Cuando Lanzamos un Objeto

01
Cuando Lanzamos un Objeto
Lección
(un Cuerpo)
Apertura
Ciencias
APRENDO JUGANDO
Competencia
Relaciona datos, causas, efectos y las variables que interfieren en la fuerza de gravedad.
Diseño instruccional
El Profesor comentará acerca de la fuerza de gravedad para comprender que nada se
excluye de esta fuerza. En el apartado de “aprendo jugando” transfieren su conocimiento
en situaciones de la vida real; con el material k´nex arman un modelo de prueba para la
fuerza de gravedad.
Contenido
FUERZA DE GRAVEDAD:
Todos sabemos que si lanzamos algo hacia arriba, en un punto de su camino, se detendrá por
unos instantes y comenzará a descender, no importa ni el tamaño del objeto ni la fuerza con que
se aviente, siempre va a caer (aunque seguramente no en el mismo punto donde se aventó). En
algunos puntos en el espacio no sucede lo mismo, incluso puede pasar que al lanzar un objeto
se eleve y se eleve y se eleve hasta perderse de nuestra vista. ¿Por qué son diferentes estos dos
casos?
Analicemos estos hechos por partes:
1) Ya sea en la Tierra o en el Espacio, cuando lanzamos un objeto estamos aplicando una fuerza.
¿Y qué es la fuerza?
Cuando el balón de fútbol está en reposo y lo pateamos, le estamos aplicando fuerza (que se pone
en movimiento), o cuando una persona detiene la pelota en el béisbol está aplicando una fuerza
(que detiene el movimiento y pone al objeto en reposo) o cuando tenemos una bola de plastilina y
la aplastamos con las manos, estamos aplicándole fuerza (que la deforma); entonces la fuerza es
todo aquello capaz de modificar su estado de reposo o de movimiento o de deformar un cuerpo.
En ocasiones estas fuerzas se combinan, por ejemplo, si un vehículo que va circulando choca con
un árbol, la fuerza aplicada pone en reposo al vehículo y además lo deforma.
2) Cuando aplico fuerza a un objeto y éste cambia su posición o el rumbo que tenía, significa que
está en movimiento.
3) La fuerza que aplico para que un objeto tenga movimiento sólo la puedo aplicar a algo que tenga
masa; masa es todo aquello que tiene materia. Pero no es lo mismo masa que peso.
23
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; puede haber cuerpos grandes con poca masa
(materia) como un balón de fútbol y cuerpos más pequeños con mayor cantidad de masa (como una pelota
de billar). La masa es la misma si el objeto se encuentra en la tierra o en la luna (porque la cantidad de
materia no cambia).
4) El peso es diferente de la masa. El peso es la fuerza con la que el objeto es atraído por acción de la
gravedad. El peso de un objeto cambia, por ejemplo si está en la tierra o si está en la luna porque la fuerza
de gravedad en la luna es 6 veces menor que en la tierra.
5) La fuerza de gravedad es el fenómeno por el cual los objetos con una masa determinada se atraen
entre ellos. Como la masa de la tierra (la cantidad de materia que contiene) es mayor a cualquier otra cosa
que está sobre ella, todos esos cuerpos son atraídos hacia su centro. Esa fuerza de gravedad es la que no
permite que el objeto que aventamos no viaje más y más hasta perderse (o salir al espacio); esa fuerza
de gravedad tampoco permite que la tierra se despedace, ni que la atmósfera se escape. Si pensamos en
nuestro Sistema Solar, evidentemente el cuerpo con mayor masa es el Sol, por lo tanto, la atracción que
ejerce el Sol permite que otros cuerpos con menor masa (como la Tierra y el resto de los planetas), sean
atraídos y que guarden una ruta que hace que no se dispersen por el Universo.
En la Tierra, los cuerpos caen con la misma aceleración (a 9.8 m/s2); si tomamos con una mano un martillo
y con la otra una pelota de tenis y los ponemos a la misma altura, cuando los soltemos caerán al mismo
tiempo. Pero no sucede lo mismo si los soltamos desde un segundo piso. ¿A qué se debe esto si por
efectos de la gravedad todos los cuerpos caen a una aceleración de 9.8 m/s al cuadrado?
