo II.


153

ANEXO Nº 01


“ELECTRICIDAD”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

Se hace una breve exposición acerca del desarrollo histórico de la energía eléctrica.

Los estudiantes participan y enriquecen la presentación del docente. Resaltan la contribución de la energía eléctrica en el bienestar de la sociedad.

ANEXO Nº 02


A partir de la secuencia anterior el estudiante responde las siguientes interrogantes: ¿qué es la corriente eléctrica? ¿qué es la diferencia de potencial? ¿qué es la resistencia eléctrica? Enuncie la ley de Ohm.


¿Probar un conductor con la vela conectado a un voltímetro?

El docente plantea el siguiente fenómeno real: Un avión de pasajeros que se encuentra volando bajo una tormenta es impactado por un rayo, ¿qué sucederá con el avión y los pasajeros después impacto? Los estudiantes formulan sus hipótesis y el docente registra en la pizarra. Se realiza una actividad experimental asociada a la distribución de la carga eléctrica. Para esto se utiliza el kit de electricidad y magnetismo donde se encuentra la jaula de Faraday. Seguidamente se visiona el siguiente video, cuya dirección electrónica es la siguiente: http://www.youtube.com/watch?v=nGaxDW9DQ68.

154


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta registrada en la siguiente actividad experimental. Secuencia de actividad

1. Calibrando el multímetro Antes de efectuar medidas de resistencias con el multímetros se requiere calibrar dicho instrumento. Se indican los pasos a seguir:

2. Colocar el selector en el rango Rx10, que corresponde a los ohmios (fig. 1) 3. Poner en contacto ambas puntas de prueba del multímetro. La aguja deberá

deflectarse hasta el valor cero “0” (fig. 5) 4. Si la aguja no marca cero “0” (fig. 4), girar la perilla del calibrador que se

encuentra en la parte superior izquierda (fig. 3) hasta ubicar la aguja en cero. 5. Midiendo Resistencias

Antes de medir una resistencia, el circuito donde se encuentra, no debe estar conectado, o si es posible, debe estar aislado del circuito.

El multímetro debe estar calibrado previamente.

Si se desconoce el valor de resistencia, colocar el selector a un valor grande.

155

Colocar las puntas de prueba en los extremos de la resistencia. No interesa la polaridad en edición de resistencias.

Comprobando la ley de Ohm

1. Utilizaremos los equipos del Kit de Electricidad y Magnetismo. (también se puede utilizar los materiales equivalentes que se tiene en su laboratorio).

2. Para el desarrollo de la experiencia utilizaremos diagramas simplificados de los materiales e instrumentos. Estos serán representados como a continuación se indican.

3. El multímetro tiene las funciones de voltímetro, ohmímetro y amperímetro.

4. Para la resistencia utilizaremos:

5. Para el interruptor:

6. Para la fuente de alimentación usaremos:

7. La ley de Ohm establece que para una resistencia R y un voltaje V aplicado,

aparece una intensidad de corriente I, donde se cumple la relación: I = V/R 8. Tomaremos la resistencia de 50 Ω mediremos su resistencia como se indica en el

punto 4. 9. Efectuaremos el siguiente arreglo experimental.

156

10. Colocar el multímetro en la función de Amperímetro y en la mayor escala 250 mA. El lado positivo de la fuente va hacia el lado positivo del multímetro (color rojo).

11. Si el multímetro es colocado en forma incorrecta la aguja retrocederá, pudiéndose dañar el instrumento.

12. Comenzar con un valor de voltaje de la fuente de 1,5 V y continuar hasta llegar a 9V. El valor de I se lee directamente del multímetro. El valor de R es el mismo (50 Ω) siempre. Completar la siguiente tabla:

R (Ω) V

(voltios) I

(amp.) V/R

50 1,5 50 3 50 4,5 50 6 50 9

13. De las medidas realizadas: ¿se cumple que I=V/R? 14. Si tu respuesta es afirmativa has comprobado la ley de Ohm. 15. Haz una gráfica V-I. ¿Qué nos indica la pendiente de esta gráfica?


Los equipos organizados proceden a resolver los siguientes problemas planteados:

1. Un conductor metálico de 8 Ω tiene una longitud de 2 m y una sección de 4 mm2. ¿Cuál es la resistividad de dicho conductor?

2. Dos elementos resistivos cuando son conectados en serie dan como equivalente 90 Ω y cuando son conectados en paralelo dan como resultado 20 Ω. ¿Qué intensidad de corriente eléctrica circula por uno de ellos cuando están en paralelo y conectado a una batería de 120 V?

3. En el circuito mostrado, determine la relación Rab/Rcd, siendo Rab la resistencia eléctrica equivalente entre "a" y "b" y Rcd la resistencia eléctrica equivalente entre "c" y "d".

a

b

c

d

R R 2R

R R R

2R 6R

157

4. Un conductor metálico de 20 Ω tiene una resistividad eléctrica que es la tercera

parte de otro conductor, siendo su longitud la mitad de éste. Si ambos tienen la misma sección. ¿Cuál es la resistencia eléctrica del otro conductor?

5. En el circuito mostrado en la figura, determine las lecturas del amperímetro y del voltímetro, respectivamente.

ANEXO Nº 06

TRANSFERIMOS NUESTRO CONOCIMIENTOS A TEMAS RELACIONADOS

El docente invoca a los estudiantes a responder las preguntas planteadas respecto a la lectura adjunta.

1. ¿Cómo se origina la telecomunicación? 2. ¿Qué significa el concepto de “resonancia”? 3. Explique en qué consiste el aparato sin cable que construyeron los físicos de MIT.

