Mecánica - EducarChile
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Guía del docente. 1. Descripción curricular: - Nivel: 3º medio. - Subsector: Ciencias Físicas. - Unidad temática: Mecánica, conservación de la energía mecánica. - Palabras claves: Energía mecánica, energía potencial, energía cinética, conservación de la energía. - Contenidos curriculares: • Comprobación de la independencia del tiempo en la energía mecánica en la caída libre sobre la superficie de la Tierra. • Representación gráfica y discusión de la energía potencial gravitacional en una montaña rusa. Deducción del valor de la energía cinética en ese movimiento. Puntos de equilibrios estables e inestables. Puntos de retorno. • Disipación de energía y roce. Definición de los coeficientes de roce estático y dinámico. Magnitud y dirección de la fuerza de roce en cada caso. Su dependencia de la fuerza normal a la superficie de contacto. • Aplicaciones cuantitativas a situaciones de la vida diaria a través de la resolución de problemas diversos en modalidad individual y grupal. 2. Contenidos relacionados: - 2º medio: • Concepto de trabajo mecánico a partir de la fuerza aplicada. Potencia mecánica. Trabajo y energía potencial debida a la fuerza de gravedad cerca de la superficie de la Tierra. • Conservación de la energía mecánica en ausencia del roce. - 3º medio: • Comprobación de la independencia del tiempo en la energía mecánica en la caída libre sobre la superficie de la Tierra. • Representación gráfica y discusión de la energía potencial gravitacional en una montaña rusa. Deducción del valor de la energía cinética en ese movimiento. Puntos de equilibrios estables e inestables. Puntos de retorno. • Disipación de energía y roce. Definición de los coeficientes de roce estático y dinámico. Magnitud y dirección de la fuerza de roce en cada caso. Su dependencia de la fuerza normal a la superficie de contacto. • Aplicaciones cuantitativas a situaciones de la vida diaria a través de la resolución de problemas diversos en modalidad individual y grupal. 3. Aprendizajes esperados de esta actividad: Los alumnos y alumnas - Reconocen en el roce cinético una forma en que habitualmente se disipa la energía mecánica. - Conocen las situaciones en que es adecuado emplear la ley de conservación de la energía mecánica y usan procedimientos adecuados en su aplicación. 4. Recursos asociados de www.educarchile.cl: - Presentación en PowerPoint: Descubriendo la conservación de la energía. 5. Descripción general de la actividad. La actividad de este tema está relacionada con la presentación PowerPoint “Descubriendo la conservación de la energía”. En ella se pretende explicar en qué consiste la conservación de la energía mecánica, y otros tipos de energías asociadas, como son la energía potencial gravitatoria y cinética. La actividad “construyendo una montaña rusa” pretende estudiar la conservación de la energía mecánica, y demás la perdida de esta producto del roce. La actividad está programada para realizarse en 4 horas pedagógicas. Actividad: Montaña rusa. 1. Introducción: Tipos de energía de la actividad: Energía cinética: Es aquella energía que poseen los cuerpos que se encuentran en movimiento. Este tipo de energía depende principalmente del módulo de la velocidad que posean los cuerpos y de su masa, mientras más masa y velocidad posean, mayor será el valor de la energía cinética. Según el sistema internacional de unidades la energía se mide en Joule = (kg*m/s2). Es posible calcularla con la siguiente fórmula: Energía potencial gravitatoria: En este caso, todos los cuerpos que se encuentren a cierta altura, poseen energía potencial gravitatoria, mientras más alto se encuentren dichos cuerpos, mayor será en valor de la energía. Es posible calcularla con la siguiente fórmula: Energía mecánica: Se denomina energía mecánica a la suma de las energías cinética y potencial. 2. Desarrollo de la actividad: construyendo una montaña rusa La actividad que se presenta a continuación representa de manera experimental los contenidos presentados en la presentación PowerPoint “Descubriendo la conservación de la energía”. Se recomienda que los alumnos y alumnas trabajen en grupos de cuatro personas. La idea es que los alumnos y alumnas fabriquen con sus propias manos una montaña rusa y comprueben la conservación de la energía mecánica, en el caso que no fuera así deberán calcular el valor de la perdida de energía producto del roce. En esta página se muestra un modelo de uno de los lados de una montaña rusa, esta puede ser utilizada como idea para fabricarla. Al final de la tabla de datos se encuentran unas preguntas de análisis con respecto a la actividad experimental. Materiales: • 3 pliegos de cartulina gruesa. • Tijeras. • Pegamento (colafría) • Un auto de juguete (pequeño). • Tempera. • Calculadora • Regla. • Huincha de medir. • Una balanza. (digital) Montaje: 1. Reúna todos los materiales que se muestran anteriormente. 2. Tome la imagen anterior como una idea de montaña rusa, las alturas de los extremos deben ser iguales. 3. Corte la cartulina gruesa en dos partes iguales (imagen), luego mida la parte que tienes curvas (superior), con la huincha de medir, y coloque una pista sobre ella con esas dimensiones.(colorear) 4. Con la balanza determine el valor de la masa del auto de juguete. 5. Después de tener lista la montaña, coloque el auto de juguete sobre ella y deje que se deslice. (se recomienda que la velocidad inicial sea cero). 6. Repita el experimento varias veces si es necesario. 7. Con los cálculos matemáticos complete la siguiente tabla. A B C D Energía mecánica (Joule) Energía potencial gravitatoria Energía cinética. velocidad Cuestionario: 1. ¿Qué observas cuando el auto pasa por el punto B? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 2. Después de haber hecho todos los cálculos ¿qué concluyes de la energía mecánica en la parte experimental? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 3. En la actividad experimental ¿es posible la conservación de la energía mecánica? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 4. ¿Por qué crees que las cosas cuando están en movimiento, se detienen pausadamente? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 5. Para la pregunta anterior, ¿Qué sucede con la energía? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 6. ¿Qué esperabas que sucediera en el punto D? ¿Por qué? _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ Conclusiones: _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________