6) Es cierto que la gravedad imprime la misma aceleración en los cuerpos, pero en la caída libre, existen
otras fuerzas, el “rozamiento del aire”.
La magnitud del rozamiento del aire que ejerce en un cuerpo depende de la geometría del objeto, de
la intensidad del aire y de la velocidad. La fuerza del rozamiento del aire, se opone al movimiento de
caída; entonces, en la caída libre de dos objetos, al principio caerán a la misma velocidad, pero mientras
va cayendo, el rozamiento del aire afectará su velocidad. Por eso es que si dejamos caer dos objetos de
diferente geometría, el rozamiento del aire actuará como fuerza opuesta a la caída libre.
Herramienta
metacognitiva
CUANDO LANZAMOS UN OBJETO O UN CUERPO
aplicamos
es
“Todo aquello capaz
de modificar el estado
de reposo o de
movimiento o de
deformar un cuerpo”
fuerza
se aplica
a lo que tiene
se transforma
masa
movimiento
es diferente que el
es
“Cuando cambia la
posición o el rumbo de
un cuerpo u objeto”
es la
cantidad
peso
es
“La fuerza con la que un objeto
es atraído por acción de... ”
“La aceleración que experimenta un cuerpo al
caer libremente (atracción que ejerce la Tierra a
los cuerpos que están sobre ella y los próximos)”
es
la
gravedad
la aceleración en la Tierra
9.8m/s2
rozamiento del aire
24
necesario considerar
es
la rapidez con la que
aumenta la velocidad de los
cuerpos que caen
materia
Ejercicios
Bola 3
Bola 1
Bola 2
Plana
Necesitamos dos hojas de papel: Haz una bola con una hoja completa; la otra
hoja pártela por la mitad, de una de esas mitades haz otra bola; por último, de
la otra mitad de la hoja que te queda, pártela nuevamente por la mitad y con
una de esas partes haz otra bola. Entonces tenemos tres bolas: una con una
hoja completa, otra con la mitad de la hoja y la última con un cuarto de hoja,
y nos queda un cuarto de hoja sin maltratar. ¡Jugaremos qué cae primero!
La ciencia nos dice que en caída libre, los cuerpos tienen una aceleración de
9.8 m/s2. Esto significa que no importando la masa de un cuerpo, debe caer
al mismo tiempo que otro objeto de masa diferente.
¡Confirmemos esta teoría!, toma la bola más grande y la más pequeña, ponlas
a la misma altura y déjalas caer al mismo tiempo. Ahora prueba con la bola
más chica y la mediana; por último, prueba con la bola mediana y la grande.
25
1.- ¿Llegaron al suelo al mismo tiempo?
Sí.
2.- ¿Qué es la masa?
Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
3.- ¿Cuál de las tres bolas tiene más masa?
La más grande.
4.- ¿Por qué?
Porque tiene más materia.
Ahora, toma el cuarto de hoja que nos
queda y la bola hecha con un cuarto de
hoja (la más pequeña), colócalos a la misma
altura y déjalos caer al mismo tiempo.
5.- ¿Qué llegó primero al suelo, el cuarto de
hoja extendida o la bola de un cuarto de
hoja? La bola de un cuarto de hoja.
6.- Si la ciencia dice que en la Tierra todos
los cuerpos en caída libre tienen una
aceleración de 9.8 m/s2, ¿por qué no
cayeron al mismo tiempo?
Por el rozamiento del aire.
7.- Qué tiene más masa, ¿la bola más
pequeña o el cuarto de hoja? Tienen la
misma cantidad de masa.
8.- ¿Habrá alguna manera que al soltar la hoja no afecte tanto la fricción del
aire? Sí, si la suelto parada.
26
9.- Tomemos las 3 bolas y extendamos el papel, ¿cuál de las 3 tienen más
La hoja completa.
peso?
10.- ¿Es lo mismo el peso que masa?
El peso es:
La fuerza con la que un objeto es atraído a la Tierra.