¿Cuál es el principio físico de su funcionamiento? 4. ¿Cuál sería el impacto sobre la sociedad las nuevas formas de generar energía

eléctrica?

LECTURA

Al límite de lo inalámbrico: la electricidad sin cables O. de Melo Profesor principal de la Universidad de la Habana Stefan Zweig, el célebre escritor austriaco la incluyó como uno de los 14 momentos estelares de la humanidad que cuenta en su famoso libro: la unión cablegráfica entre Europa y América. Cuenta el autor el extraordinario esfuerzo y la voluntad que requirió sumergir el primer cable trasatlántico desde Irlanda hasta Terranova a mediados del siglo XIX. De un buen tiempo a esta parte, sin embargo, se han estado eliminando los cables. Todo empezó con la radio y las primeras tecnologías inalámbricas con las que se comenzó a enviar casi todo tipo de información a través del éter. Este de éter es por cierto un término que proviene de cuando no se sabía que las ondas electromagnéticas a diferencia de las olas del mar viajan sin necesidad de que alguna sustancia las transporte. Ahora ya se sabe que el éter no es nada y que no hace falta su existencia, pero ha quedado la frase “a través del éter” como una manera de llamar a lo que ahora de manera moderna conocemos como comunicación inalámbrica o también telecomunicación. Viene a ser una comunicación a través de la nada, o mas científicamente hablando a través del campo electromagnético. Pues decía que empezaron a transmitirse primero el radio y luego la televisión; en ellos el sonido y la imagen venían por el aire y eran captados por las antenas. Después se han sucedido las comunicaciones satelitales, los teléfonos móviles, el mando a distancia del televisor, el bluetooth, el infrarrojo, el wifi, o sea toda una

158

avalancha de sistemas diferentes cuyo punto en común es uno: no necesitan cables. Todos ellos son medios de enviar información, o sea de enviar una señal o una secuencia más o menos compleja de señales. Todavía coexisten con los cables de cobre y sobre todo con las llamadas fibras ópticas que aún mantienen grandes ventajas en cuanto a rapidez, por ejemplo, de las comunicaciones. De hecho la historia de Stefan Zweig sobre los cables submarinos se repite ahora con las fibras ópticas submarinas que tejen toda una red en el fondo de los mares. Hasta ahora todas las aplicaciones inalámbricas conocidas tienen otro punto en común, que transportan poca potencia. O al decir de los ingenieros eléctricos, que “no transportan potencia”. Esto se traduce en que las comunicaciones inalámbricas que se conocen hoy llevan sólo información con poquísima energía. Lo que se conoce como potencia, o sea lo que mueve un motor o enciende una luz intensa, se sigue enviando por cables. ¡Que ventaja tan grande representaría poder enviar la potencia también a través de la nada! Imagínense nada más que no hubiera que gastar en cableado de cobre, que no hiciera falta los tomacorrientes, ni las tuberías eléctricas dentro de las casas. Que simplemente colocáramos nuestro efecto electrodoméstico en cualquier lugar, sin conectarlo a nada, y ¡zas!, la energía le llegara por el aire. Que las calles no tuvieran red eléctrica, ni aérea ni soterrada, que no se necesitaran las baterías, que los teléfonos y las cámaras se recargaran sin tener que conectarlos a nada. Resulta que esto que parece ciencia ficción es una idea casi tan vieja como la propia electricidad. Fue un famoso científico serbio, Nicola Tesla, uno de los pioneros del estudio y desarrollo de la electricidad y el magnetismo quien propuso, tan temprano como a fines del siglo XIX, un sistema para enviar energía eléctrica a todas partes desde una torre, ¡inalámbricamente! Dicen que su proyecto comenzó a realizarse, y no sabemos si por resultar impráctico o simplemente porque el patrocinador se dio cuenta de que sería complicado en aquella época cobrar un servicio ofrecido de esta manera, fue interrumpido. Pues resulta que recientemente, unos físicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), idearon un sistema inalámbrico para enviar potencia. El sistema se basa, como todas las comunicaciones inalámbricas, en uno de los conceptos más importantes de la física: la resonancia. De manera simplificada este concepto tiene que ver con el hecho de que los sistemas eléctricos o mecánicos tienen una frecuencia propia o característica de oscilación. Es fácil comprobar tal cosa al observar el movimiento de un columpio, y verificar que el tiempo que demora un vaivén completo es siempre el mismo, no importa mucho si lo impulsamos más o menos. Si quisiéramos modificar ese tiempo tendríamos que cambiar el columpio, por ejemplo hacerlo más largo o más corto. Ocurre también que un sistema oscilante termina por detenerse con el tiempo si no se le repone la energía que va perdiendo a medida que se mueve. Por eso es que siempre vemos a los padres detrás de los columpios de los niños, meciéndolos. Los padres, saben por experiencia que para entregar energía al columpio eficientemente, no deben hacer un gran esfuerzo, sino dar ligeros empujoncitos con la misma frecuencia del movimiento del columpio. Están aplicando intuitivamente el concepto de resonancia: para entregar energía eficientemente a un sistema que oscila como el columpio, hay que hacerlo con una frecuencia igual a la frecuencia característica del sistema. Estos físicos del MIT construyeron un aparato que encendía una bombilla luminosa de 60 Watts sin conectarla directamente a ningún cable, sino remotamente desde unas bobinas de alambre separadas dos metros de la bombilla. Claro que un inconveniente peligroso nos puede venir a la mente: si en vez de la bombilla soy yo el que me coloco en su posición, ¿no será que me voy a “achicharrar”? Pues no, y ahí es donde entra el concepto de la resonancia; la frecuencia de la radiación es tal que sólo da energía eficientemente a la bombilla, siendo indiferente para los demás objetos, incluyendo a las personas.

159

Parece que estas pruebas son el comienzo de algo todavía incipiente y prematuro, y aunque seguramente seguiremos con las espigas y los tomacorrientes todavía durante mucho tiempo, vale la pena seguirle la pista a estos trabajos que pueden en el futuro revolucionar muy beneficiosamente la forma en que recibimos la energía eléctrica.

160

ANEXO Nº 07



N° ME DETENGO UN MOMENTO PARA EXAMINAR MI PROCEDER

Responde

1 ¿Se logró el desarrollo de la capacidad planteada inicialmente? ¿Por qué?

2 ¿Qué conozco del tema? ¿Qué conclusiones puedo sacar del tema de hoy?

3 ¿Cuánto comprendí de las instrucciones? ¿Qué estrategias has usado para resolverlo?

4 ¿Qué rol asumo en los grupos de trabajo? ¿En qué puedo superarme?


Evaluando el aprendizaje esperado Apellidos y nombres: __________________________________________________

1. De la siguiente tabla relaciona cada instrumento de medida con su unidad y la forma de medición.

Instrumento Unidad Forma de medición en un circuito

Amperímetro Ohmímetro Voltímetro

2. Enuncie la ley de Ohm. 3. El siguiente circuito forma parte de un circuito más complejo. Determine la

resistencia equivalente.

4. Si por la resistencia de 4 circula una corriente de 10 A, determina la corriente que circula por las otras dos resistencias.

161

5. Si por la resistencia de 4 Ω circula una corriente de 10 A, determina la corriente que circula por las otras dos resistencias.

6. Reflexiona a partir de la lectura titulada: "Al límite de lo inalámbrico: la electricidad sin cables".

7. Realice un breve resumen a partir de la lectura planteada en esta sesión.


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: ____________________________________

INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE










162

SESIÓN # 14

ELECTROMAGNETISMO

CONTENIDO GENERAL




163


Brújula Cobre

Fuente de voltaje

Imán

164



Una brújula De preferencia se requiere de brújulas pequeñas.

Imán De barra

Alambre de cobre

Cobre número 18

Fuente de voltaje continua o baterías de 9 v

Fuente de energía de 0-15 v

Una bobina

Un multímetro

Conductores

Un inductor

165


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Analiza la relación entre la corriente eléctrica y el magnetismo.

Comprende el fenómeno de generar electroimanes.

Comprende que el campo magnético es generados por la corriente eléctrica y viceversa.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Demuestra la relación entre la electricidad y el magnetismo.

Interpreta el sentido y significado del nano magnetismo y el cáncer a partir de una lectura.

Ley de Faraday. Ley de Oersted. Ley de Lenz. El magnetismo y

el cáncer.

Identifica que magnetismo y la electricidad son diferentes manifestaciones del mismo fenómeno.

Comprende que el magnetismo se debe a corrientes eléctricas en el interior de los cuerpos.

Comprende el fenómeno de inducción electromagnética.

Analiza la lectura asociada al nano magnetismo y el cáncer.



Una bobina, imán, brújula, alambre de cobre, fuente de voltaje. Multímetro, conductores, inductores y un equipo multimedia.


llega puntualmente y respeta los turnos de participación. Ayuda a sus compañeros. Muestra empeño al realizar sus tareas y toma iniciativa en las

actividades. Participa permanentemente y pregunta frecuentemente.

Lista de cotejo.

Escala de actitudes.

166




TIEMPO

MOTIVACIÓN

El docente expone acerca del origen y desarrollo histórico del magnetismo, su relación con la electricidad y su impacto en el desarrollo de la ciencia y tecnología moderna.

Se presenta una imagen de un refrigerador y plantea la siguiente pregunta: ¿por qué se pega un imán a una refrigeradora?, ¿sucedería lo mismo con cualquier otra superficie metálica?

Los estudiantes responden e intercambia opiniones.

(ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS El docente plantea una serie de interrogantes respecto a los fenómenos magnéticos, la relación de la corriente eléctrica con el magnetismo y los fenómenos magnéticos de la Tierra. Los estudiantes emiten e intercambian sus opiniones que son registradas por el docente en la pizarra. Se resalta la participación y opiniones más importantes. (ANEXO N°2)


Se realiza la siguiente interrogante, ¿puede encender un foco sin conectar a una fuente de alimentación de energía eléctrica? Los estudiantes formulan sus hipótesis y el docente registra en la pizarra. Finalmente con la ayuda de un inductor electromagnético, el docente realiza una experiencia y comprueba las hipótesis de los estudiantes. (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente forma equipos de 4 ó 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO.

Imágenes o ppt.

Tiza y pizarra.

Un inductor

Brújula, batería de 9 v o fuente de voltaje, conductores.


167

Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 y siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo.

(ANEXO N°5).


REALES. Se entrega una lectura respecto al “Nanomagnetismo y el cáncer”. Se plantea preguntas respecto a la lectura y los equipos responden con la orientación del docente. (ANEXO N°6)


Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido. Se entrega una ficha de metacognición. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega una ficha de evaluación individual y finalmente el veedor de cada equipo realiza la correspondiente evaluación a los demás equipos.

(ANEXO N°8)

Bobina, amperímetro imán de barra.

Ficha de lectura.



20 min 20min 10 min 10 min


1. Serway, R. Jewett, J. (2 009). Física. México. Editorial CENGAGE Learning 2. Wilson, J. Buffa, A. Lou, B. (2009). Física General. México. Editorial Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 5. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO.(2 004). Lima. Editorial

Lumbreras. Tomo II.