La masa es: La cantidad de materia que tiene un cuerpo u objeto.
11.- Si de las tres bolas que extendiste su peso es diferente, ¿cuál llegará
primero cuando las deje caer? Caen al mismo tiempo.
12.- ¿Por qué? Porque el rozamiento del aire es el mismo y porque los cuerpos
caen a una aceleración de 9.8 m/s2.
¿Sabías qué?
La gravedad de la Tierra es de 9.8 m/s2.
La gravedad de la Luna es de 1.7 m/s2.
Por tanto, un astronauta que en la tierra
pesa 100 kg en la luna pesa 17.34 kg.
Preparo
Equipos de 5 integrantes.
Material por equipo: Goma, bolígrafo, sacapuntas y hojas de cuaderno.
27
APRENDO CON LAS MANOS
listado
14
8
8
68
18
2
10
16
8
2
16
4
10
40
12
12
33
33
Propósito
Que experimente la fuerza de gravedad.
Reglas
10 minutos: Divididos en equipos de 5 integrantes, cada uno armará una sección distinta
de la estructura.
5 minutos: Integrar las partes que ha armado cada uno de los participantes del equipo.
Descarga
Descarga las láminas de armado de la plataforma en línea.
Video
Modelo Terminado
28
Contesta
La aceleración es el cambio de velocidad que sufre un cuerpo en
caída libre cada segundo; en la Tierra, esta aceleración es de 9.8
m/s2. La velocidad es la distancia que recorre un cuerpo de un
punto a otro en un determinado tiempo.
1.- ¿Qué es caída libre?
Es cuando la caída de un objeto es en vertical y no hay nada que interfiera su camino.
2.- ¿Qué tiene más masa, una goma o un bolígrafo?
Dependerá de los tamaños de la goma y del bolígrafo, lo importante es que se den
cuenta que la masa es la cantidad de materia.
Coloca en tu modelo un sacapuntas y un bolígrafo, déjalos caer
(si no van en caída libre, no sirve el experimento) y contesta:
3.- ¿Cayeron al mismo tiempo?
Sí.
4.- ¿Si estuviéramos en la Luna, el peso del sacapuntas sería el mismo?
No, porque el peso lo determina la gravedad y allá es diferente.
Ahora dejemos caer la goma, el bolígrafo y un cuarto de hoja...
5.- ¿Qué objeto tardó más en caer?
La hoja.
6.- ¿Qué fue diferente, su aceleración o su velocidad?
7.- ¿A qué se debe que su caída sea más lenta?
Su velocidad.
Al rozamiento del aire.
Ahora experimentemos cómo interfiere el aire en la caída de los cuerpos. Nuevamente,
coloca tu goma y tu bolígrafo y comprueba que caen al mismo tiempo (recuerda que
si no van en caída libre no servirá el experimento). Una vez confirmado que caen a la
misma velocidad, queremos retar tu pensamiento científico. Te puedes ayudar de un
pedazo de hoja y de cinta con pegamento...
29
8.- ¿Qué puedes hacer para que caiga más lento el bolígrafo que la goma?
Adherir al bolígrafo la hoja para disminuir la velocidad de su caída.
9.- Si dejamos caer una hoja y una pelota de billar, ¿crees que la aceleración
sea diferente? No, porque la aceleración es la misma en la tierra para cualquier
cuerpo (9.8 m/s2).
10.- En el mismo caso de la hoja y la pelota de billar, ¿caerán a diferentes
velocidades? Sí, es decir, que hará más tiempo la hoja (menor velocidad) debido al
rozamiento del aire.
Platica con tu grupo y lleguen a una conclusión para contestar la siguiente pregunta.
11.- Con los conocimientos que ya tienes, entonces, si dejamos caer de una
altura de 15 metros un piano y una canica, ¿cuál tocará primero el piso?
Como ni a la canica ni al piano les afectaría el rozamiento del aire (en condiciones
normales) caerían al mismo tiempo.
¿Sabías qué?
Los satélites artificiales son robots que se
mantienen en una órbita elíptica alrededor
de la tierra por acción de la fuerza de
gravitación ejercida por ella misma.
30