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ANEXO Nº 01


“ELECTROMAGNETISMO”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

En principio, el docente hace una breve exposición acerca del origen y desarrollo histórico del magnetismo, su relación con la electricidad y su impacto en el desarrollo de la ciencia y tecnología moderna.

El docente presenta un refrigerador y plantea la siguiente pregunta: ¿por qué se pega un imán a una refrigeradora?, ¿sucedería lo mismo con cualquier otra superficie metálica?

Los estudiantes responden e intercambia opiniones.

ANEXO Nº 02


El docente plantea las siguientes interrogantes: 1. ¿qué sabe usted acerca de las características de un imán? 2. ¿qué es el campo magnético y cómo se describe? 3. ¿qué sabe usted del campo magnético terrestre? 4. ¿qué relación existe entre la corriente eléctrica y el magnetismo?


Se realiza la siguiente interrogante, ¿puede encender un foco sin conectar a una fuente de alimentación de energía eléctrica? Conecte un inductor electromagnético a una fuente de 220 v y un foco de 1.5 v (como se muestra en la figura 1), desplace verticalmente dentro del núcleo del inductor (ver figura 2). ¿Qué observa? Explique este fenómeno.

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Figura 1 Figura 2


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta planteada en la actividad que sigue. Secuencia de actividad 1. Conecte la batería a los conductores y arme el montaje mostrado en la siguiente

figura. Coloque la brújula debajo de los conductores. Analice lo que sucede con la orientación de la brújula cuando la corriente eléctrica es perpendicular y paralela a la dirección del polo norte de la brújula. Describa lo observado.

2. ¿Qué efectos tiene la corriente eléctrica sobre la brújula? 3. Si el conductor cambia de dirección, ¿cómo se orienta la brújula? Justifique lo

observado. 4. ¿Cómo se orienta la brújula respecto a la dirección del conductor? 5. Un conductor donde circula la corriente eléctrica, ¿puede considerarse un imán?

Justifique su respuesta. 6. Mencione algunos fenómenos y aplicaciones a partir de esta actividad

experimental.

170

ANEXO Nº 05

APLICANDO OTRA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

Con el fin de complementar parte de la teoría electromagnética, los equipos organizados realizarán la siguiente actividad.


1. De la experiencia anterior se estableció que la corriente eléctrica genera un campo magnético, ¿el campo magnético generará corriente eléctrica? Si es así, ¿de qué naturaleza debe ser el campo magnético generado? Plantee una hipótesis.

2. Utilizando una bobina, un amperímetro y los conductores arme el siguiente

montaje.

3. Acerca el imán muy lentamente dentro de la bobina sin tocarlo, el campo magnético generado por el imán, ¿generará corriente eléctrica? Describa lo observado.

4. Ahora introducimos y sacamos el imán de la bobina, ¿generará corriente eléctrica? Describa lo observado. ¿Será lo mismo si acercamos el imán por la parte norte o la parte sur? Experimente y describa lo observado.


El docente invoca a los estudiantes a responder las siguientes preguntas planteadas a partir de la lectura.

1. ¿Qué ventajas tiene el nanomagnetismo sobre el tratamiento tradicional (quimioterapia) del cáncer?

2. Con sus palabras, explique cual es el mecanismo de las partículas magnetizadas sobre las células cancerígenas.

3. De sus investigaciones, mencione otras aplicaciones de las partículas nano magnéticas.

Lectura

NANOMAGNETISMO Y EL CANCER Dr. A. González Arias4

4 Profesor principal de la universidad de la Habana (Cuba).

171

El inconveniente de la mayoría de las quimioterapias que combaten el cáncer es que son poco específicas. Al aplicar por vía intravenosa uno de estos productos, se dispersa en todo el organismo y ataca tanto al tumor como a las células sanas; aparecen así efectos secundarios indeseables, con perjuicio para el paciente. Es por eso que desde hace años se buscan vías alternativas para controlar la aplicación y el efecto de estos preparados con mayor precisión. Si fuera posible situar el medicamento sólo allí donde se le necesita, el remedio sería mucho más efectivo. Habría un menor peligro de dañar células sanas, y la cantidad de producto a utilizar se vería muy reducida, al igual que sus efectos secundarios.

Las primeras ideas asociando las partículas magnéticas microscópicas y los tumores malignos no son recientes; fueron publicadas hace unos 40 años. Sin embargo, no fue hasta principios de siglo que en las revistas especializadas comenzaron a aparecer regularmente artículos relacionando la nanotecnología con el magnetismo, la bioquímica y el cáncer. Un artículo de revisión publicado en 2009 cuyo primer autor es QuentinPankhurst, profesor del UniversityCollege London y director del Davy-Faraday ResearchLaboratory, lista más de 110 artículos reportando estudios de nanomagnetismo aplicado a células y animales.

Lo básico en estas investigaciones es buscar como enlazar de forma estable y biocompatible una nanopartícula magnética con algún fármaco citotóxico, que destruya las células cancerosas. Las micropartículas mixtas así obtenidas se agregan a un líquido adecuado para formar un ferrofluído con las partículas en suspensión. El fluido se introduce en el sistema circulatorio, y conjuntamente se aplica un campo magnético externo para atraer las partículas magnetizadas hacia la región del cuerpo donde se desea concentrar el citotóxico.

La intensidad del campo aplicado debe variar con la distancia de forma apreciable, pues la fuerza magnética que actúa sobre las partículas no es proporcional a la intensidad del campo magnético, sino a su gradiente; es decir, a cuán rápido varía esa intensidad con la distancia. Una vez que el complejo fármaco-nanopartícula se concentra en el tumor, el medicamento se libera por algún procedimiento químico o físico, usualmente agregando otro fármaco que haga variar la actividad enzimática, la acidez del medio, o cambiando la temperatura del tumor.

La figura muestra una célula cancerosa rodeada de pequeñas nanopartículas magnéticas mucho más oscuras, recubiertas de un péptido -molécula similar a una proteína- que tiene preferencia por algunos tipos de células de cáncer ovárico. Durante una investigación al efecto, realizada en 2008 en el Georgia Institute of Technology, se logró evaluar la biocompatibilidad añadiendo una sustancia fluorescente de color verde a células cancerosas. Esas células se introdujeron posteriormente en la cavidad abdominal de ratones de laboratorio, junto a partículas nanomagnéticas teñidas previamente de rojo. Al aplicar un campo magnético en el abdomen de los ratones apareció bajo la piel del vientre un área bien definida de resplandor verde-rojizo, indicando que las nanopartículas se habían enlazado a las células cancerosas, arrastrándolas hasta el imán.

172

Existen muchos factores que influyen en el resultado final y por tanto deben ser estudiados en cualquier investigación. Entre estos se encuentran las características del flujo sanguíneo, la concentración de ferrofluído, el grosor de los tejidos, la distancia hasta el origen del campo magnético, la reversibilidad del enlace fármaco-nanopartícula y el volumen del tumor.

Otras aplicaciones de las partículas nanomagnéticas son la de realzar las imágenes de Resonancia Magnética Nuclear y la de separar diferentes tipos de células en algunos estudios biológicos.

Esta última técnica emplea nanopartículas sólo compatibles con el tipo de célula que se desea separar. Después que la partícula forma un vínculo estable con la entidad biológica deseada, la extracción se lleva a cabo en un medio líquido, haciendo pasar el fluido por algún dispositivo de separación magnética. Tal dispositivo puede ser algo tan sencillo como un tubo de ensayo al que se aplica un imán permanente en su exterior. Desde luego, también existen métodos mucho más sofisticados, que realizan la tarea con mayor eficiencia y rapidez.

ANEXO Nº 07



¿Cuánto aprendí sobre el tema hoy?

¿Qué dificultades he encontrado? ¿Cómo las he resuelto?

¿Qué rol asumo en los grupos de trabajo? ¿En qué puedo superarme?

173

ANEXO Nº 08

FICHA DE EVALUACIÓN

Apellidos y nombres : __________________________________

1. Respecto a las siguientes proposiciones, identifica la alternativa correcta: a. un campo magnético genera corriente eléctrica y la corriente

eléctrica produce un campo magnético. b. la corriente eléctrica genera a su alrededor un campo

magnético constante y variable. c. tanto la corriente eléctrica como el magnetismo son

manifestaciones de un mismo fenómeno. d. tanto la corriente eléctrica como el magnetismo son fenómenos

independientes.

2. Considere a un átomo de Bohr (donde se muestra la trayectoria

del electrón alrededor del protón).

¿Se puede afirmar que este átomo es un imán?

3.

A partir de la experiencia con el inductor, podría describir el funcionamiento de un transformador.

4.

Describa brevemente los avances del nanomagnetismo en el tratamiento del cáncer.

174


N°

NOMBRE DEL EQUIPO: _____________________________________

INTEGRANTES:

1. ___________________________________________________

2. ___________________________________________________

3. ___________________________________________________

4. ___________________________________________________

5. ___________________________________________________

PUNTAJE










175

SESIÓN # 15

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ

CONTENIDO GENERAL




176



Fuente de luz láser

Fuente con base magnética, de 635 mm de longitud de onda y de 5x 1 mW de potencia que permite visualizar 5 haces paralelos, con transformador de voltaje de corriente.

02 Espejo planos De 15 cm x 12 cm

Transportador

De un rango de 0 - 180°

Cinta adhesiva transparente, transportador, regla.

Semi disco de plexiglass (o un lente plano –convexo)

Puntero Láser Espejo plano

Lente plano - convexo

Regla y

transportador

177


I. DATOS GENERALES

ÁREA FÍSICA



AMBIENTE

DOCENTE



Analiza los fenómenos de reflexión y refracción de la luz. Comprende la ley de la reflexión y la ley de Snell.

CAPACIDAD DE ÁREA


INDICADORES


Interpreta los fenómenos de la luz empleando la Ley de Snell.

Leyes de la reflexión.

Ley de Snell.

Examina el fenómeno de la reflexión a través de dos espejos planos.

Deduce una relación para determinar el número de imágenes formado entre dos espejos planos.

Comprueba la ley de Snell.

Determina las características de los rayos infrarrojos mediante una lectura.

Ficha de trabajo.

Guía de observación.

Fuente de luz láser, 02 espejos planos, transportador, cinta adhesiva transparente, regla, Semi disco de plexiglass.


Asume los errores de los compañeros con naturalidad y se esfuerza por superar sus errores.

Planifica sus tareas y organiza, lidera el equipo. Respeta a los docentes y emplea vocabulario adecuado. Respeta las diferencias entre sus compañeros y demuestra aseo

personal.

Lista de cotejo.

Escala de actitudes.

178




TIEMPO

MOTIVACIÓN

Se muestra una fotografía (donde se observa la cabeza de una persona sobre la mesa y sin el resto de su cuerpo) registrada en los circos cuando los magos hacen desaparecer o aparecer los cuerpos u objetos. Los estudiantes intercambian sus opiniones y experiencias.

Finalmente, el docente explica este fenómeno con la ayuda de dos espejos y un cuerpo.

(ANEXO N°1)

RECOJO DE SABERES PREVIOS Se plantea una serie de interrogantes respecto a las teorías y características de la luz y a los fenómenos de la reflexión y refracción. Los estudiantes emiten e intercambian sus opiniones que son registradas por el docente en la pizarra. El docente resalta las participaciones más importantes. (ANEXO N°2)


Con la ayuda de las consideraciones anteriores. Se plantea el siguiente interrogante: ¿la luz siempre se propaga en línea recta? Los estudiantes formulan sus hipótesis y el docente registra en la pizarra. Con la ayuda de dos estudiantes, una botella de plástico con agua y un puntero láser se realiza la experiencia. (ANEXO N°3)

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN El docente forma equipos de 4 ó 5 participantes, le da un nombre a cada equipo y les pide que elijan su coordinador, su relator y un veedor que evaluará el trabajo de otro equipo durante la sesión (evaluará que trabajen en el tiempo estipulado, que participen todos en la actividad, que todos calculen y anoten las respuestas solicitadas, que dejen ordenado y aseado el espacio de trabajo). Les entrega el Anexo Nº 4 para que lo trabajen en equipo con el acompañamiento del docente. Determinan el número de imágenes que se reflejan a

través de dos espejos planos para ciertos ángulos. (ANEXO N°4)

APLICACIÓN DE LO APRENDIDO. Se entrega la ficha del Anexo Nº 5 que siguen trabajando por equipos y con el mismo veedor; el docente asesorará el trabajo y atenderá las dudas de cada equipo.

Imagen o PPT.

Tiza y pizarra

Botella de plástico, puntero láser, agua.

Fuente de luz láser, 02 espejos planos, transportador, cinta adhesiva transparente, regla.

Transportador, cinta adhesiva transparente,


179

La ficha consta de una actividad adicional cuya finalidad es demostrar la ley de Snell. (ANEXO N°5).

TRANSFERENCIA DE LO APRENDIDO A SITUACIONES NUEVAS Y REALES. Se entrega una lectura respecto a los rayos infrarrojos. Se plantea preguntas respecto a la lectura y los equipos responden con la orientación del docente. (ANEXO N°6)

METACOGNICIÓN O REFLEXIÓN SOBRE LO APRENDIDO Los estudiantes reflexionan sobre lo aprendido a través de una ficha que registra una serie de preguntas. (ANEXO N°7)

EVALUACIÓN Se entrega una ficha de evaluación a cada estudiante. Una vez concluida la evaluación el veedor de cada equipo de trabajo evalúa a los demás equipos. (ANEXO N°8)

regla, semi disco de plexiglass.

Ficha de lectura.



20min 10 min 10 min




Lumbreras. Tomo II.


180

ANEXO Nº 01


“REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ”

ACTIVIDAD MOTIVANTE

Se presenta la imagen (La esfinge, una ilustración del sensacional acto de ilusionismo de Tobin) de un “truco” que se presenta en los circos donde se hace desaparecer el cuerpo de una persona.

El truco consiste en colocar dos espejos planos entre las tres patas de una mesa, para así esconder el cuerpo de una persona.

El docente con ayuda de un espejo y un cuerpo entre los espejos, puede demostrar rápidamente en qué consiste este “truco”.

ANEXO Nº 02


El docente plantea las siguientes interrogantes: 1. describa la teoría corpuscular, ondulatoria y cuántica de la luz. 2. ¿qué es la luz?, ¿cuál es su naturaleza?, ¿qué propiedades tiene? 3. ¿en qué consiste el fenómeno de la reflexión y refracción?


El docente plantea la siguiente pregunta respecto a la luz: ¿La luz siempre se propaga en línea recta? Los estudiantes plantean sus hipótesis. El docente con la ayuda de dos estudiantes, una botella de plástico 3 l y un puntero láser (ver montaje) realizan una experiencia a fin de dilucidar la interrogante planteada.

181


Organice equipos de no más 05 integrantes. Nombre un coordinador, un relator y un veedor que pasará a evaluar el trabajo de otro equipo durante toda esta sesión. Durante el resto de la sesión trabaja en equipo y responde a cada pregunta registrada en la siguiente secuencia actividad experimental. 1. Une un borde de los espejos con cinta adhesiva transparente, de manera que

puedan abrirse como un libro, formando diferentes ángulos. Usa un transportador (también puedes usar un plano cartesiano dibujado en papel bond) para fijar los espejos de modo formen un ángulo de 120o. Coloca un objeto dentro de tal forma que puedas observar a través de los espejos. Cuenta el número de imágenes que se forman con este sistema y anótalo en la tabla de datos.

2. Reduce sucesivamente el ángulo de los espejos cada vez , según los valores propuestos en la tabla y cuenta el número de imágenes que se forman con cada ángulo. Anota los resultados en la tabla de datos.

3. En la tercera columna escribe el resultado de dividir 360° entre el ángulo dado. 4. Identifica si el valor 360°/ángulo es par o impar.

182


Con el fin de ampliar nuestros conocimientos de los fenómenos de la luz, los equipos realizarán una actividad donde se compruebe la ley de Snell.

Notas previas

1 2 3

ángulo número de imágenes

360°/ángulo

120°

90°

72°

60°

45°

40°

36°

30°

La ley de Snell relaciona el ángulo de incidencia, reflexión y refracción con los índices de refracción en los cuales se propaga el haz de luz. Así en la figura se cumple que:

a) Los tres rayos se encuentran en el mismo plano y dicho plano es perpendicular a la superficie que divide los dos medios diferentes.

b) El ángulo de incidencia θ1 = θ1´ c) La relación es: n1sen θ1= n2sen θ2

183


1. Colocar el semi disco de plexiglass sobre una lámina de papel (en el cual se ha trazado un sistema de ejes coordenados), de tal forma que se hace coincidir el centro de su diámetro con el centro del papel.

2. Hacer incidir el haz luminoso sobre el centro del diámetro de la superficie plana del semi disco y rasante a la superficie del papel, tal como se indica en la figura.

3. Colocar el semi disco de plexiglass sobre una lámina de papel (en el cual se ha trazado ejes coordenados en la parte central), haciendo coincidir el centro de su diámetro con el centro del papel.

4. Hacer incidir el haz luminoso sobre el centro del diámetro de la superficie plana del semi disco y rasante a la superficie del papel.

5. Sea nt es el índice de refracción del plexiglass.

Tomar diferentes ángulos de incidencia y completar la tabla siguiente:

#### Medición

θi

θr

θR

Sen (θi)

Sen (θR)

nt= Sen(θi)/ Sen(θR)

1 30º

2 45º

3 60º

4 75º

Tabla N° 01

6. A partir de los resultados anteriores determine promedio: nR= _____________ 7. El valor teórico del índice de refracción del plexiglasss es de 1,55. Compara este

valor con el hallado. 8. Indica una aplicación para lentes y espejos en la vida cotidiana

184


El docente invoca a los estudiantes a responder las preguntas planteadas en

1. ¿Cómo es la temperatura de los rayos infrarrojos respecto al color rojo? 2. ¿Por qué un celular puede detectar los rayos infrarrojos? 3. Explique el papel que cumple los rayos infrarrojos en el calentamiento global. 4. Sabe usted si existe algunos animales puede ver frecuencias del orden de los

infrarrojos. ¿Quiénes son?

Lectura

¿Qué es el Infrarrojo? La región infrarroja del espectro electromagnético fue descubierta por William Hershel (eldescubridor del planeta Urano) en 1800 utilizando un prisma y unos termómetros. Para ello obtuvo el espectro visible, haciendo pasar la luz blanca del Sol a través de un prisma y colocó varios termómetros, uno en la región del azul, otro en el rojo (ambos colores detectables por el ojo) y puso un tercer termómetro más allá del rojo, inmediatamente después. Con un cuarto termómetro midió la temperatura ambiente y descubrió que la temperatura que marcaba el termómetro en la zona “por debajo” del rojo (y de ahí su nombre “infra” rojo) era mayor que la del ambiente. Herschel hizo otros experimentos con los “rayos caloríficos” (como los llamaba) que existían más allá de la región roja del espectro: eran reflejados, refractados, absorbidos y transmitidos igual que la luz visible. Estos “rayos caloríficos” fueron posteriormente denominados rayos infrarrojos o radiación infrarroja. Esos descubrimientos fueron seguidos de otros que desembocaron en varias aplicaciones tecnológicas. Los cuerpos que se encuentran a baja temperatura no emiten en la región visible del espectro, sino en longitudes más largas por lo que la energía que liberan es menor. Por ejemplo, nuestro cuerpo y el de los animales emiten una radiación infrarroja que no la detectamos con el ojo, pero que podemos percibir como el calor que emite el organismo. Todos los objetos que estén a cierta temperatura emiten en infrarrojo (ver figura).

Fotografía con infrarrojos. Se distinguen zonas más o menos calientes

Para verlos de noche fueron inventados los anteojos de visión nocturna, que permiten detectar esta radiación que no percibe el ojo.

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Detección del IR con un instrumento tecnológico moderno Si queremos detectar el IR con instrumentos tecnológicos modernos, probablemente lo primero que viene a la mente son los visores nocturnos, preparadas para ver el infrarrojo que emiten nuestros cuerpos. Pero ese no es un recurso al alcance de cualquiera. Veamos un procedimiento más económico y fácil de conseguir. El control remoto que utilizamos para encender el televisor, el equipo de música o el microondas utilizan rayos infrarrojos (los que tienen además una bombillita roja no nos sirven). ¿Habrá una manera sencilla de ver esa radiación no visible y que de pronto se convierta en detectable? Para eso debemos buscar un detector sensible al IR. Existe un roducto tecnológico de envergadura, que se debe al desarrollo del estudio de la luz en Astronomía, llamado CCD (según las iniciales de su denominación en inglés: ChargedCoupledDevice). Este dispositivo permite capturar y acumular fotones durante un periodo de tiempo determinado, de manera que podemos “ver” objetos que emiten o reflejan poca luz. El CCD es más sensible en la región del rojo y, en algunos casos, su rango de eficiencia cubre el IR cercano. Cualquier cámara o filmadora moderna posee un CCD para la adquisición de imágenes. Esto permite sacar fotos en condiciones de muy bajo nivel de iluminación. El dispositivo más sencillo, de uso cotidiano, que posee una cámara moderna y por lo tanto un detector CCD, es el teléfono móvil celular.

Control remoto apagadoControl remoto activado Si miramos el control remoto de manera directa, no advertiremos ninguna diferencia entre prendido y apagado. Pero si tomamos la foto con el mismo teléfono celular, y con el control remoto activado W ¡Sorpresa! La luz que utiliza el control para enviar la señal que enciende el televisor o cualquier otro equipo electrónico, es una luz infrarroja, que nuestro ojo no ve pero la cámara del teléfono sí detecta.

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1. ¿Qué conclusiones puedo sacar? ¿Cuánto aprendí sobre esto?

2. ¿Qué pasos debí realizar para completar mi tarea?, ¿a qué se debió mi equivocación?

3. ¿Dedico suficiente atención y concentración a lo que hago?, ¿cómo puedo concentrarme más?

4. Al final puedes afirmar que el desarrollo de la capacidad planteada se logró en el porcentaje deW ¿Por qué?

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ANEXO Nº 08

EVALUACIÓN Apellidos y nombres: __________________________________________________

N° Me detengo a reflexionar para responder las siguientes preguntas

Respondiendo con honestidad

1 Dos espejos planos forman un ángulo de 45° y dentro de ellos se coloca un objeto, ¿cuántos objetos se relejarán de los espejos? (5 puntos).

2 Demuestre la relación para determinar el número de imágenes virtuales que se forman cuando dos espejos forman un ángulo recto o agudo. (5 puntos)

3 De la ley de Snell, se puede deducir que cuando la luz se no se desvía cuando pasa de un medio a otro, entonces su índice de refracción del primer medio y el segundo medio son: ___________________________. (5 puntos)

4 Describa cuatro diferencia entre los rayos infrarrojos y la luz visible. (5 puntos).

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N°


INTEGRANTES:

1. ____________________________________________

2. ____________________________________________

3. ____________________________________________

4. ____________________________________________

5. ____________________________________________

PUNTAJE









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MATERIALES Y/EQUIPOS COMPLEMENTARIOS Dada la diversidad de equipos y/o materiales, presentamos una lista complementaria para nuestros laboratorios. Vernier o pie de rey: es un aparato de medición generalmente de mucha precisión que se utiliza para medir objetos pequeños. Desde hace años ya son digitales, solo ajusta el cero cuando están cerrados y luego abres una "quijada" hasta que toque las paredes del objeto que desea medir y tomas la lectura.

Tornillos micrométricos: es un dispositivo ampliamente usado en ingeniería mecánica, para medir con precisión grosor, medidas internas, externas y profundidades. Los micrómetros tienen varias ventajas respecto a otros instrumentos de medida como el vernier: son fáciles de usar y sus lecturas son consistentes.

Planos inclinados: es usado para el estudio de la ley de inercia, estudio de la ley de movimiento uniforme y variable, estudio de la correlación de la fuerza de fricción de resbalamiento con la presión y con la situación de la superficie de fricción.

Balanza de 2 platillos: se emplea en los laboratorios para pesar pequeñas cantidades de masa de reactivos para realizar análisis químico y biológico.

Poleas y polipastos: se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos.

Cubeta de ondas: se usa para analizar algunas propiedades del movimiento ondulatorio.

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Generador eléctrico: se usa para demostrar la estructura y los principios de funcionamiento del generador de la electricidad continúa y alterna, además puede ser fuente de energía de baja potencia.

Puente de Wheatstone: sirve para medir el valor de la resistencia eléctrica incógnita.

Reóstato deslizable: se usa para modificar el voltaje la intensidad de la corriente eléctrica o para substituir a un resistor variable.

Balanza de corriente eléctrica: se usa para explicar la fuerza de acción que produce el campo magnético para un conductor portador de corriente, así como la ley de la misma, con el fin de establecer el concepto sobre la intensidad de inducción magnética.

Banco óptico. Permite armar sistemas de lentes, laser, rendijas, etc. con distintos aumentos. Sirve para interpretar la naturaleza de la luz y sus fenómenos.

Rayo de tubos catódicos. Instrumento útil para comprobar el carácter lineal de los rayos catódicos cuando se propagan.

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Contador Geiger. Detecta y cuenta las partículas de radiación.

Sensores. Se pueden obtener los sensores de: temperatura, presión atmosférica, voltaje, sonido, intensidad luminosa, movimiento, fuerza, etc. Estos sensores registran los datos a través de una PC. Donde se puede realizar las gráficas y estadísticas correspondientes.

En general, se pueden describir una infinidad de materiales y/o equipos para desarrollar una actividad experimental. Todo dependerá de la actividad misma. Asimismo, se pueden recurrir a los laboratorios virtuales, a los fenómenos cotidianos, a los materiales reciclados, a fin de enriquecer nuestra el aprendizaje de los estudiantes.

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BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS


Pearson. 3. Hewitt, P. (2 008). Ciencias físicas I. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 4. Hewitt. P. (2 008). Ciencias físicas II. Santiago de Chile. Editorial Pearson. 5. Castañeda, C. Gamarra, J. Minaya, J. (2011). Módulo de física. Lima. 6. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO. (2 004). Lima.

Editorial Lumbreras. Tomo I. 7. FÍSICA UNA VISIÓN ANALÍTICA DEL MOVIMIENTO. (2 004). Lima.

Editorial Lumbreras. Tomo II. 8. Investiguemos 10. (2007). Primera edición. Bogotá. Editorial Voluntad. 9. Lazo A. (1 995). Manual para el uso del módulo de física. MINEDU. Lima.

Sitios web revisados hasta junio del 2 012 1. http://www.scirus.com/ 2. http://ensciencias.uab.es 3. www.fisica.uh.cu. 4. www.feiradeciencias.com.br. 5. http://phet.colorado.edu/. 6. http://www.cubaeduca.cu 7. www.dialnet.es 8. http://www.rerce.es/

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MINISTERIO DE EDUCACIÓN DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

PEDAGÓGICA

MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA QUE INCLUYE SELECCIÓN DE MATERIALES Y EJEMPLOS DE SESIONES DE APRENDIZAJE

PARA DOCENTES DE EDUCACIÓN SUPERIOR.

Este ejemplar permite evidenciar al aplicarlo que “enseñar no es una

función vital porque no tiene el fin en sí misma y que la función vital es

APRENDER”. Ayuda igualmente a corroborar

que la inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la

destreza de aplicar los conocimientos en la práctica o en utilizar, adaptar

equipos como parte del APRENDER.

Documents

Manual de Laboratorio de Fisica